题目
2.4 已知描述系统的微分方程和初始状态如下,试求其零输入响应、零状态响应和全(1)y''(t)+4y'(t)+3y(t)=f(t),y'(0_(-))=1,f(t)=varepsilon(t)(2)y''(t)+4y'(t)+4y(t)=f'(t)+3f(t),y(0_(-))=1,y'(0_(-))=2,f(t)=e^-tvarepsilon(t)(3)y''(t)+2y'(t)+2y(t)=f'(t),y(0_(-))=0,y'(0_(-))=1,f(t)=varepsilon(t)
2.4 已知描述系统的微分方程和初始状态如下,试求其零输入响应、零状态响应和全
(1)$y''(t)+4y'(t)+3y(t)=f(t),y'(0_{-})=1,f(t)=\varepsilon(t)$
(2)$y''(t)+4y'(t)+4y(t)=f'(t)+3f(t),y(0_{-})=1,y'(0_{-})=2,f(t)=e^{-t}\varepsilon(t)$
(3)$y''(t)+2y'(t)+2y(t)=f'(t),y(0_{-})=0,y'(0_{-})=1,f(t)=\varepsilon(t)$
题目解答
答案
(1) **零输入响应**:特征根为-1和-3,解得 $y_i(t) = (2e^{-t} - e^{-3t})u(t)$。
**零状态响应**:拉普拉斯变换后解得 $y_f(t) = \left(\frac{1}{3} - \frac{1}{2}e^{-t} + \frac{1}{6}e^{-3t}\right)u(t)$。
(2) **零输入响应**:特征根为-2(二重),解得 $y_i(t) = (1 + 4t)e^{-2t}u(t)$。
**零状态响应**:拉普拉斯变换后解得 $y_f(t) = [2e^{-t} - (2 + t)e^{-2t}]u(t)$。
(3) **零输入响应**:特征根为-1±i,解得 $y_i(t) = e^{-t} \sin t u(t)$。
**零状态响应**:拉普拉斯变换后解得 $y_f(t) = e^{-t} \sin t u(t)$。
\[
\boxed{
\begin{array}{ll}
(1) & y_i(t) = (2e^{-t} - e^{-3t})u(t), \quad y_f(t) = \left(\frac{1}{3} - \frac{1}{2}e^{-t} + \frac{1}{6}e^{-3t}\right)u(t); \\
(2) & y_i(t) = (1 + 4t)e^{-2t}u(t), \quad y_f(t) = \left[2e^{-t} - (2 + t)e^{-2t}\right]u(t); \\
(3) & y_i(t) = e^{-t} \sin t u(t), \quad y_f(t) = e^{-t} \sin t u(t).
\end{array}
}
\]
解析
步骤 1:零输入响应
对于零输入响应,我们假设输入 $f(t) = 0$,并求解微分方程的齐次解。对于每个微分方程,我们首先找到特征方程的根,然后根据初始条件求解齐次解。
步骤 2:零状态响应
对于零状态响应,我们假设初始条件为零,然后求解微分方程的特解。我们使用拉普拉斯变换来求解特解。
步骤 3:全响应
全响应是零输入响应和零状态响应的叠加。
对于零输入响应,我们假设输入 $f(t) = 0$,并求解微分方程的齐次解。对于每个微分方程,我们首先找到特征方程的根,然后根据初始条件求解齐次解。
步骤 2:零状态响应
对于零状态响应,我们假设初始条件为零,然后求解微分方程的特解。我们使用拉普拉斯变换来求解特解。
步骤 3:全响应
全响应是零输入响应和零状态响应的叠加。