信号与系统（MATLAB版 微课视频版 第2版） 课件 5-2 离散时间系统及其数学描述.ppt

5.2离散时间系统及其数学描述用于传输和处理离散时间信号的系统称为离散时间系统，简称离散系统。其作用是将输入序列转变为输出序列。离散系统的功能是完成激励信号转变为响应信号的运算，记为系统特性的描述：离散时间系统输入—输出关系的数学模型是差分方程；系统分析方法：离散系统有时域、频域和Z域分析法；系统响应的分解：可以分解为零输入响应和零状态响应等。5.2.1离散时间系统的性质1．线性齐次性和叠加性。系统的齐次性是指当输入信号增加为原来的a倍（数乘运算）时，响应也增加为原来的a倍。系统的叠加性是指当几个激励信号同时作用于系统时，系统的总响应等于每个激励单独作用所产生的响应之和。2．线性和非线性离散时间系统同时具有齐次性与叠加性的系统称为线性系统，不满足齐次性或叠加性的系统为非线性系统。3．时变与时不变离散时间系统如果一个系统当输入有一个时间上的平移，输出也产生相同的平移，除此之外无任何其它变化，则系统是时不变的。考查：是否等于？相等系统是时不变的，不相等系统是时变的。则系统是时不变的，否则系统是时变的。系统是否是时变的，其检验方法是：令该系统是时变的。例5-6已知系统，判断其时变特性。解：令则而3．时变与时不变离散时间系统4．因果与非因果系统在任何时刻系统的输出都只与该时刻以及该时刻以前的输入有关，而与该时刻以后的输入无关，则系统是因果的；如果系统在某时刻的输出与以后的输入有关，则系统为非因果的。一切物理可实现的连续时间系统都是因果的。对非实时处理的离散时间系统可以实现非因果系统，即先存储、后处理。例5-7已知系统一的输入输出关系为，系统二的输入输出关系为，试判断它们的因果特性。解：系统一在n0时的响应决定于以后的输入，所以是非因果系统。系统二在n时刻的响应决定于n和n-1时刻的输入，所以是因果系统。5.2.2离散时间系统的数学模型——差分方程LTI离散时间系统的输入是离散序列及其延时信号输出是离散序列及其延时信号则输入和输出即其中和为常数，，为阶数，称之为后向（或右移序）阶常系数线性差分方程，它描述了离散时间系统的输入—输出关系，也称为离散时间系统的数学模型。例5-8对一阶常系数线性微分方程做变化，近似为差分方程。解：当，若时间间隔足够小，则有整理得延时器标量乘法器加法器1．基本运算单元5.2.3离散时间系统的模拟例5-9某离散时间系统由延时器、加法器和标量乘法器组成，其结构如图，求该系统的输入输出关系，即差分方程。解：由图知加法器输出为则系统输出为系统的输入输出关系—差分方程为试画出其模拟图。2．系统模拟依据离散时间系统的输入输出关系，即差分方程，可完成系统模拟，来得到系统结构。例5-7已知离散时间系统的差分方程解：由差分方程有实际中，由差分方程完成系统模拟，方法不止一种，模拟图也不惟一。对于一般形式的差分方程图5-2-8给出了三种形式的模拟图，（a）称为直接Ⅰ型；直接Ⅰ型模拟图中级联的两部分交换后变形为（b）；（b）结构图简化后变形为（c）结构图，称之为直接Ⅱ型。(a)直接Ⅰ型(b)直接Ⅰ型的变形(c)直接Ⅱ型