3-2 脉冲响应函数
对于线性定常系统,其传递函数)(s Φ为
)()
()(s R s C s =Φ
式中)(s R 是输入量的拉氏变换式,)(s C 是输出量的拉氏变换式。
系统输出可以写成)(s Φ与)(s R 的乘积,即
)()()(s R s s C Φ= (3-1) 下面讨论,当初始条件等于零时,系统对单位脉冲输入量的响应。
因为单位脉冲函数的拉氏变换等于1,所以系统输出量的拉氏变换恰恰是它的传递函数,即
)()(s s C Φ= (3-2) 由方程(3-2)可见,输出量的拉氏反变换就是系统的脉冲响应函数,用)(t k 表示,即
1()[()]k t s -=Φ
脉冲响应函数)(t k ,是在初始条件等于零的情况下,线性系统对单位脉冲输入信号的响应。
可见,线性定常系统的传递函数与脉冲响应函数,就系统动态特性来说,二者所包含的信息是相同的。
所以,如果以脉冲函数作为系统的输入量,并测出系统的响应,就可以获得有关系统动态特性的全部信息。
在具体实践中,与系统的时间常数相比,持续时间短得很多的脉动输入信号就可以看成是脉冲信号。
设脉冲输入信号的幅度为11t ,宽度为1t ,现研究一阶系统对这种脉动信号的响应。
如
果输入脉动信号的持续时间t )0(1t t <<,与系统的时间常数T 相比足够小,那么系统的响
应将近似于单位脉冲响应。
为了确定1t 是否足够小,可以用幅度为12t ,持续时间(宽度)为
21t 的脉动输入信号来进行试验。
如果系统对幅度为11t ,宽度为1t 的脉动输入信号的响应,与系统对幅度为12t ,宽度为21t 的脉动输入信号的响应相比,两者基本上相同,那么1t 就可以认为是足够小了。
图3-3(a)表示一阶系统脉动输入信号的响应曲线;图3-3(c)表示一阶系统对脉冲输入信号的响应曲线。
应当指出,如果脉动输入信号T t 1.01<(图3-3(b)所示),
则系统的响应将非常接近于系统对单位脉冲信号的响应。
这样,当系统输入为一个任意函数)(t r 时,如图3-4所示。
那么输入量)(t r 可以用n 个连续脉冲函数来近似。
只要把每一个脉冲函数的响应求出来,然后利用叠加原理,把每个脉冲函数的响应叠加起来,就可得到系统在任意输入函数)(t r 作用下的响应。