零状态响应

时间:2023-06-06 02:13:23编辑:优化君
引发原因

零状态响应

统的响应除了激励所引起外,系统内部的“初始状态”也可以引起系统的响应。在“连续”系统下,系统的初始状态往往由其内部的“储能元件”所提供,例如电路中电容器可以储藏电场能量,电感线圈可以储存磁场能量等。这些储能元件在开始计算时间时所存储的能量状态就构成了系统的初始状态。如果系统的初始状态为零,仅由激励源引起的响应就被称之为该系统的“零状态响应”。

一个原来没有充过电的电容器通过电阻与电源接通,构成充电回路,那么电容器两端的电压或回路中的电流就是系统零状态响应的一个最简单的实例。

分类及本质

系统的零状态响应一般分为两部分,它的变化形式分别由系统本身的特性和激励源所决定。当系统是线性的,它的特性可以用线性微分方程表示时,零状态响应的形式是若干个指数函数之和再加上与激励源形式相同的项。前者是对应的齐次微分方程的解,其中指数函数的个数等于微分方程的阶数,也就是系统内部所含“独立”储能元件的个数。后者是非齐次方程的特解。对于实际存在的无源系统而言,零状态响应中的第一部分将随着时间的推移而逐渐地衰减为零,因此往往又把这一部分称之为响应的“暂态分量”或“自由分量”;后者与激励源形式相同的部分则被称之为“稳态分量”或“强制分量”。

求解方法

在一些有初始储能的电路中,为求解方便,也可以假设电路无初始储能,求出其零状态响应,再和电路的零输入响应相加既得电路的全响应。

在求零状态响应时,一般可以先根据电路的元器件特性(电容电压、电感电流等),利用基尔霍夫定律列出电路的关系式,然后转换出电路的微分方程;利用微分方程写出系统的特征方程,利用其特征根从而可以求解出系统的自由响应方程的形式;零状态响应由部分自由响应和强迫响应组成,其自由响应部分与所求得的方程具有相同的形式,再加上所求的特解便得系统的零状态响应形式。可以使用冲激函数系数匹配法求解。

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