线性定常系统的差分方程求解

差分方程
非齐次线性定常前向差分方程、非齐次线性定常后向差分方程

基本步骤

设离散系统的输入为 e(k),输出为 u(k),(此时采样周期为 1 ,则 t=kT⇒k)

  1. 将差分方程进行 z 变换
  2. 利用线性或时间平移等 z 变换的性质得到输出离散序列的 z 变换 U(z)
  3. 对 U(z) 进行 z 反变换,得到差分方程的解 u(k)
∑j=0naju(k−j)=∑i=0mbie(k−i)⇒∑j=0najz−jU(z)=∑i=0mbiz−iE(z)⇒U(z)=∑i=0mbiz−i∑j=0najz−jE(z)⇒u(k)=Z−1[U(z)]

实际例子

u(k)+au(k−1)=e(k),e(k)=1(k),u(k)=0(k≤−1), 求输出 u(k)

U(z)+az−1[U(z)+u(−1)]=E(z)⇒U(z)=11+az−1E(z)=11+az−111−z−1⇒U(z)z=z(z+a)(z−1)=aa+11z+a+1a+11z−1⇒u(k)=aa+1(−a)k+1a+11(k)y(k+2)−1.2(k+1)+0.32y(k)=1.2u(k+1)y(0)=1,y(1)=2.4,u(0)=1z2[Y(z)−y(0)−y(1)z−1]−1.2z[Y(z)−y(0)]+0.32Y(z)=1.2z[U(z)−u(0)]⇒(z2−1.2z+0.32)Y(z)−z2−2.4z+1.2z=1.2zU(z)−1.2z⇒Y(z)=1.2zU(z)z2−1.2z+0.32+z2z2−1.2z+0.32⇒y(k)=Z−1[Y(z)]y(k)−5y(k−1)+6y(k−2)=u(k)Y(z)−5z−1Y(z)+6z−2Y(z)=U(z)⇒Y(z)=z2z2−5z+6×zz−1=z3(z−2)(z−3)(z−1)⇒Y(z)z=121z−1−41z−2+921z−3⇒y(k)=12−4⋅2k+92⋅3k