系統性質與框圖

2021-02-20 信號與系統的結構與解釋

初學信號與系統時,我們會指出課程關心的系統是線性時不變(LTI)系統。如果要我來說這門課程裡一以貫之的兩個關鍵詞,也的確非「線性」和「時不變」莫屬了。所以,大家一定要把系統「線性」和「時不變」概念理解清楚弄透徹了!

線性和時不變性

表1    系統的線性與時不變性

注意:表格中所涉及的系統響應都是指零狀態響應。

因果性

系統性質的討論還包括「因果性」、「穩定性」等。關於「因果性」我們結合Oppenheim書(第二版中譯本)上的一道習題的求解,對它做一個進一步的解釋。

1.   「因果性」的一般定義:

(該定義同時適用於連續時間系統和離散時間系統)

如果一個系統在任何時刻的輸出只取決於現在的輸入及過去的輸入,該系統就稱為因果(causal)系統。

2.   連續時間線性系統具有因果性的充要條件是:

對於任何 t0 和任意輸入f ( t ),若 t<t0 時

 f ( t )為零,則對應的輸出 y ( t ) 在  t<t0 時也必定為零。

Oppenheim教材pp45的習題1.44要求對這一結論(充要條件)進行證明。該習題如圖1所示。

圖1   Oppenheim教材上的習題1.44

(注意:在該教材中連續時間輸入信號一般記作x(t))


習題1.44試解

(參考了網上的有關資料)

系統框圖

系統框圖作為描述系統的一種直觀方式有其重要的意義。一般要求大家掌握框圖與方程之間的相互轉換,這個轉換問題隨著學習的深入會變得比較簡單。目前大家主要應該搞清楚系統框圖的基本構成單元。

表2   構成系統框圖的基本單元

注意:這裡借用了Oppenheim教材的圖和信號表示法。


關於一階系統的系統方框圖表示,請參考以下連結(這裡仍然直接引用了Oppenheim教材的內容)。


一階系統的方框圖表示。

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