系统分类


系统分为以下几类:

  • 线性和非线性系统
  • 时变和时不变系统
  • 线性时变系统和线性时不变系统
  • 静态和动态系统
  • 因果和非因果系统
  • 可逆和不可逆系统
  • 稳定和不稳定的系统

线性和非线性系统

当一个系统满足叠加和匀化原理时,该系统被称为线性系统。考虑两个系统,输入分别为 x 1 (t)、x 2 (t),输出分别为 y 1 (t)、y 2 (t)。然后根据叠加原理和匀化原理,

    T [a 1 x 1 (t) + a 2 x 2 (t)] = a 1 T[x 1 (t)] + a 2 T[x 2 (t)]

    $\因此,$ T [a 1 x 1 (t) + a 2 x 2 (t)] = a 1 y 1 (t) + a 2 y 2 (t)

从上面的表达式可以清楚地看出,整个系统的响应等于单个系统的响应。

例子:

    (t) = x 2 (t)

    解决方案:

      y 1 (t) = T[x 1 (t)] = x 1 2 (t)

      y 2 (t) = T[x 2 (t)] = x 2 2 (t)

      T [a 1 x 1 (t) + a 2 x 2 (t)] = [ a 1 x 1 (t) + a 2 x 2 (t)] 2

不等于 a 1 y 1 (t) + a 2 y 2 (t)。因此,该系统被称为非线性系统。

时变和时不变系统

如果一个系统的输入和输出特性随时间变化,则该系统被称为时变系统。否则,系统被认为是时不变的。

时不变系统的条件是:

    y (n , t) = y(nt)

时变系统的条件是:

    y (n , t) $\neq$ y(nt)

其中 y (n , t) = T[x(nt)] = 输入变化

    y (nt) = 输出变化

例子:

    y(n) = x(-n)

    y(n, t) = T[x(nt)] = x(-nt)

    y(nt) = x(-(nt)) = x(-n + t)

    $\因此$ y(n, t) ≠ y(nt)。因此,系统是时变的。

线性时变 (LTV) 和线性时不变 (LTI) 系统

如果一个系统既是线性的又是时变的,那么它被称为线性时变(LTV)系统。

如果一个系统既是线性的又是时不变的,那么该系统称为线性时不变(LTI)系统。

静态和动态系统

静态系统是无记忆的,而动态系统是有记忆的系统。

示例 1: y(t) = 2 x(t)

对于当前值 t=0,系统输出为 y(0) = 2x(0)。这里,输出仅取决于当前输入。因此,系统是内存较少的或静态的。

示例 2: y(t) = 2 x(t) + 3 x(t-3)

对于当前值 t=0,系统输出为 y(0) = 2x(0) + 3x(-3)。

这里 x(-3) 是当前输入的过去值,系统需要内存才能获得该输出。因此,该系统是一个动态系统。

因果和非因果系统

如果一个系统的输出取决于当前和过去的输入,而不取决于未来的输入,则称该系统是因果系统。

对于非因果系统,输出也取决于未来的输入。

示例 1: y(n) = 2 x(t) + 3 x(t-3)

对于当前值 t=1,系统输出为 y(1) = 2x(1) + 3x(-2)。

在这里,系统输出仅取决于当前和过去的输入。因此,系统是因果的。

示例 2: y(n) = 2 x(t) + 3 x(t-3) + 6x(t + 3)

对于当前值 t=1,系统输出为 y(1) = 2x(1) + 3x(-2) + 6x(4) 这里,系统输出取决于未来的输入。因此该系统是非因果系统。

可逆和不可逆系统

如果系统的输入出现在输出处,则称该系统是可逆的。

可逆系统

    Y(S) = X(S) H1(S) H2(S)

    = X(S) H1(S) · $1 \over ( H1(S) )$       因为 H2(S) = 1/( H1(S) )

    $\因此,$ Y(S) = X(S)

    $\to$ y(t) = x(t)

因此,系统是可逆的。

如果 y(t) $\neq$ x(t),则称系统是不可逆的。

稳定和不稳定的系统

仅当输出对于有界输入有界时,系统才被认为是稳定的。对于有界输入,如果系统中的输出无界,则称系统不稳定。

注意:对于有界信号,幅度是有限的。

示例 1: y (t) = x 2 (t)

设输入为 u(t)(单位步长有界输入),则输出 y(t) = u2(t) = u(t) = 有界输出。

因此,系统是稳定的。

示例 2: y (t) = $\int x(t)\, dt$

设输入为 u (t) (单位阶跃有界输入),则输出 y(t) = $\int u(t)\, dt$ = 斜坡信号(无界,因为斜坡的幅度不是有限的,当t $\to$ 无限)。

因此,系统不稳定。