因果系统是指输出仅与当前及过去输入相关的系统,其输出不会出现在输入信号激励之前的时刻。以下是因果系统的典型例子及判定方法:
一、典型因果系统例子
线性时不变系统 例如差分方程 $y[n] = 0.5x[n] + 0.3x[n-1] + 0.2y[n-1]$
所有延迟项(如 $x[n-1]$ 和 $y[n-1]$)出现在等式右边,且输出仅依赖当前和过去的输入,因此是因果系统。
物理系统
汽车刹车系统:刹车踏板的输入信号(如踩下刹车)仅在当前时刻影响车辆的减速或停止,未来踏板的状态不会影响当前输出,符合因果性。
二、判定方法
时域判定
连续时间系统: 观察冲激响应函数 $h(t)$,若 $h(t) = 0$ 对所有 $t < 0$ 成立,则系统为因果系统。 离散时间系统
S域判定 系统函数 $H(s)$ 的收敛域应位于复平面右半平面,即所有极点均位于收敛轴左侧。
三、非因果系统对比
反因果系统:
输出依赖未来输入,例如 $y(t) = x(t+1)\cos(t+1)$,因 $\cos(t+1)$ 是未来时刻的函数。
非因果系统:输出可能依赖未来输入,例如记忆单元(如递归结构)。
四、注意事项
因果系统具有物理可实现性,符合能量守恒定律。
线性时不变系统的因果性可通过冲激响应或系统函数直接判定。
通过以上方法和例子,可以系统地判断和理解因果系统的特性及其应用场景。