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))