判断一个系统是否为线性系统,可以根据以下几个关键点进行:
叠加原理
线性系统满足叠加原理,即如果系统对两个输入信号x1(n)和x2(n)的响应分别是y1(n)和y2(n),那么对任意常数a和b,系统对输入信号ax1(n) + bx2(n)的响应是ay1(n) + by2(n)。
可加性
输入信号的线性组合等于系统响应的线性组合,即如果x1(n)和x2(n)是系统的输入,那么a*x1(n) + b*x2(n)也是输入,且对应的输出是a*y1(n) + b*y2(n)。
齐次性
系统对输入信号的线性运算结果经过系统后,等于先对输入信号进行线性运算再经过系统,即如果x(n)是输入,那么kx(n)也是输入,且对应的输出是ky(n)。
全响应
零状态响应等于零输入响应,即如果系统在没有输入信号时的响应是y0(n),那么在零输入信号x(n) = 0时的响应也是y0(n)。
时不变性
如果系统的输入信号延迟τ秒,那么得到的输出除了这τ秒延时以外是完全相同的,则称为线性时不变系统。
状态空间描述
线性系统可以用状态空间模型来描述,即系统可以用A、B、C、D四个矩阵表示,其中A、B、C、D分别代表系统的状态矩阵、输入矩阵、输出矩阵和控制矩阵。
传递函数描述
传递函数使用分子和分母的多项式表示,即num和den两个向量,这也是描述线性系统的一种方法。
零极点描述
在MATLAB中,可以使用增益k、分子零点向量z、分母极点向量p来表示线性系统的零极点模型。
通过以上几点,可以判断一个系统是否为线性系统。如果系统满足所有这些条件,则该系统是线性的。在实际应用中,可以使用MATLAB等工具进行模型的建立和验证。