题目
已知系统微分方程为 (dy(t))/(dt) + 2y(t) = 2f(t),若 y(0_+) = (4)/(3),f(t) = u(t),解得全响应为 y(t) = (1)/(3)e^-2t + 1, t geq 0,则全响应中 (4)/(3)e^-2t 为 ( )。A. 强迫响应B. 自由响应分量C. 零状态响应分量D. 零输入响应分量
已知系统微分方程为 $\frac{dy(t)}{dt} + 2y(t) = 2f(t)$,若 $y(0_+) = \frac{4}{3}$,$f(t) = u(t)$,解得全响应为 $y(t) = \frac{1}{3}e^{-2t} + 1, t \geq 0$,则全响应中 $\frac{4}{3}e^{-2t}$ 为 ( )。
A. 强迫响应
B. 自由响应分量
C. 零状态响应分量
D. 零输入响应分量
题目解答
答案
D. 零输入响应分量
解析
本题考查线性时不变系统全响应的分解以及零输入响应分量的求解。解题思路是先明确全响应由零输入响应和零状态响应组成,然后根据零输入响应的定义,即输入信号为零,仅由系统的初始状态引起的响应,通过求解系统的齐次方程并结合初始条件来确定零输入响应分量。
步骤一:求系统的齐次方程
已知系统微分方程为$\frac{dy(t)}{dt} + 2y(t) = 2f(t)$,其齐次方程为$\frac{dy(t)}{dt} + 2y(t) = 0$。
步骤二:求解齐次方程的通解
对于齐次方程$\frac{dy(t)}{dt} + 2y(t) = 0$,这是一个一阶线性齐次常微分方程,其特征方程为$s + 2 = 0$,解得特征根$s = -2$。
所以齐次方程的通解为$y_h(t) = Ce^{-2t}$,其中$C$为待定常数。
步骤三:确定零输入响应
零输入响应是指输入信号$f(t)=0$时,仅由系统的初始状态$y(0_+)$引起的响应。
已知$y(0_+) = \frac{4}{3}$,将$t = 0_+$代入$y_h(t) = Ce^{-2t}$可得:
$y(0_+) = C e^{-2\times0_+} = C$
即$C = \frac{4}{3}$。
所以零输入响应为$y_{zi}(t) = \frac{4}{3}e^{-2t}, t \geq 0$。