零输入响应与零状态响应
rl零状态响应和零输入响应
rl零状态响应和零输入响应RL零状态响应和零输入响应是控制系统中两个重要的概念，它们分别描述了系统在不同输入条件下的响应特性。
在介绍这两个概念之前，我们先来了解一下什么是零状态和零输入。
零状态指的是系统起始时刻的状态，也就是系统还没有受到任何输入时的状态。
零输入则是指系统在没有外部输入的情况下自身产生的响应。
零状态响应是指系统在初始时刻没有输入而产生的响应。
换句话说，系统的初始状态会对零状态响应产生影响。
在实际应用中，我们通常通过给系统一个初始条件来观察其零状态响应。
例如，一个电路系统，我们可以将它充电到一个初始电压，然后切断外部输入，观察电路在没有输入的情况下的响应。
系统的零状态响应与其初始状态和系统自身的特性有关。
通常来说，一个稳态系统的初始状态对其零状态响应影响较小，而非稳态系统的初始状态可能会产生较大的影响。
系统的初始状态对零状态响应的影响也与系统的稳定性和数字信号的特性有关。
零输入响应则是指系统在没有外部输入的情况下自身产生的响应。
这个响应是由系统自身的特性决定的，与初始状态无关。
通过观察系统的零输入响应，我们可以了解到系统自身的特性，比如它的自然频率、阻尼比等。
零输入响应在实际应用中广泛应用于信号处理、滤波器和控制系统中。
在语音信号的处理中，我们可以通过对一段没有语音的信号进行处理，得到系统的零输入响应，从而了解系统的特性，比如它的频率响应。
在控制系统中，我们经常遇到在没有外部控制信号的情况下，系统会产生一些自身变化的情况，这就是系统的零输入响应。
总结起来，RL零状态响应和零输入响应是控制系统中的两个重要概念。
零状态响应是指系统在初始时刻没有输入而产生的响应，它与系统的初始状态和稳定性有关；零输入响应是指系统在没有外部输入的情况下自身产生的响应，它与系统的特性有关，与初始状态无关。
了解这两个概念可以帮助我们更好地理解和设计控制系统。
零输入响应和零状态响应
计算方法
利用系统的传递函数和初始条 件进行计算。
通过求解常微分方程或差分方 程ห้องสมุดไป่ตู้找到系统的零输入响应。
在MATLAB/Simulink等仿真软 件中，可以通过设置系统的初 始状态来模拟零输入响应。
02 零状态响应
定义
零状态响应：是指在系统无输入 信号的情况下，系统对初始状态
产生的响应。
描述了系统在没有输入信号作用 时，其内部状态的变化情况。
零状态响应完全取决于系统本身 的特性，与输入信号无关。
产生原因
系统内部存在储能元件（如电容、电 感），当输入信号为零时，储能元件 的能量不会立即消失，而是会以某种 形式继续存在并产生响应。
系统参数（如电阻、电感、电容等） 发生变化，导致系统内部状态发生变 化，从而产生零状态响应。
计算方法
根据系统的传递函数 和初始状态进行计算。
针对复杂系统和多尺度问题，发展基于零输入响应和零状态响应的跨学科 解决方案，促进各领域之间的交流与合作。
探索零输入响应和零状态响应在可持续发展、环境保护、公共安全等领域 的潜在应用价值，为社会发展和人类福祉做出贡献。
技术创新
开发高效、稳定的零输入响应和零状态响应算 法，提高计算效率和精度，降低计算成本。
零状态响应
零状态响应描述的是系统在外部输入作用下的输出变化。通过研究零状态响应， 可以了解系统对不同类型输入的响应特性，进而设计出更好的控制系统。
系统建模与仿真
零输入响应
在系统建模与仿真中，零输入响应用 于描述系统的内部动态特性。通过分 析零输入响应，可以深入了解系统的 内部工作原理和稳定性。
零状态响应
零状态响应用于描述系统对外部输入 的响应特性。通过研究零状态响应， 可以预测系统在不同输入条件下的行 为表现，有助于优化系统的设计和控 制。
信号与系统 零输入响应和零状态响应
自由响应也：称固有响应，对应于齐次解。 由系统本身特性决 定，与外加激励形式无关，但与起始点点跳变有关系。
强迫响应： 形式取决于外加激励。对应于特解。
零输入响应＋零状态响应 (Zero-input+Zero-state)
零输入响应： 没有外加激励信号的作用，只由起始状态（起始时刻系 统储能）所产生的响应。
§2.2.3 零输入响应和 零状态响应
起始状态与激励源的等效转换
在一定条件下，激励源与起始状态之间可以等效转换。即可以将原始储能看 作是激励源。
系统的完全响应 可以看作
外加激励源 起始状态等效激励源
共同作用的结果
系统的完全响应 = 零输入响应 + 零状态响应 ( 线性系统具有叠加性 )
各种系统响应定义
iL (t)
列出零状态等效电路的微分方程为
is (t)
3A 1F 10V
1H uC (t) 2
u(t)
d2 dt
uzs
(t
)
2
d dt
uzs
(t
)
uzi
(t
)
2is
(t
)
其中，
uzs (0 )
0
，d dt
uzs (0 )
0 ， is (t)
3u(t)
根据微分方程经典解法易求得零状态响应中的特解为常数6
)
0
1F
零输入响应形式为
uzi (t) Czi1et Czi2tet (t 0)
iL (t)
uC (t)
1H
2
uL (t)
u(t)
零输入响应
零输入响应形式为 uzi (t) Czi1et Czi2tet (t 0)
零输入响应和零状态响应
齐次解
X
第 14
页
两种分解方式的区别：
1、 自由响应与零输入响应的系数各不相同
c c 与 i
xi 不相同
c i 由初始状态和激励共同确定
c xi 由初始状态确定
2、 自由响应包含了零输入响应和零状态响应中的齐次解
对于系统响应还有一种分解方式，即瞬态响应和稳态响应。所谓瞬态响应指
t 时，响应趋于零的那部分响应分量；而稳态响应指 t
(Cte-t
)
3
d dt
(Cte-t
)
2(Cte-t
)
e-t
特解 yp (t) t et
零状态响应： yzs (t) C1et C2e2t t et
由起始状态导出初始条件
y(0 ) 0 y '(0 ) 0
y(0 ) 0 y '(0 ) 0
y(0 ) C1 y '(0 ) C1
r1(t) rzi (t) rzs (t) 2e3t sin(2t) u(t)
r2 (t) rzi (t) 2rzs (t) [e3t 2sin(2t)]u(t)
X
四.对系统线性的进一步认识
第 17
页
解得 rzi (t) 3e3tu(t) rzs (t) [e3t sin(2t)]u(t)
零输入响应： 没有外加激励信号的作用，只由起始状态（起始时刻系 统储能）所产生的响应。
零状态响应： 不考虑原始时刻系统储能的作用（起始状态等于 零），由系统的外加激励信号产生的响应。
X
二．起始状态与激励源的等效转换
第 4
页
在一定条件下，激励源与起始状态之间可以等效转换。 即可以将原始储能看作是激励源。
零状态响应与零输入响应
信号与系统第8讲零输入响应和零状态响应零输入响应和零状态响应的定义 ⏹从引起系统响应的根源出发，将系统全响应分为零输入响应和零状态响应，即 ⏹零输入响应是指没有外加激励信号（零输入）,仅由系统内部初始储能(电容储有电场能、电感储有磁场能)引起的响应； ⏹零状态响应是指系统内部储能为零（零状态)，仅由系统的外部的激励引起的响应。
)()()(t y t y t y zs zi +=零输入响应的求解设n 个特征根为 ()(1)(2)1210()()()'()()0n n n n n y t a y t a y t a y t a y t ----+++++=L 00111=++++--a a a n n n λλλΛ其特征方程为 12.nλλλL 零输入下，系统的微分方程为 系统的零输入响应与微分方程的齐次解相同 以下分三种情况讨论零输入响应的求解（2）若存在共轭复根，如 1,2j λαβ=±3123()(cos sin ),0n t t t zi n y t c t c t e c e c e t λλαββ=++++≥L (3) 若这些特征根中含有重根，设 r 12r λλλ===L 111121()[()],0n r t t t r zi r r n y t c c t c t e c e c e t λλλ+-+=++++++≥L L 1212(),0n t t t zi n y t c e c e c e t λλλ=+++≥L （1）若这些特征根都是单根，则由起始状态值确定待定系数【解】 特征方程为 其特征根为 λ1 = -1， λ 2= -3零输入响应为： (0)1,(0)2y y --'==得到：最后得到： 根据起始条件： 例1 已知系统微分方程应的齐次方程为： (0)1,(0)2y y --'==，求系统零输入响应。
)(3)('4)(''=++t y t y t y 0342=++λλ312()t tzi y t c e c e --=+312'()3t tzi y t c e c e --=--121=+c c 2321=--c c 251=c 232-=c 353()(),022t t zi y t e e t --=-≥例2 已知系统微分方程相应的齐次方程为：(0)1,(0)2y y --'==，求系统零输入响应。
电工响应名词解释
电工响应名词解释
1．零输入响应：是指动态电路中无外施激励电源，输入信号为零，仅由动态元件（电感元件或电容元件）的初始储能所产生的响应。
2．零状态响应：是指电路在零初始状态下（即储能元件的初始能量为零），仅由外加电源激励所产生的电路响应。
3．全响应：是指当一个非零初始状态的一阶电路（只有一个动态元件）受到外电源激励时，电路的响应。
4．电阻率：又叫电阻系数或叫比电阻。
是衡量物质导电性能好坏的一个物理量，以字母ρ表示，单位为欧姆*毫米平方/米。
5．电阻的温度系数：表示物质的电阻率随温度而变化的物理量，其数值等于温度每升高1C时，电阻率的增加量与原来的电阻率的比值，通常以字母α表示，单位为1/C。
6．电导：物体传导电流的本领叫做电导。
在直流电路里，电导的数值就是电阻值的倒数，以字母ɡ表示，单位为欧姆。
7．电导率：又叫电导系数，也是衡量物质导电性能好坏的一个物理量。
大小在数值上是电阻率的倒数，以字母γ表示，单位为米/欧姆*毫米平方。
拉氏变换求零输入响应和零状态响应
拉氏变换求零输入响应和零状态响应拉氏变换可以将微分方程转化为代数方程，从而求得系统的零输入响应和零状态响应。
1. 零输入响应当外部输入为零时，系统的响应完全由初始条件所决定，这种响应称为零输入响应。
设系统的微分方程为：y^{(n)}(t)+a_{n-1}y^{(n-1)}(t)+\cdots+a_1y'(t)+a_0y(t)=0初始条件为：y(0)=y_0,y'(0)=y_1,\cdots,y^{(n-1)}(0)=y_{n-1}对系统的微分方程两边进行拉氏变换，得到：Y(s)[s^n+a_{n-1}s^{n-1}+\cdots+a_1s+a_0]=y^{(n-1)}(0)s^{n-1}+\cdots +y_1s+y_0由于外部输入为零，拉氏变换得到的Y(s) 就是系统的零输入响应Y_i(s)，即：Y_i(s)=\frac{y^{(n-1)}(0)s^{n-1}+\cdots+y_1s+y_0}{s^n+a_{n-1}s^{n-1}+ \cdots+a_1s+a_0}将Y_i(s) 进行部分分式分解，并利用拉氏反变换求出系统的时域响应y_i(t)，即为系统的零输入响应。
2. 零状态响应当初始条件为零，外部输入不为零时，系统的响应称为零状态响应。
设系统的微分方程为：y^{(n)}(t)+a_{n-1}y^{(n-1)}(t)+\cdots+a_1y'(t)+a_0y(t)=b_mu^{(m)}(t)+\cdots+b_1u'(t)+b_0u(t)其中，u(t) 是外部输入，m 是n 的最大值。
对系统的微分方程两边进行拉氏变换，得到：Y(s)[s^n+a_{n-1}s^{n-1}+\cdots+a_1s+a_0]=U(s)[b_ms^m+\cdots+b_1s +b_0]由于初始条件为零，拉氏变换得到的Y(s) 就是系统的零状态响应Y_s(s)，即：Y_s(s)=\frac{U(s)[b_ms^m+\cdots+b_1s+b_0]}{s^n+a_{n-1}s^{n-1}+\cd ots+a_1s+a_0}将Y_s(s) 进行部分分式分解，并利用拉氏反变换求出系统的时域响应y_s(t)，即为系统的零状态响应。
零输入响应与零状态响应
零输⼊响应与零状态响应1.零输⼊响应与零状态响应在Matlab中，lsim函数还可以对带有⾮零起始状态的LTI系统进⾏仿真，使⽤⽅法为y=lsim(sys,u,t,x0)，其中sys表⽰LTI系统，⽮量u和t分别表⽰激励信号的抽样值和抽样时间，⽮量x0表⽰该系统的初始状态，返回值y是系统响应值。
如果只有起始状态⽽没有激励信号，或者令激励信号为0，则得到零输⼊响应。
如果既有初始状态也有激励信号，则得到完全响应。
请注意lsim函数只能对⽤状态⽅程描述的LTI系统仿真⾮零起始状态响应，函数ss（对传递函数描述的LTI系统将失效，函数tf）。
例2.5 给定如图所⽰电路，t<0时S处于1的位置⽽且已经达到稳态，将其看做起始状态，当t=0时，S由1转向2.分别求t>0时i(t)的零状态响应和零输⼊响应。
图2.1 例2.4 电路图解：由所⽰电路写出回路⽅程和结点⽅程分别得到状态⽅程和输出⽅程：下⾯将⽤两种⽅法计算完全响应。
第⼀种⽅法：⾸先仿真2V电压e作⽤⾜够长时间（10s）后系统进⼊稳态，从⽽得到稳态值x0，再以该值作为初始值仿真4V电压e作⽤下的输出rf，即是系统的完全响应，为充分掌握lsim函数的使⽤⽅法，还仿真了系统的零状态响应rzs和零输⼊响应rzi。
第⼆种⽅法：构造⼀个激励信号，先保持2V⾜够长时间再跳变为4V，然后即可以零初始状态⼀次仿真得到系统的完全响应r1。
对应程序如下：C=1;L=1/4;R1=1;R2=3/2;A=[-1/R1/C,-1/C;1/L,-R2/L];B=[1/R1/C;0];C=[-1/R1,0];D=[1/R1];sys=ss(A,B,C,D); %建⽴LTI 系统systn=[-10:0.01:-0.01]'; %⽣成-10s 到-0.01s 的抽样时间，间隔为0.01sen=2*(tn<0); %⽣成机理信号的抽样值e(t)=2[rn tn xn]=lsim(sys,en,tn); %仿真t<0时的输出信号x0=xn(length(en),:); %x0记录了初始状态的值t=[0:0.01:10]';e=4*(t>=0); %⽣成激励信号的抽样值e(t)=4ezi=0*(t>=0); %⽣成零输⼊信号的抽样值e(t)=0rzs=lsim(sys,e,t); %仿真零状态响应rzi=lsim(sys,ezi,t,x0); %仿真零输⼊响应rf=lsim(sys,e,t,x0); %仿真完全响应r1=lsim(sys,[en;e],[tn;t]); %⽤另⼀种⽅法仿真完全响应2. 冲激响应与阶跃响应如果分别⽤冲激信号和阶跃信号作激励，lsim 函数可仿真出冲激响应和阶跃响应。
零输入响应和零状态响应PPT课件
第 9 页
iL (0 ) 为零决定的初始值求出待定系数。
n d k y zs (t ) m d k x (t ) ak bk k k dt dt k 0 k 0 系统方程： k d 起始条件： y zx (0 ) 0, k 0,1,2, , n dt k
X
电容器的等效电路
iC ( t ) C
第 5 页
v C (t )
v C ( 0 ) 0, t 0
电路等效为起始状态为零的电容与电压源 vC (0 )ut 的 串联 vC(0 )
iC ( t ) C
vC ( t )
等效电路中的 电容器的起始 状态为零
X
电感的等效电路
零输入响应： 始时刻系
统储能）所产生的响应。 零状态响应： 不考虑原始时刻系统储能的作用（起始状态等于 零），由系统的外加激励信号产生的响应。
X
二．起始状态与激励源的等效转换
第 4 页
在一定条件下，激励源与起始状态之间可以等效转换。 即可以将原始储能看作是激励源。
电容的等效电路 电感的等效电路
外加激励源 系统的完全响应 可以看作 系统的完全响应 = 共同作用的结果 起始状态等效激励源 零输入响应 + 零状态响应 ( 线性系统具有叠加性)
所以：
yzs (t ) et e2t t et
X
三.求解
求解非齐次微分方程是比较烦琐的工作，所以引出卷积积分法。
第 13 页
(t )
e(t )
线性时不变系统
h(t )
h(t )
r (t )
系统的零状态响应=激励与系统冲激响应的卷积，即
零输入响应与零状态响应
零输入响应与零状态响应一、零输入响应1定义在没有外加激励时，仅有t = 0时刻的非零初始状态引起的响应。
取决于初始状态和电路特性，这种响应随时间按指数规律衰减。
2简介系统的零输入响应完全由系统本身的特性所决定，与系统的激励无关。
当系统是线性的，它的特性可以用线性微分方程表示时，零输入响应的形式是若干个指数函数之和。
指数函数的个数等于微分方程的阶数，也就是系统内部所含"独立"储能元件的个数。
假定系统的内部不含有电源，那么这种系统就被称为"无源系统"。
实际存在的无源系统的零输入响应随着时间的推移而逐渐地衰减为零。
零输入响应是系统微分方程齐次解的一部分。
3起始状态所谓的起始状态，是反映一个系统在初始观察时刻的储能状态。
以电系统为例，我们做如下约定:在研究t=0以后的响应时，把t=0(-)时的值uc(0-)和il(0-)等称为起始状态，而把t=0+时的值uc(0+)和il(0+)以及它们的各阶导数称为初始值或初始条件。
二、零状态响应1定义在动态电路中，动态元件的初始储能为零（即零初始状态）下，仅有电路的输入（激励）所引起的响应。
三、两种响应的区别零状态响应：0时刻以前响应为0（即初始状态为0），系统响应取决于从0时刻开始加入的信号f(t);零输入响应：从0时刻开始就没有信号输入（或说输入信号为0），响应取决于0时刻以前的初始储能。
四、两种响应的判断方法如果有电源激励就是，而元件本身没有电压或电流就是零状态，相反没有电源激励只有元件本身初始值电压电流，就是零输入响应。
五、两种响应的求解方法1零输入响应：就是没有外加激励，由初始储能产生的响应，它是齐次解的一部分；2零状态响应：就是初始状态为零，外加激励产生的响应。
它可以通过卷积积分来求解。
零状态响应等于单位样值相应和激励的卷积。
其中，单位样值相应就是系统函数的反拉式变换或z变换。
六、两种响应之间的联系引起电路响应的因素有两个方面，一是电路的激励，而是动态元件储存的初始能量。
零状态响应和零输入响应公式
零状态响应和零输入响应公式对于控制理论中的系统分析和设计，零状态响应和零输入响应是非常重要的概念。
它们是系统的两种不同响应方式，对于我们理解系统的行为和预测其未来运动是非常有帮助的。
一、什么是零状态响应？在系统中，当没有输入信号时，系统的初始状态被称为零状态。
在这种情况下的系统响应被称为零状态响应。
零状态响应是系统初始状态的响应，当外部信号（输入信号）为零时，系统的响应只依赖于系统在初始状态下的状态。
零状态响应通常用$y_{Z}(t)$表示。
对于某些系统，零状态响应很容易被确定。
例如，对于一个电路，我们可以将电路关闭并将它处于某个初始状态，然后再打开电路并查看其响应。
在这种情况下，零状态响应就是由系统内部元件和初始状态所定义的。
有时，系统的零状态响应可以由初始时间和初始状态以及系统的传递函数来计算出来。
在这种情况下，我们可以使用下面这个公式进行计算：$$y_{Z}(t) = h(t) * x_{Z}$$其中，$h(t)$代表系统的单位脉冲响应，可以通过系统的传递函数来计算得到；$x_{Z}$代表系统的初始状态。
因此，如果我们已知系统的传递函数和初始状态，我们可以使用这个公式来计算出零状态响应。
二、什么是零输入响应？当外部信号是零时，系统的响应依然存在，这样的响应被称为零输入响应。
例如，对于受到突然冲击的机械系统，即使没有任何外力作用，机械系统也会继续振动，这就是零输入响应。
零输入响应是仅仅由系统本身的特性所决定的响应，与外部信号无关。
零输入响应通常用$y_{I}(t)$表示。
对于某些系统，零输入响应很容易确定。
例如，对于一个谐振系统，它的零输入响应可以通过对自然频率进行计算得出。
在这种情况下，我们可以使用下面这个公式进行计算：$$y_{I}(t) = c_{1}e^{s_{1}t} + c_{2}e^{s_{2}t} + ... + c_{n}e^{s_{n}t}$$其中，$s_{1}, s_{2},...,s_{n}$是系统的本征值，$c_{1}, c_{2},...,c_{n}$是待定系数，可以通过设置初始条件来计算得出。
《信号与系统教学课件》§2.3零输入响应与零状态响应
下章预告
THANKS
感谢您的观看。
《信号与系统教学课件》
目录
引言 零输入响应 零状态响应 零输入响应与零状态响应的比较 总结
01
CHAPTER
引言
01
02
课程背景
随着信息技术的发展，信号与系统在现实生活和工程应用中的重要性日益凸显。
信号与系统是通信、电子、控制等领域的重要基础课程，为后续专业课程提供必要的知识储备。
零输入响应与零状态响应的定义
信号的运算与变换
信号的运算包括加减、乘除、翻转等基本运算，信号的变换包括傅里叶变换、拉普拉斯变换和Z变换等。这些运算和变换对于信号的分析和处理具有重要意义。
系统的稳定性分析
系统的稳定性是系统的重要特性之一，对于系统的分析和设计具有重要意义。稳定性分析的方法包括代数方法和几何方法，其中几何方法又包括极坐标和波德图等。
零输入响应
体现输入信号对系统的作用效果，是系统对输入信号的响应。
零状态响应
在系统中的作用
用于分析系统内部储能元件的动态特性，如电路中的电感、电容等。
用于分析系统对特定输入信号的响应，如控制系统中的输入信号对输出信号的影响等。
在实际应用中的选择
零状态响应
零输入响应
05
CHAPTER
总结
信号与系统的基本概念
线性时不变系统是信号与系统中最为常见的一类系统，其分析方法包括时域分析和频域分析。时域分析主要通过差分方程和卷积运算进行，频域分析主要通过傅里叶变换进行。
信号的分类与表示方法
信号可以根据不同的特性进行分类，如连续信号和离散信号、确定性信号和随机信号等。信号的表示方法包括时域表示法和频域表示法。
本章重点回顾
零输入响应与零状态响应的比较
零输入响应和零状态响应公式
零输入响应和零状态响应公式在我们学习电路知识的过程中，零输入响应和零状态响应公式可是相当重要的一部分呢。
先来说说零输入响应，它就像是一个独自表演的“演员”，在没有外部激励的情况下，依靠自身的“内力”来展现变化。
比如说一个电容在充电完成后，断开电源，这时候电容开始放电的过程就是零输入响应。
它的公式就像是一个魔法咒语，能帮助我们准确地算出这个过程中的电压或电流变化。
零状态响应呢，则像是一个受到外界刺激后做出反应的“小伙伴”。
当电路在初始状态为零的情况下，加上外部激励，然后产生的响应就是零状态响应。
就好比一个空荡荡的水桶，开始往里注水，这个注水的过程和水量的变化就可以用零状态响应公式来描述。
我记得之前给学生们讲这部分内容的时候，有个学生特别可爱。
他总是把零输入响应和零状态响应搞混，每次做题都是错得五花八门。
有一次，我给他举了个特别有趣的例子。
我跟他说：“你想象一下，零输入响应就像是你兜里原本就有的零花钱，没有爸妈再给你新的，你就靠这点钱花，它会越来越少。
而零状态响应呢，就像是爸妈突然给了你一大笔零花钱，这是新给的，然后你拿着这笔钱去买东西，这就是从零开始的变化。
”这孩子听完，眼睛一下子亮了起来，后来再做相关的题目，错误明显少了很多。
在实际的电路分析中，理解和运用这两个响应公式能让我们轻松解决很多问题。
比如说，在设计一个电源滤波电路的时候，我们要考虑电容的放电过程，这时候零输入响应公式就能派上用场，帮助我们算出电容电压下降的速度，从而选择合适的电容值来保证滤波效果。
再比如，当我们设计一个放大器电路时，要知道输入信号作用下的输出响应，这时候零状态响应公式就能帮助我们计算出输出信号的大小和变化规律，确保放大器能够正常工作，达到我们想要的效果。
总之，零输入响应和零状态响应公式虽然看起来有点复杂，但只要我们用心去理解，多结合实际的例子去思考，就一定能掌握它们的奥秘，让电路知识变得不再那么可怕，反而充满乐趣。
相信大家在学习的过程中，也能像那个可爱的学生一样，一旦找到窍门，就能轻松应对啦！。
信号与系统 零输入响应和零状态响应
中的各项系数 Ci
而作为工程技术问题，一般激励都是从时刻 t 0 加入，系统的响应时
间范围是 0 t ，则系统的初始条件要根据系统的原始内部储能和激
励接入瞬时的情况来确定。
如具体电路系统，根据如下条件从 起始条件求初始条件
uC (0 ) uC (0 ) iL (0 ) iL (0 )
根据微分方程经典解法易求得零状态响应中的特解为常数6
uzs (t) uzs_h (t) uzs_ p (t) Czs1et Czs2tet 6 (t 0)
信号与系统
零状态响应
零状态响应 uzs (t) Czs1et Czs2tet 6 (t 0)
其中，待定系数
C zs1
C 和
得根据初始条件
3e3tu(t) [e3(tt0 ) sin(2t 2t0 )]u(t t0 ) r4 (t) 2rzi (t) 0.5rzs (t)
2 3e3tu(t) 0.5 e3t sin(2t) u(t) 5.5e3t 0.5sin(2t) u(t)
信号与系统
作业（13-4-02）
1H uC (t) 2
u(t)
uC (0 ) uC (0 ) 10V
iL (0 ) iL (0 ) 5A
信号与系统
零输入响应
S1 2 2
iL (t)
3A
1
1 S2 1F 10V
1H uC (t) 2
u(t)
t 0 零输入等效电路
列写电路的微分方程为：
d2 dt
uzi
(t)
uzs (t) Czs1et Czs2tet 6 (t 0)
解得： u(t) uzi (t) uzs (t) (4et 4tet 6)u(t)
零输入响应和零状态响应
零输入响应和零状态响应
线性非时变系统的完全响应也可分解为零输 入响应和零状态响应。在激励信号加入系统之 前，系统原有的储能（如电容上的初始电压， 电感上的初始电流等）构成了系统的初始状态。
1.1 零输入响应的求取
1.2 零状态响应的求取
其中零状态响应的完全解的系数应在零状 态响应的全解中由初始条件
即
。因此，零状态响应的特解、齐次
解和完全解分别为
将零状态响应的初始条件 解得
代入上式
因此，此系统的零状态响应为 （3）求系统的完全响应。
其中，
信号与系统
确定。
1.3 系统的完全响应
系统的完全响应按性质可分为自由响应和 强迫响应，按来源可分为零输入响应和零状态 响应，它们的关系为
式中，
。
例1.1 已知某系统的微分方程模型为
初始条件
，输入
系统的零输入响应 ，零状态响应
全响应 。
解：（1）求零输入响应 。
由特征方程
，求 以及完
得单根
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信号与系统零输入和零状态响应问题和解答
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《信号与系统教学课件》§2.3零输入响应与零状态响应
卷积法
利用输入信号和系统的冲击响 应求得它的零状态响应。
设置初态与给予输入 如何计算完整响应
设置初态
将系统的初始状态先设置，再给予 一个输入信号，求出此条件下的输 出结果。
给予输入
将一部分的初始状态和输入信号叠 加在一起，求出此条件下的输出结 果。
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总结和要点
1 理解零状态响应和零输入响应的区别 3 了解如何计算系统的完整响应
2 掌握零状态响应和零输入响应的计算方
法
4 了解实际问题中零状态响应和零输入响
应的应用
零输入响应的计算方法
1
寻找系统的零输入响应
将系统输入为0，求出此条件下的输出。
2
插值法
由于信号的初始状态对零输入响应有影响，需要对初始状态进行插值，再求出相 应的零输入响应结果。
3
卷积法
利用被激励系统的冲击响应求得它的零输入响应。
零状态响应的计算方法
寻找系统的零状态响应
将系统初始状态设定为0，求出 对于任意输入条件下的输出。
深入探究《信号与系统教 学课件》§2.3
了解零输入响应与零状态响应的定义、区别以及应用场景。
零输入响应与零状态响应的区别
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零输入响应与零状态响应
一、零输入响应
1定义
在没有外加激励时，仅有t = 0时刻的非零初始状态引起的响应。
取决于初始状态和电路特性，这种响应随时间按指数规律衰减。
2简介
系统的零输入响应完全由系统本身的特性所决定，与系统的激励无关。
当系统是线性的，它的特性可以用线性微分方程表示时，零输入响应的形式是若干个指数函数之和。
指数函数的个数等于微分方程的阶数，也就是系统内部所含"独立"储能元件的个数。
假定系统的内部不含有电源，那么这种系统就被称为"无源系统"。
实际存在的无源系统的零输入响应随着时间的推移而逐渐地衰减为零。
零输入响应是系统微分方程齐次解的一部分。
3起始状态
所谓的起始状态，是反映一个系统在初始观察时刻的储能状态。
以电系统为例，我们做如下约定:在研究t=0以后的响应时，把t=0(-)时的值uc(0-)和il(0-)等称为起始状态，而把t=0+时的值uc(0+)和il(0+)以及它们的各阶导数称为初始值或初始条件。
二、零状态响应
1定义
在动态电路中，动态元件的初始储能为零（即零初始状态）下，仅有电路的输入（激励）所引起的响应。
三、两种响应的区别
零状态响应：0时刻以前响应为0（即初始状态为0），系统响应取决于从0时刻开始加入的信号f(t);
零输入响应：从0时刻开始就没有信号输入（或说输入信号为0），响应取决于0时刻以前的初始储能。
四、两种响应的判断方法
如果有电源激励就是，而元件本身没有电压或电流就是零状态，相反没有电源激励只有元件本身初始值电压电流，就是零输入响应。
五、两种响应的求解方法
1零输入响应：就是没有外加激励，由初始储能产生的响应，它是齐次解的一部分；
2零状态响应：就是初始状态为零，外加激励产生的响应。
它可以通过卷积积分来求解。
零状态响应等于单位样值相应和激励的卷积。
其中，单位样值相应就是系统函数的反拉式变换或z变换。
六、两种响应之间的联系
引起电路响应的因素有两个方面，一是电路的激励，而是动态元件储存的初始能量。
当激励为零，仅由动态元件储存的初始能量引起的响应叫零输入响应；当动态元件储存的初始能量为零，仅由激励引起的响应叫零状态响应；两个同时引起的响应叫全响应。
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