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Guo's Blog
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2jie

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0. 核心基础:特征方程与根

所有响应的暂态分量(自由分量)形式都由特征根决定。


1. 零输入响应 (ZIR)

阻尼状态条件零输入响应公式 yzi(t)y_{zi}(t)
过阻尼α>ω0\alpha > \omega_0A1es1t+A2es2tA_1 e^{s_1 t} + A_2 e^{s_2 t}
临界阻尼α=ω0\alpha = \omega_0(A1+A2t)e−αt(A_1 + A_2 t) e^{-\alpha t}
欠阻尼α<ω0\alpha < \omega_0e−αt[B1cos⁡(ωdt)+B2sin⁡(ωdt)]e^{-\alpha t} [B_1 \cos(\omega_d t) + B_2 \sin(\omega_d t)]

注:系数 A1,A2A_1, A_2 或 B1,B2B_1, B_2 需代入 t=0t=0 时的 y(0+)y(0_+) 和 y′(0+)y'(0_+) 求解。


2. 零状态响应 (ZSR)

yzs(t)=y(∞)+暂态分量y_{zs}(t) = y(\infty) + \text{暂态分量}
阻尼状态条件零状态响应公式 yzs(t)y_{zs}(t)
过阻尼α>ω0\alpha > \omega_0y(∞)+A1es1t+A2es2ty(\infty) + A_1 e^{s_1 t} + A_2 e^{s_2 t}
临界阻尼α=ω0\alpha = \omega_0y(∞)+(A1+A2t)e−αty(\infty) + (A_1 + A_2 t) e^{-\alpha t}
欠阻尼α<ω0\alpha < \omega_0y(∞)+e−αt[B1cos⁡(ωdt)+B2sin⁡(ωdt)]y(\infty) + e^{-\alpha t} [B_1 \cos(\omega_d t) + B_2 \sin(\omega_d t)]

特别注意:虽然公式结构和全响应一样,但在计算系数时,必须使用零状态条件:

  1. y(0+)=0y(0_+) = 0
  2. y′(0+)=0y'(0_+) = 0 (对于电容电压 uCu_C 和电感电流 iLi_L)

3. 全响应 (Full Response)

通用公式结构:

y(t)=y(∞)+yh(t)y(t) = y(\infty) + y_h(t)

其中 y(∞)y(\infty) 是稳态值(直流激励下为常数),yh(t)y_h(t) 是齐次解(暂态项)。

详细公式对照表
阻尼状态特征根情况全响应公式 y(t)y(t)
过阻尼两个不等实根 s1,s2s_1, s_2y(∞)+A1es1t+A2es2ty(\infty) + A_1 e^{s_1 t} + A_2 e^{s_2 t}
临界阻尼两个相等实根 −α-\alphay(∞)+(A1+A2t)e−αty(\infty) + (A_1 + A_2 t) e^{-\alpha t}
欠阻尼共轭复根 −α±jωd-\alpha \pm j\omega_dy(∞)+e−αt[B1cos⁡(ωdt)+B2sin⁡(ωdt)]y(\infty) + e^{-\alpha t} [B_1 \cos(\omega_d t) + B_2 \sin(\omega_d t)]
无阻尼纯虚根 ±jω0\pm j\omega_0y(∞)+B1cos⁡(ω0t)+B2sin⁡(ω0t)y(\infty) + B_1 \cos(\omega_0 t) + B_2 \sin(\omega_0 t)

4. 极速解题指南:如何求系数?

无论求哪种响应,核心都在于求出待定系数 (A1,A2A_1, A_2 等)。 统一解题步骤(三步走):

  1. 确定初值:
    • 求 y(0+)y(0_+):由换路定则得。
    • 求 y′(0+)y'(0_+):
      • 若求 uCu_C,则 uC′(0+)=iC(0+)/Cu_C'(0_+) = i_C(0_+) / C。
      • 若求 iLi_L,则 iL′(0+)=uL(0+)/Li_L'(0_+) = u_L(0_+) / L。
  2. 确定稳态值:
    • 求 y(∞)y(\infty):电容开路、电感短路求直流分量。
  3. 列二元一次方程组: 将 t=0t=0 代入通解公式及其导数公式。
以“过阻尼”为例演示:

假设通解为 y(t)=y(∞)+A1es1t+A2es2ty(t) = y(\infty) + A_1 e^{s_1 t} + A_2 e^{s_2 t}

联立解出 A1,A2A_1, A_2 即可。 对于零输入响应,只需令 y(∞)=0y(\infty)=0。 对于零状态响应,只需令 y(0+)=0,y′(0+)=0y(0_+)=0, y'(0_+)=0。


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