已知描述系统的微分方程和激励信号ft)如下,y”(t)+4y'(t)+4y(t)=f(t)+3f(t). 若f(t)=exp(-t)s(t),试用解析法求系统的零状态响应y(t),并用MATLAB绘出系统零状态响应的时域仿真波形,验证结果是否相同.
时间: 2023-08-02 10:09:38 浏览: 96
根据描述系统的微分方程,可以列出其特征方程为λ^2+4λ+4=0,解得λ=-2.因此,系统的零状态响应形式为y(t)=(C1+C2t)e^(-2t),其中C1和C2为待定系数。
将激励信号ft)代入微分方程中,并忽略初始状态,得到y''(t)+4y'(t)+4y(t)=4exp(-t)s(t)。根据激励信号的特点,可以得到其拉普拉斯变换F(s)=1/(s+1)。将特征方程和激励信号的拉普拉斯变换代入系统的传递函数H(s)=Y(s)/F(s)=1/((s+2)^2),求得系统的拉普拉斯域响应Y(s)=(4/(s+2)^2)*(1/(s+1))。
接下来,将系统的拉普拉斯域响应Y(s)进行部分分式分解,得到Y(s)=4/(s+1)-8/(s+2)+4/(s+2)^2。然后,根据拉普拉斯反变换的定义,求得系统的零状态响应为y(t)=4e^(-t)-8te^(-2t)+4t^2e^(-2t)。
最后,使用MATLAB绘制系统的零状态响应的时域仿真波形,代码如下:
```
t = 0:0.01:5;
y = 4*exp(-t)-8*t.*exp(-2*t)+4*t.^2.*exp(-2*t);
plot(t,y);
xlabel('Time(s)');
ylabel('Amplitude');
title('System Zero-state Response');
```
运行该代码,即可得到系统零状态响应的时域仿真波形。
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已知描述系统的微分方程和激励信号f(t)如下,y”(t)+ 4y'(t)+4y(t)=f'(t)+3f(t). (1)试用MATLAB求系统在0~10秒范围内冲激响应和阶跃响应的数值解,并用绘出系统冲 激响应和阶跃响应的时域波形代码
下面是MATLAB求解系统冲激响应和阶跃响应的代码:
```matlab
% 定义微分方程的参数
a = 1;
b = 4;
c = 4;
% 定义激励信号
t = 0:0.01:10;
f = exp(-t);
% 求解系统的零状态响应
syms y(t)
ode = diff(y,t,2) + b*diff(y,t) + c*y == 0;
cond = [y(0)==0, diff(y)(0)==0];
y_zs = dsolve(ode,cond);
y_zs = simplify(y_zs);
% 求解系统的完全响应
syms f(t)
ode = diff(y,t,2) + b*diff(y,t) + c*y == diff(f,t) + a*f;
cond = [y(0)==0, diff(y)(0)==0];
y_c = dsolve(ode,cond);
y_c = simplify(y_c);
% 求解系统的冲激响应
syms t
h = diff(y_zs,t);
t = 0:0.01:10;
h = subs(h);
% 求解系统的阶跃响应
s = 1/c;
u = s * y_c;
u = subs(u);
% 绘制系统的时域波形
subplot(2,1,1);
plot(t,h);
title('系统的冲激响应');
xlabel('时间(s)');
ylabel('幅值');
grid on;
subplot(2,1,2);
plot(t,u);
title('系统的阶跃响应');
xlabel('时间(s)');
ylabel('幅值');
grid on;
```
运行上述代码后,即可得到系统在0~10秒范围内冲激响应和阶跃响应的时域波形。
已知微分方程dy/dt=-y+t+1,y(0)=1,求该方程的数值解的MATLAB语句
可以使用MATLAB的ode45函数求解该微分方程的数值解。具体的MATLAB语句如下:
```
% 定义匿名函数,表示微分方程dy/dt=-y+t+1
f = @(t, y) -y + t + 1;
% 定义初始条件
y0 = 1;
% 定义时间区间
tspan = [0 10];
% 求解微分方程的数值解
[t, y] = ode45(f, tspan, y0);
% 绘制数值解的图像
plot(t, y);
```
其中,ode45函数的第一个参数是表示微分方程的匿名函数,第二个参数是表示时间区间的向量,第三个参数是表示初始条件的标量。函数的输出结果是两个向量,分别表示时间和数值解。最后通过plot函数绘制数值解的图像。