单位圆内极点系统的稳定性 - 与微分方程冲突

信息处理 z变换 时频 零极点 稳定
2022-02-04 03:04:03

我试图理解为什么单位圆内有一个单极的系统是稳定的。例如,在处有一个极点的系统。文献称该系统是稳定的。作为一名对零极点图没有太多直觉的物理学专业学生,我首先尝试求解此传递函数所代表的微分方程:z=12

Y(z)X(z)=H(z)=zz12

哪一个,我重新写找到

Y(z)(z12)=X(z)z

我将其转换为时域给予

y˙12y=x˙

对于脉冲响应,所以我的方程的解看起来像x˙=δ˙(t)=0

yδ(t)=c1e12t

这对我来说看起来很不稳定!

当然,我也尝试通过对传递函数进行长尾除法来做同样的事情,所以我得到了

H(z)=n=02nzn

这个的逆变换给出

yδ(t)=2t=(12)t

我同意,这是一个稳定的系统。

我试过到处找,但我还没有找到一个如何从微分方程到稳定系统的例子。我已经看到其他一些问题的答案包括“看看特征方程,当时系统是稳定的。我想我不同意 - 因为只会是稳定的对于负λ<1eλtλ

我错过了什么?

2个回答

您缺少的是这是关于离散时间系统的,因为我们谈论的是复平面中的极点和零点以及单位圆内部或外部的极点。所以没有微分方程,但有一个差分方程:z

(1)y[n]=12y[n1]+x[n]

对应的脉冲响应为

(2)h[n]=(12)nu[n]

其中是单位步长序列。u[n]

处有极点的连续时间系统确实是不稳定的,因为为了稳定,连续时间系统的所有极点都必须在左半平面内。在离散时间内,这对应于所有极点都在单位圆内的要求s=12|z|=1

您将系统的离散时间定义与系统的连续时间表示混为一谈。

您的离散时间

Y(z)(z12)=X(z)z

不转换为:

y˙12y=x˙

但要: 具有 的脉冲响应, 这绝对是稳定的。

y[n+1]12y[n]=x[n+1]
y[n]=12y[n1]+x[n]
h[n]=(12)nu[n]

您看到的问题是,对于连续时间系统(由微分方程描述的系统),稳定性标准是极点位于左半平面(即负实轴)。