
【化】 invariant (phase)system
在控制理论与系统科学领域,"不变系统"(Time-Invariant System)指系统特性不随时间推移发生改变的系统。其核心特征表现为:当输入信号产生时间延迟时,输出信号会产生相同的延迟量,且系统响应形态保持不变。
从数学模型角度,时不变系统的微分方程表述为: $$ frac{d^n y}{dt^n} + a_{n-1}frac{d^{n-1}y}{dt^{n-1}} + cdots + a_0y = b_mfrac{d^m u}{dt^m} + cdots + b_0u $$ 其中系数$a_i$和$b_j$均为常数,不显含时间变量$t$。这种数学特性使其区别于时变系统,后者参数会随时间发生改变。
工程实践中,不变系统可分为两大类型:
这类系统在自动控制、信号处理等领域具有广泛应用价值。例如通信系统中的滤波器设计、航空航天领域的姿态控制器开发,均需优先保证系统参数的时不变特性。其稳定性分析方法也更为成熟,可通过传递函数极点分布或状态空间方程特征值进行判定。
参考来源:维基百科"时不变系统"条目、IEEE Xplore数据库控制系统专题论文、《自动控制原理》(胡寿松著)第5版。
不变系统(时不变系统) 是系统科学中的重要概念,其核心特征是系统的参数和特性不随时间变化。以下是详细解释:
定义与特性
时不变系统是指系统的物理参数(如电阻、电容、电感等)或数学描述不随时间改变。无论输入信号何时施加,输出信号的形状仅与输入信号本身相关,仅在时间轴上产生相同的延迟。例如,若输入信号 ( x(t) ) 产生输出 ( y(t) ),则输入 ( x(t-tau) ) 会生成输出 ( y(t-tau) )。
数学表达
用数学形式可表示为:若系统变换 ( T ) 满足 ( T[x(t)] = y(t) ),则对任意时移 ( tau ),有 ( T[x(t-tau)] = y(t-tau) )。这表明系统对输入信号的响应与信号作用的时间起点无关。
与“时变系统”的区别
实际应用与示例
典型例子包括由恒定元件构成的电路系统(如RC滤波电路)或线性时不变(LTI)系统模型。这类系统在信号处理、控制理论中广泛应用,因其可预测性和分析简便性。
扩展理解
离散时不变系统的定义与连续系统类似,输入序列 ( x[n] ) 的时移会导致输出序列 ( y[n] ) 的同步时移,即 ( T[x[n-k]] = y[n-k] )。
总结来说,时不变系统的核心在于其稳定性和时间平移不变性,这为系统建模和分析提供了重要基础。
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