已知离散系统差分方程为y(n)-0.5y(n-1)+0.6y(n-2)=x(n)+0.5x(n-1),0≤n≤20,使用filter函数求解该系统的单位阶跃响应并绘图
时间: 2024-10-27 08:13:50 浏览: 40
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离散时间系统中,给定的差分方程描述了一个线性移不变系统,它可以用状态空间模型或者Z变换表示。对于给定的差分方程 \( y(n) - 0.5y(n-1) + 0.6y(n-2) = x(n) + 0.5x(n-1) \),我们可以认为它是一个一阶递归滤波器加上一阶延迟滤波器。
在Python中,通常使用`scipy.signal`库的`lfilter`函数来解决这类问题,这个函数能够通过指定滤波器系数计算输入序列经过滤波后的输出。然而,由于`filter`函数需要先将差分方程转换成相应的数字滤波器形式,我们首先需要确定系统函数H(z),然后利用`zpk2tf`函数将其转化为传递函数(TF)或零极点(ZP)形式,接着才能应用`lfilter`。
这里假设系数0.5和0.6对应的是b和a数组,而1和0.5分别对应d和b数组:
```python
from scipy.signal import zpk2tf, lfilter, impulse, step
# 假设系数已知
b1, a1 = [0.5], [1, -0.5] # 第一阶递归部分
b2, a2 = [0.6], [1, 0] # 延迟部分(无反馈)
# 合并滤波器系数
b, a = b1 + b2, a1 + a2
# 系统函数H(z)
num, den = zpk2tf(*zip(b, a))
# 设定单位阶跃信号作为输入
u = [0]*(n+1) + [1] # 单位阶跃信号,n为给定的最大步长
y = lfilter(num, den, u)
# 绘制阶跃响应
import matplotlib.pyplot as plt
plt.plot(range(len(y)), y, label='Response')
plt.xlabel('Time (Sample)')
plt.ylabel('Amplitude')
plt.title('Unit Step Response of the Discrete System')
plt.legend()
plt.show()
```
请注意,实际操作时需要确保系数的顺序和形状正确,并根据具体的数据范围`range(0, 21)`来调整步长。如果你需要帮助进行具体的数值计算,请提供滤波器系数或进一步的信息。
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