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技术系统的分类和性质

Anonim

在本模块中,将暂时介绍一些系统的基本分类,同时将说明系统的最重要属性。

可以看出,系统的属性提供了一种将一个系统与另一个系统分开的简便方法。

分类属性系统

理解系统之间的基本区别及其特性,将是所有信号和系统课程以及数字信号处理(DSP)中使用的基本概念。一旦可以通过共享特定属性来识别信号集,就不再需要每次都提供系统的某些特征,但是由于系统的分类,它们可以被接受。

还应记住,此处介绍的分类可能不是排他的(系统可能属于不同的分类)或唯一的(存在其他分类方法)。在这里可以找到一些简单系统的示例。

线性系统

如果系统是线性的,则意味着当给定系统的输入按值缩放时,系统的输出将按相同量缩放。

线性缩放

子图1.1子图1.2

图1

在上面的子图1.1中,线性系统L的输入x给出输出y。如果x按值α缩放并通过相同的系统(如子图1.2),则输出也将按α缩放。

线性系统也遵守叠加原理。这意味着,如果将两个输入相加并通过线性系统,则输出将等于两个单独评估的输入之和。

子图2.1子图2.2

图2

重叠原理

图3:如果图2为真,则叠加原理表明图3也为真。这对线性系统有效。

也就是说,如果图2为真,那么对于线性系统,图3也为真。上面提到的缩放属性对于叠加原理也有效。因此,如果输入x和y分别按因子α和β进行缩放,则这些缩放后的输入之和将得出各个缩放后的输出的总和。

子图4.1子图4.2

图4

线性烫伤的重叠原理

图5:给定线性系统的图4,图5也是有效的。

时不变系统

时不变(TI)系统具有以下特性:无论何时将输入应用于系统,某个输入都将始终提供相同的输出。

时不变系统

子图6.1子图6.2

图6:子图6.1显示了时间t的条目,而子图6.2显示了t0秒后的相同条目。在时不变系统中,除了子图6.2中的输出将延迟t0之外,两个输出都将相同。

在此图中,x(t)和x(t − t0)通过TI系统。由于TI系统是时不变的,因此输入x(t)和x(t − t0)产生相同的输出。唯一的区别是,由于x(t − t0)而产生的输出在时间t0之前发生了变化。

如果系统时间不变或时间变化,则可以从所描述的微分方程(或差分方程)中看出。时不变系统用常数系数方程建模。常数系数的微分(或差分)方程意味着系统参数不会随时间变化,并且无论现在还是以后,输入都将为我们提供相同的结果。

时间线性不变系统(LTI)

线性并且同时时间不变的系统将被称为LTI(线性时不变)系统。

时间线性不变系统

子图7.1子图7.2

图7:这是以上两种情况的组合。由于子图7.2输入是子图7.1输入的按比例缩放和时移形式,因此它也是输出。

由于LTI系统是线性系统的子集,因此它们遵循叠加原理。在下图中,我们可以在上一节中看到将不变时间应用于线性系统定义的效果。

子图8.1子图8.2

图8

时间线性不变系统的重叠

图9:应用于LTI系统的叠加原理

LTI系列系统

如果两个或多个系统彼此串联,则可以交换顺序而不会影响系统的输出。

串联系统也称为级联系统。

LTI级联系统

子图10.1

子图10.2

图10:级联LTI系统的顺序可以互换,而不会影响结果。

并行LTI系统

如果两个或多个LTI系统相互并联,则等效系统就是定义为这些各个系统之和的系统。

并行LTI系统

子图11.1子图11.2

图11:并行系统可以概括为系统的总和。

因果关系

如果系统不依赖于输入的未来值来确定输出,则该系统是因果的。这意味着,如果在时间t0接收到第一个输入,则系统应在该时间之前不提供任何输出。非因果系统的一个示例可以是“检测”输入即将到来,在输入到达之前给出输出的系统。

非因果系统

图12:在此非因果系统中,在给定输入的情况下产生输出,该输入在稍后发生。

因果系统的特征还在于,对于t <0,脉冲响应h(t)为零。

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