2.4 零输入响应和零状态响应系统响应的划分系统响应的划分起始状态与激励源的等效转换起始状态与激励源的等效转换系统响应系统响应的求解的求解对系统线性的进一步认识对系统线性的进一步认识X第第第第 2 2 页页页页系统响应划分自由响应强迫响应自由响应强迫响应(Natural+forced)零输入响应零状态响应零输入响应零状态响应(Zero-input+Zero-state)暂态响应暂态响应+稳态响应稳态响应(Transient+Steady-state)X第第第第 3 3 页页页页 也称也称固有响应固有响应，由系统本身特性决定，与外加激励形，由系统本身特性决定，与外加激励形 式无关。对应于式无关。对应于齐次解齐次解。 形式取决于形式取决于外加激励外加激励。对应于。对应于特解特解。 是指激励信号接入一段时间内，完全响应中暂时出现的是指激励信号接入一段时间内，完全响应中暂时出现的 有关成分，随着时间有关成分，随着时间t 增加，它将消失。增加，它将消失。 由完全响应中减去暂态响应分量即得稳态响应分量。由完全响应中减去暂态响应分量即得稳态响应分量。 没有外加激励信号的作用，只由起始状态（起始时刻系没有外加激励信号的作用，只由起始状态（起始时刻系 统储能）所产生的响应。统储能）所产生的响应。 不考虑原始时刻系统储能的作用（起始状态等于不考虑原始时刻系统储能的作用（起始状态等于零），由系统的外加激励信号产生的响应。零），由系统的外加激励信号产生的响应。 自由响应：自由响应：暂态响应：暂态响应：稳态响应稳态响应：强迫响应：强迫响应：零输入响应：零输入响应：零状态响应：零状态响应：各种系统响应定义X第第第第 4 4 页页页页二起始状态与激励源的等效转换在一定条件下，激励源与起始状态之间可以等效转换。在一定条件下，激励源与起始状态之间可以等效转换。即可以将原始储能看作是激励源。即可以将原始储能看作是激励源。电容的等效电路电容的等效电路电感的等效电路电感的等效电路X第第第第 5 5 页页页页电容器的等效电路电路等效为起始状态为零的电容与电压源电路等效为起始状态为零的电容与电压源 的的串联串联等效电路中的等效电路中的电容器的起始电容器的起始状态为零状态为零X第第第第 6 6 页页页页故电路等效为起始状态为零的电感故电路等效为起始状态为零的电感L和电流源和电流源的并联。的并联。电感的等效电路X第第第第 7 7 页页页页 系统系统零输入响应零输入响应，实际上是求系统方程的齐次解，由非零的，实际上是求系统方程的齐次解，由非零的系统状态值决定的初始值求出待定系数。系统状态值决定的初始值求出待定系数。 系统方程：系统方程：解的形式：解的形式：由由起始条件起始条件求待定系数。求待定系数。零输入响应零输入响应X第第第第 8 8 页页页页例例1 1： 求系统的零输入响应求系统的零输入响应解：解：特征方程特征方程特征根特征根零输入响应零输入响应由起始条件由起始条件得零输入响应为得零输入响应为X第第第第 9 9 页页页页 系统系统零状态响应零状态响应，是在激励作用下求系统方程的非齐次解，由，是在激励作用下求系统方程的非齐次解，由 状态值状态值 为零决定的初始值求出待定系数。为零决定的初始值求出待定系数。 系统方程：系统方程：解的形式：解的形式：齐次解齐次解+ +特解特解由由初始初始条件条件求待定系数。求待定系数。零状态响应零状态响应X第第第第 1 10 0 页页页页例例2 2： 求系统的零状态响应求系统的零状态响应解：解：特征方程特征方程特征根特征根齐次通解齐次通解激励函数中激励函数中a = -1= -1，与微分方程的一个特征根相同，因此特解为：，与微分方程的一个特征根相同，因此特解为： X第第第第 1 11 1 页页页页由起始状态导出初始条件由起始状态导出初始条件代入原微分方程得代入原微分方程得 求得求得 特解特解 零状态响应：零状态响应：所以：所以：X第第第第 1 12 2 页页页页求解非齐次微分方程是比较烦琐的工作，所以引出求解非齐次微分方程是比较烦琐的工作，所以引出卷积积分法。卷积积分法。系统的零状态响应系统的零状态响应=激励与系统冲激响应的卷积，即激励与系统冲激响应的卷积，即X第第第第 1 13 3 页页页页自由响应自由响应强迫响应强迫响应零输入响应零输入响应零状态响应零状态响应零状态响应的零状态响应的齐次解齐次解自由响应自由响应式中式中零输入响应零输入响应系统全响应系统全响应X第第第第 1 14 4 页页页页两种分解方式的区别：两种分解方式的区别：1 1、 自由响应与零输入响应的系数各不相同与不相同由初始状态和激励共同确定由初始状态确定2 2、 自由响应包含了零输入响应和零状态响应中的齐次解 对于系统响应还有一种分解方式，即瞬态响应和稳态响应。所谓瞬态响应指对于系统响应还有一种分解方式，即瞬态响应和稳态响应。所谓瞬态响应指时，响应趋于零的那部分响应分量；而稳态响应指时，响应趋于零的那部分响应分量；而稳态响应指时，响应不为零的那部分响应分量。时，响应不为零的那部分响应分量。X第第第第 1 15 5 页页页页由常系数微分方程描述的系统在下述意义上是线性的。由常系数微分方程描述的系统在下述意义上是线性的。(1)响应可分解为：零输入响应零状态响应。响应可分解为：零输入响应零状态响应。(2)零零状状态态线线性性：当当起起始始状状态态为为零零时时，系系统统的的零零状状态态响响应应对对于于各激励信号呈线性。各激励信号呈线性。(3)零输入线性零输入线性：当激励为零时，系统的零输入响应对于各起：当激励为零时，系统的零输入响应对于各起始状态呈线性。始状态呈线性。 X第第第第 1 16 6 页页页页解：解：四.对系统线性的进一步认识X第第第第 1 17 7 页页页页解得解得四.对系统线性的进一步认识