y''(t)+4y'(t)+4y(t)=f'(t)+f(t)在输入f(t)=sin(1/2*pi*t)时的零状态响应
时间: 2023-08-09 09:09:00 浏览: 102
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零状态响应指的是在没有外部输入(即f(t)=0)的情况下,系统的响应。在这个问题中,我们需要求解y''(t)+4y'(t)+4y(t)=0的解。
首先,我们可以写出特征方程:
λ^2+4λ+4=0
解这个特征方程,得到:
λ=-2
因此,系统的通解为:
y(t)=(c1+c2t)e^(-2t)
接下来,我们需要考虑外部输入f(t)=sin(1/2*pi*t)的影响。因为这是一个线性系统,我们可以通过叠加原理来求解总的响应。
首先,我们需要求解输入信号f(t)对系统的强迫响应。我们可以将f(t)看作是一个单位冲激函数的卷积,即:
f(t)=sin(1/2*pi*t)=∫δ(τ)sin(1/2*pi*(t-τ))dτ
我们知道,单位冲激函数的拉普拉斯变换为1,因此,f(t)的拉普拉斯变换为:
F(s)=1/(s^2+(1/2*pi)^2)
接下来,我们可以使用拉普拉斯变换来求解系统的强迫响应。将系统的微分方程变换到s域,得到:
s^2Y(s)+4sY(s)+4Y(s)=F(s)+Y(0)+sY'(0)
将F(s)代入上式,得到:
s^2Y(s)+4sY(s)+4Y(s)=1/(s^2+(1/2*pi)^2)
移项,得到:
Y(s)=1/(s^2+(1/2*pi)^2)/(s^2+4s+4)
我们可以使用部分分式分解来求解Y(s)的逆变换。令:
Y(s)=A/(s+2)+B/(s+2)^2+C/(s+1/2*pi)+D/(s-1/2*pi)
将上式代入Y(s)的表达式,并进行化简,得到:
Y(s)=(-A-B)/(s+2)^2+(A/2-C/((1/2*pi)+s))+(A/2+D/((-1/2*pi)+s))
使用拉普拉斯逆变换,得到系统的强迫响应:
y_p(t)=(1/2)*t*e^(-2t)*sin(1/2*pi*t)
因此,系统的零状态响应为:
y(t)=(c1+c2t)e^(-2t)+y_p(t)
最终的解为:
y(t)=(c1+c2t)e^(-2t)+(1/2)*t*e^(-2t)*sin(1/2*pi*t)
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