系统的分类

一、记忆系统和无记忆系统

系统的输出仅取决于该时刻的输入,则称之为无记忆系统。反之就是记忆系统。

例如,电阻的电压和电流关系就是无记忆系统:

U(t)=R*I(t);

记忆系统的例子就是电容的电压和电流关系:

U(t)=1/C*∫I(t)dt

二、可逆性

不同输入导致不同输出的系统称为可逆系统,反之则称为不可逆系统。

可逆系统一定会有一个逆系统存在,该系统与原系统级联后,其输出就是就是输入。

可逆系统的例子:

y(t)=2x(t)

其逆系统为:

x(t)=0.5y(t)

不可逆系统的例子就是恒等式,例如:

y(t)=1,

或者绝对值,例如:

y(t)=|x(t)|

三、因果性

任何时刻的输出只取决于现在及过去的输入的系统称为因果系统(大部分现实存在的系统),也称为不可预测系统。反之成为非因果系统。

根据定义可知,所有无记忆系统都是因果系统。

非因果系统多用于统计学研究,例如股票市场分析,或者气象学等。

四、稳定性

系统的输入是有界的,则其输出也有界,该系统称为稳定系统,反之成为不稳定系统。

稳定系统就是日常说的输出收敛,不稳定也就是输出发散。

收敛代表着系统的极点都在左半轴,发散代表有右半轴的极点。

稳定系统和不稳定系统现实都是存在的,稳定系统比较常见,例如摆球逐渐停摆,系统过冲的振铃逐渐减小等等。不稳定系统也有,例如电源进行环路稳定性测试不通过,以及累加器等。

五、时不变性

系统的特性和行为不随时间而变,该系统就是时不变系统。例如RC滤波电路,不论是今天还是昨天做试验,其特性都是一样的,因此它是时不变系统。但是若R或C随时间有变化,则就是时变系统了。

假如,y(t)=sin(x(t)),令x2(t)=x1(t-t0),则:

y2(t)=sin(x2(t))=sin(x1(t-t0))=y1(t-t0)

由上可以证明本系统是时不变系统。

再假如y(t)=x(2t),令x2(2t)=x1(2t-t0),则:

y2(t)=x2(2t)=x1(2t-t0)

y1(t-t0)=x1(2(t-t0))=x1(2t-2t0)

y2(t)≠y1(t-t0)

因此,本系统为时变系统。

六、线性

同时满足叠加性和齐次性的系统就是线性系统。

叠加性是指系统的输入由几个信号加权组成,那么其输出也是每个信号响应的加权和,即:

y1(t)=x1(t),y2(t)=x2(t),那么:

y1(t)+y2(t)=x1(t)+x2(t)。

齐次性就是指系统的输入乘以一个系数,那么其输出也是原输入对应输出乘以该系数,即:

y(t)=x(t),那么:

a*y(t)=a*x(t),a为任意复常数。

举个例子:

y(t)=t*x(t)就是线性系统。

令y1(t)=t*x1(t),y2(t)=t*x2(t),x3(t)=a*x1(t)+b*x2(t),则:

y3(t)=t*x3(t)=t*(a*x1(t)+b*x2(t))=a*y1(t)+b*y2(t)

然后大家可以看下y(t)=x(t)+1,是线性系统吗?

七、线性时不变系统

线性时不变系统从名称上也可以看出是既满足线性系统,也满足时不变系统的系统,也就是常说的LTI系统。

大部分实际场景使用的系统就是线性时不变系统,其有三大定律:

交换律性质:y(t)*x(t)=x(t)*y(t)

分配律性质:y(t)*(x(t)+h(t))=y(t)*x(t)+y(t)*h(t)

结合律性质:y(t)*(x(t)*h(t))=(y(t)*x(t))*h(t))

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