在系统的分析与处理的过程中,通常都需要建立系统的数学模型。对于连续系统来说,描述其系统的数学模型为微分方程;而对于离散系统来说,采用差分方程来描述系统。差分方程可以通过微分方程的离散化来获得。图1—44是一个简单的一阶 RC 低通滤波电路。
图1—44 一阶 RC 低通滤波电路
这是一个模拟系统,可以利用电路的基本知识列出该系统的回路电压方程。
令
R= 1, C= 1
则
这样就得到了形如 y′ ( t )+ y ( t )= x ( t )的描述一阶 RC 低通滤波电路的微分方程。因为函数的导数是函数的变化量与自变量的变化量之比。这样将微分方程离散化得到
这样将微分方程离散化得到一阶差分方程。将一阶差分方程推广到 N 阶, N 阶常系数线性差分方程可以用下式表示:
或
其中, x ( n )和 y ( n )分别是系统的输入序列和输出序列, a k 、 b r 是表示系统特征的常数,所有的 x ( n - r )和 y ( n - k )都是一次项,没有乘积项,因此称为常系数线性差分方程。差分方程的阶次由 y ( n - k )中 k 的最大值和最小值之差确定。在式(1.55)中, k 的最大值和最小值之差为 N ,所以称为 N 阶差分方程。
例1—30 给出累加器系统 的差分方程表示形式。
解: 已知累加器系统 n -1时刻的输出可以写成
将累加器系统中的输入 x ( n )从 )中单独分开,则累加器系统可以表示为
将 y ( n -1)表达式代入上式,得累加器系统的差分方程表示形式
y ( n )= x ( n )+ y ( n -1)