线性定常系统,也称为线性时不变系统,是指 系统参数不随时间变化的系统。这类系统满足两个基本特性:
线性:
系统对输入信号的响应满足叠加原理和齐次性原理。叠加原理指的是如果系统对两个输入信号的响应分别是各自响应的叠加,那么对于任意输入信号的线性组合,系统的响应也应该是各自响应的线性组合。齐次性原理指的是如果输入信号乘以一个常数,系统的响应也会乘以同样的常数。
时不变性:
系统的特性不随时间变化。也就是说,无论输入信号在何时施加,系统的响应总是相同的,只是可能在一个不同的时间点出现。
线性定常系统可以用微分方程或传递函数来描述。例如,一个三阶线性定常系统的标准形式可以表示为:
$$a_3 \frac{d^3 y}{dt^3} + a_2 \frac{d^2 y}{dt^2} + a_1 \frac{dy}{dt} + a_0 y = b_1 \frac{d^3 u}{dt^3} + b_2 \frac{d^2 u}{dt^2} + b_1 \frac{du}{dt} + b_0 u$$
其中,$y(t)$ 是输出量,$u(t)$ 是输入量,$a_0, a_1, a_2, a_3$ 和 $b_0, b_1, b_2, b_3$ 是常数。
线性定常系统在分析和设计控制系统时非常有用,因为它们的特性简单且易于处理。许多实际系统,如电路系统、机械系统等,都可以近似为线性定常系统来进行分析和设计。