“菜”可以是这样的:
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理清几个概念:
一)极点
原本是个《复分析》概念,源于亚纯函数。那是数学。
二)LTI
这是个《信号与系统》的概念,由此得常系数线性微分方程,而拉普拉斯变换后得线性代数方程。这样,就引入了有理形式的传递函数,即
H(s) = Q(s)/P(s)
其中,Q(s)和P(s)都是s的实常系数多项式。显然,H(s)属于亚纯函数,存在零极点。
三)特征方程
这是个广泛使用的数学概念,表征系统的特征,一般限于线性系统。譬如,线性微分方程的特征方程。设
A X = B
是系统方程,则
|A| = 0
就是相应系统的特征方程。
四)特征根(或特征值)
线性系统的特征方程是个多项式方程,其特性基本有其根确定,故称之为特征根。一般的特征根是个复数。
五)自然频率(或固有频率)
这应该算是个《物理学》概念,这是个仅与系统的“惯性”、“弹性”和“阻尼”有关的系统特征量。显然,这些系统特征量和系统运动的具体物理变量(譬如位移、电压等)无关。若此,系统必然线性,再加上时间的平移不变性假设,系统就只能是LTI。关于自然频率,具体分化成两种,其一是无阻尼自然频率,其二是阻尼自然频率(其实还可包括“负”阻尼自然频率),这些都不是重点。系统的所谓自然频率(或固有频率)其实就是反映了系统特征的那么几个值——特征值,这基本可等同于上述特征方程的特征根。
由上述几点,其实已经将问题的大背景给明确了,那就是LTI。
由《线性微分方程》理论可知,常系数线性微分方程解的通项是
P(t)e^(λt)
其中,λ是特征方程的k重根,P(t)是t的k-1次多项式。λ的量纲是[1/T],同于(角)频率且可能是个复数。如果将其视为ω = -jλ,则就是个(角)频率且可为复数——故称复频率。
这样,可得下面这句话:
LTI系统的自然频率等同于其特征根(值)。
下面说一下系统特征根和传递函数极点之间的关系:
特征方程是个表征整个系统特征的方程,而传递函数则仅是表达了系统中某两个变量间的关系,显然不同。最简单的例子,若系统由A1和A2两个子系统构成,A1和A2无关(电路中可以共地),其特征方程为
|A1,0|
|0,A2|
= |A1||A2| = 0
显然,A1中的特征根不可能出现在A2中的传递函数极点中,反之也是如此。但是,整个系统中的特征根(自然频率)包含了A1和A2的特征根。此外,若A1和A2仅有单向信息传递关系,那么也存在相关问题。
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