常系數(shù)線性差分方程的求解_第1頁
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1、6.4常數(shù)系數(shù)線性差分方程的解法,主要內容:使用時域經(jīng)典方法求常數(shù)系數(shù)線性差分方程,常數(shù)系數(shù)線性差分方程的求解方法0輸入響應和0狀態(tài)響應,線性時間不變離散系統(tǒng)的差分方程是常數(shù)系數(shù)線性差分方程,基本形式:或寫,在差分方程中,每個序列的序號n以遞減方式給出,稱為反向(或右移順序)差分方程,4,轉換域法(ztransform method),連續(xù)替代解決方案,明確的概念,相對簡單,適用于計算機,缺點是不容易得到一般答案。1,迭代方法,2,時域經(jīng)典方法,3,完全響應零輸入響應零狀態(tài)響應零輸入響應解決方案和均勻響應解決方案相同的零狀態(tài)響應解決方案很重要。解題,第一,解常數(shù)系數(shù)線性差分方程的方法,全響應齊

2、次解,自由響應強制響應,本章重點討論在時域中求常數(shù)系數(shù)線性差分方法,下一章將詳細討論z變換方法。下面是求解常數(shù)系數(shù)線性差分方程的時域經(jīng)典方法。時域經(jīng)典解,1,齊次解,對應于一般差分方程的齊次方程的形式如下:通常,對于任意階方程,其階解的形式是的項組合。去掉常數(shù)c,并按項目分割得到。常識是稱為同階微分方程的特性方程,其根稱為差分方程的特性根。非根上的齊次解,k-根上的齊次解,共軛根上的齊次解,k-迭代根上的齊次解,初始條件y(0)=2和y(1)=3,方程的齊次解。是。系統(tǒng)的差異方程式,特征布線如下:初始條件,解:因此相同解,解:特征方程是,2,特殊解,特殊解方法:將此處的x(n)替換為差分方程的

3、右端,以獲得自由項。特殊解決方案的形式與自由項目和特征根的形式相關。(1)自由項為nk的多項式,1不是特征根:1是k重特征根:(2)自由項為而不是特征根的特征解決方案,特征單根的特殊解決方案,k重特征根的特殊解決方案,(3)自由項為正弦或馀弦表達式,(4)惇,特殊解,替代方程,比較,正偏系數(shù),解,完整解,邊界條件,求,實現(xiàn)值,經(jīng)典方法的不足,(1)。如果這里的信號改變了,都要重新解開。(2)。差分方程右這里的項目更復雜,很難處理。(3)如果初始條件發(fā)生變化,必須全部重新解決。(4)。這是不能突出系統(tǒng)響應物理概念的純數(shù)學方法。2、0輸入響應和0狀態(tài)響應,系統(tǒng)的整體響應(差分方程的整體解決方案)可

4、以表示為自由響應組件和強制響應組件(動態(tài)解決方案和特殊解決方案)的總和。根據(jù)邊界條件和激勵,整個響應可以分為零輸入響應和零狀態(tài)響應之和。啟動狀態(tài)y(-1)=y(-2)=y(-n)=0時系統(tǒng)的激勵xn引起的響應。自由響應的其他部分和強制響應。激勵x(n)=0時系統(tǒng)的啟動狀態(tài)y(-1)、y(-2)、y(-n)引起的響應。它是同質解決方案的形式,是自由反應的一部分。1,0輸入響應,0輸入,由差分方程引起的響應是由初始能量存儲引起的響應。注意:在確定零輸入響應的系數(shù)時,必須使用僅由初始狀態(tài)引起的初始條件。初始條件為任意時間的回應值m,因此輸入零回應的表達式不再添加后綴n0。例如,描述離散時間系統(tǒng)的差分

5、方程如下:解決方案:特性表達式為:在差值方程式中,n=-1,是,可見y(2),y(1),y(0)和y(-1)僅由初始能量儲存產生。在差分方程中,n=0,可見,y(3)由初始能量存儲和激勵引起,不能用于確定零輸入響應的待定系數(shù)。如果由下而上替換y(1)=1,y(2)=2,y(3)=-23,則第三個零輸入條件:結果,2,零狀態(tài)響應,離散時間系統(tǒng)可以通過求解零狀態(tài)響應直接解決非均勻差分方程。解決方法類似于計算連續(xù)時間系統(tǒng)零狀態(tài)響應的經(jīng)典方法。也就是說,如果首先找到同質解決方案和特殊解決方案,然后在n=0時激勵連接到系統(tǒng),則零狀態(tài)條件取決于系統(tǒng)的因果性y (-1)=y (-2)=.=0確定待定系數(shù)。但是,當這里的信號復雜,差分方程的階數(shù)高時,求解非齊次差分方程的上述過程非常復雜,因此,與連續(xù)時間系統(tǒng)的時域分析一樣,離散時間系統(tǒng)計算零狀態(tài)響應時,通常也使用卷積分析。差分方程的邊界條件不一定是這組數(shù)字給出的。因果系統(tǒng)通常被指定為邊界條件。如果在激勵信號為n=0時訪問系統(tǒng),則0狀態(tài)等于0,而不是0。如果欲望是可重復的。例如,知道說明系統(tǒng)的一階差分方程是(1)邊界條件,(2)查找邊界條件,并且在:(1)開始時系統(tǒng)處于零狀態(tài),因此,(1)先查找零狀態(tài)響應,然后將其解釋為y-1=0,(2)這是(1)的結果,可以從y-1=1得到,所以它是完全響應,3,離散

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