Matlab(R2014a版本)一阶、二阶系统响应
PART1:一阶系统响应
1.1阶跃响应
num=1
den=[1 1]
g=tf(num,den)
直接输入系统传递函数(时域函数经拉普拉斯变换后在s域的函数)的系数。num为分子系数,den为分母系数,从左至右依次为最高次项至最低次项的系数。
上述代码生成的传递函数(输入连续时间信号)显示在命令行窗口:
使用函数step()求阶跃响应(Step Respond)
step(g)
直接显示图象
响应性质待补充。一阶响应几乎没有震荡,很快到达稳态,与直流响应重合。
改变分母系数

右上角的图例中,英文代表着传递函数一次项的系数,从上到下依次是1、2、4、6、8,随着一次项系数增加,到达稳态所需时间变长
1.2脉冲响应
方法一:
首先生成脉冲信号
imp = [1; zeros(49,1)];
信号在t=1处产生脉冲,其余时间为0,图像如下
使用滤波器函数filter产生传递函数后输入脉冲信号
num=1
den=[1 1]
h=filter(num, den, imp);
stem(0:49,h)
图像是离散的,如下
方法二:
无需生成信号,直接用滤波器模拟函数fvtool()
num=1
den=[1 -0.9]
one=tf(num,den)
fvtool(num,den)
在上方的工具栏选项中有脉冲响应的选项

以上两个图象都是离散信号(discrete signal)的图象(暂未明白x-axis的意义),用impulse()函数可以求频率响应的时域图象。
以后所有系统都只讨论连续信号的响应。
impulse(one)
单极点系统(一阶系统)的极点在左半平面时,脉冲响应随时间衰减。都是稳定的。
改变分母一次项的大小(1、2、4、6、8)
一次项系数变大,衰减变慢,响应变慢。
1.3当分母的常数项变成负数(其余不变)
极点变成右半平面,位于实轴。
阶跃响应(Step Respond)图象

指数增长,不稳定
冲激响应(Impulse response)图象

指数增长,不稳定,极点距离虚轴越远(分母一次项系数越大),响应越慢。
1.4极点位于原点
此处考虑系统传递函数为1/s的情况
num=1
den=[1 0]
one=tf(num,den)
阶跃响应

时间函数就是正比例函数,unbounded,输入有界的情况下输出无界,系统不稳定
冲激响应

这是阶跃函数的图象
PART2:二阶系统响应
2.1系统的两个极点分别在正实轴和负实轴,均为一阶
num=[2 5]
den=[1 1 -1]
系统传递函数:
阶跃响应

冲激响应

都是指数增长,不稳定
2.2两个极点分别在正虚轴和负虚轴,均为一阶
x²+1=0有一对共轭复根,以此为传递函数分母
num=[2 ]
den=[1 0 1]

阶跃响应,有界,震荡

脉冲响应,有界,震荡
上面两个图的震荡方式叫等幅振荡。
2.3存在实轴上二重极点

左图阶跃响应右图冲激响应。均为指数增长,不稳定。
2.4存在虚轴上重极点
不是二阶系统,应该是四阶系统,就不单独分类了。系统传递函数如下,在(0,-3i)(0,-3i)处各有二重极点

阶跃响应

增长,无界
脉冲响应

无界,增幅震荡
2.5极点同时存在实部和虚部
传递函数

极点位于左半平面,实部为负

短暂震荡后很快达到稳态
修改传递函数,极点虚部不变,实部变为正


震荡后衰减,无界,系统不稳定