二階線性方程:非齊次

暫態響應(transient response)

敲一下音叉,你會聽到一開始的「噹」聲很快消退,趨向環境所加的任何穩定音調。那個消退的部分——系統自己起動時的擺動、會逐漸消失——就是暫態響應。它是系統對被開啟或被擾動的反應,發生在它落入長期行為之前。

在數學上,暫態就是餘解 y_c = c1 y1 + c2 y2,攜帶任意常數、依賴於初始條件的那部分。對穩定系統——例如有阻尼的機械振子或有電阻的 RLC 電路——齊次解含有像 e^(-at)(a > 0)這樣的衰減因子,所以 y_c 隨時間增大而趨於零。經過足夠時間後只剩特解,而你如何開始的影響已被遺忘。

這個分裂正是把 y 寫成 y_c + y_p 的實用回報。暫態告訴你那段短暫的安定期——過衝、振鈴、多久才平靜——而穩態告訴你最終的受迫行為。一個誠實的提醒:「暫態」假設齊次解確實衰減。若無外力的系統是無阻尼的(純振盪的 y_c)或不穩定的(增長的 y_c),餘解部分就不會消失,把它叫作暫態會誤導人。

對 y'' + 2y' + 5y = 10,初值 y(0)=0、y'(0)=0,解為 y = 2 + e^(-t)(-2 cos(2t) - sin(2t))。帶 e^(-t) 衰減的括號部分是暫態;常數 2 才是留存下來的。

暫態是衰減的餘解部分,在起動後消退。

只有當齊次解衰減(有阻尼或其他穩定系統)時,暫態才等於 y_c;對無阻尼或不穩定系統並無真正的暫態,暫態/穩態這些標籤也失去意義。

又稱
transienttransient termy_c as transient暫態瞬態響應