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時變系統

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時變系統time-variant system)是指會隨時間而改變的系統,也就是不滿足非時變系統特性的系統。簡單來說,其輸出特性會顯式的隨時間而變化,換句話說,系統的特性會隨時間而變化,因此,在系統在不同時間下給相同的輸入,會有不同的結果。

簡單例子

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為了表明如何確定系統是時變系統,以下來看兩個系統:

  • 系統A:
  • 系統B:

由於系統A除了之外還顯式地依賴於t所以它是時變系統,而系統B沒有顯式地依賴於時間t所以它是非時變的。

簡介

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針對線性非時變系統理論,有許多長久發展的技術可以分析系統特性,並處理系統的響應,例如拉普拉斯轉換傅立葉轉換等,不過這些技術不一定適用在時變系統中。若系統隨時間變化的速度比其時間常數要慢,一般會視為是時不變系統,在短暫的時間尺度下接近時間常數。其中一個例子是電子零件的老化及磨損,一般的時間尺度是以年為單位,其每天觀測的特性和時不變系統不會有顯著的差異,此時可以等效為非時變系統,不過若以年為單位來看,其參數及特性會改變。有時時變系統的系統可能會快速變化,每一次觀測時都有明顯的變化,此時可能會比較接近非線性系統。

以下的現象是時變系統的特性:

  • 系統會顯式的隨時間而變化。
  • 系統沒有一般定義下的脈衝響應
  • 系統不是固定的

時變系統的例子

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以下的時變系統無法假設為時不變系統:

  • 飛機:在起飛、巡航及降落時,其控制表面有不同的組態,而且因為燃料的消耗,其質量也不是定值,因此屬於時變系統。
  • 地球對日射積英語Solar irradiance的熱響應會隨地球反照率以及大氣中溫室氣體的量而變化
  • 人的聲道是時變系統,其特定時間下的傳遞函數會隨口腔的形狀而改變。就像和任何充滿液體的管子一樣,共振(稱為共振峰)會隨口腔器官(例如軟顎)的移動而改變。聲道的數學模型是時變的,其傳遞函數會用各時間,不同狀態下傳遞函數的線性插值而得。
  • 線性關係時變程序(例如振幅調變)其時間尺度類似輸入訊號,甚至比輸入訊號快很多。實務上振幅調變會常用非線變非線性元件(例如二極體)來實現。
  • 常用在現代訊號處理的離散小波變換是時變的,因為其中會用到降取樣的處理。

相關條目

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參考資料

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