零状态响应
零状态响应是电路的储能元器件(电容、电感类元件)无初始储能,仅由外部激励作用而产生的响应。零状态响应是系统在无初始储能或称为状态为零的情况下,仅由外加激励源引起的响应。根据叠加原理,将零输入响应与零状态响应两个分量进行叠加,即可得到全响应1。
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基本信息
- 中文名
零状态响应
- 外文名
zero-state response
- 产生条件
初始状态为零、完全由激励产生
- 领域
电路
- 学科
信号与系统
- 相关
零输入响应
引发原因
系统的初始状态为零,仅由激励源引起的响应被称之为该系统的“零状态响应”。
实例: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。
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”。
全响应
系统的全响应是系统或电路在输入和初始条件共同作用下的响应。其可以分成零输入响应和零状态响应两种分量,也可以分成自然响应和受迫响应两种分量,还可以分成瞬态响应和稳态响应两种分量。
求解方法
连续线性时不变系统零状态响应的分析方法3:
时域分析
1. 时域经典分析法:指利用数学经典理沦,来求解系统微分方程的过程
步骤:(1)构建系统的时域微分方程;(2)列写特征多项式,求出特征根;(3)求解出方程的齐次解、特解的一般形式;(4)将全解表达式带回原方程,得出待定系数
,求出
表达式
说明:微分方程的全解由齐次解和特解两部分组成,其中齐次解的形式由微分方程对应的齐次方程的特征根确定,特解由输入激励的形式决定。
时域经典解析法具有下面特点:
(1)优点:思路清晰,便于理解
(2)缺点:用到数学知识,运算量较大,对于复杂输入信号,不易求得特解。
2. 时域卷积法
步骤:(1)构建系统的时域微分方程;(2)求出冲激响应
;(3)计算零状态响应![]()