在传递函数的定义中有一个先决条件,即零初始条件。但在实际情况中,往往需要处理非零初始状态的系统。本节将对此内容进行简单的探讨,考虑一个一阶微分方程:
对式(2.4.1)两边进行拉普拉斯变换,根据例2.2.4,可得
在零初始条件下( x (0) =0),式(2.4.2)可写成 sX ( s ) + aX ( s ) = U ( s ) ,系统的传递函数是
而当 x (0) ≠0时,式(2.4.2)可以写成
此时定义新的系统输入:
,代入式(2.4.4)中,得到
式(2.4.3)和式(2.4.5)的系统框图如图2.4.1所示。可见这两个系统的传递函数是相同的,其中非零初始条件系统多出一个输入,而这个输入的拉普拉斯变换等于其初始条件 x (0) 。对它进行拉普拉斯逆变换可以得到其原函数,即
图2.4.1 零初始条件和非零初始条件系统框图
其中, δ ( t ) 是单位冲激函数,在2.1.1节介绍过,可以把它理解为在很短的时间内释放出的一个单位的能量。将它乘以一个系数 x (0) ,则相当于在一瞬间对系统施加了 x (0) 个单位的能量(系统的输出也将叠加 x (0) h ( t ) )。因为这个能量是瞬间的,并不持续,所以它不会影响到系统的稳定性分析与特征分析。高阶系统的非零初始条件的分析则比较复杂,但是其理念与一阶系统相同,系统的初始状态可以理解为瞬时间赋予系统的“能量”。