
【计】 invariable linear system
在控制理论与系统科学领域,"不变线性系统"(Time-Invariant Linear System)指系统参数不随时间变化的线性动态系统。其核心特征表现为叠加原理成立且系统特性具有时间一致性,具体包含两个关键维度:
线性特性
系统满足齐次性(Homogeneity)与可加性(Additivity)公理。对于任意输入信号$x_1(t)$和$x_2(t)$,输出响应满足: $$ y(a x_1 + b x_2) = a y(x_1) + b y(x_2) $$ 其中$a,b$为常数标量,该特性源自线性代数理论对系统算子的定义。
时不变特性
系统参数矩阵保持恒定,输入信号的时移将导致输出信号的等量时移。数学表达为: 若输入$u(t) rightarrow y(t)$,则$u(t-tau) rightarrow y(t-tau)$ 这一特性在经典控制理论中被表述为微分方程系数恒定性。
实际工程中,此类系统常见于RC电路、质量-弹簧-阻尼器等物理装置建模。其稳定性分析可借助劳斯-赫尔维茨判据进行判定,相关研究可参考《IEEE控制系统汇刊》关于线性时不变系统的稳定性分析框架。在信号处理领域,该系统的脉冲响应函数完全表征系统动态特性,这一结论已被收录于《数字信号处理》标准教材。
“不变线性系统”通常指“线性时不变系统”(Linear Time-Invariant System,简称LTI系统),是控制理论、信号处理等领域中的核心概念。它结合了线性和时不变性两大特性,具体解释如下:
系统满足叠加原理,即:
数学表达为:若输入( x(t) = a x_1(t) + b x_2(t) ),则输出( y(t) = a y_1(t) + b y_2(t) )。
系统的特性不随时间改变。若输入( x(t) )产生输出( y(t) ),则输入延迟( tau )后的信号( x(t-tau) )会产生相应的延迟输出( y(t-tau) )。
示例:电阻电路的特性(如电阻值固定)不随时间变化,属于时不变系统。
LTI系统可通过微分方程或差分方程描述:
LTI系统理论广泛应用于:
不变线性系统(LTI系统)因结构简单、分析工具成熟,成为工程领域的基础模型。其局限性在于无法直接描述非线性或时变系统(如时变电路、混沌系统),需借助更复杂的理论扩展。
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