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文檔簡介
第九章離散系統(tǒng)的z域分析主講教師:廖斌1引言2
9.1z變換3在連續(xù)系統(tǒng)中,為了避開解微分方程的困難,可以通過拉氏變換把微分方程轉(zhuǎn)換為代數(shù)方程。出于同樣的動機,也可以通過一種稱為Z變換的數(shù)學工具,把差分方程轉(zhuǎn)換為代數(shù)方程。
從拉普拉斯變換到Z變換對連續(xù)信號進行均勻沖激取樣后,就得到離散信號:
兩邊取雙邊拉普拉斯變換,得
9.1z變換
59.1z變換5
6S平面與z平面的映射關(guān)系
令
9.1z變換79.1z變換
89.1z變換
99.1z變換
Z變換的意義
10
9.1z變換
11Z變換的收斂域9.1z變換
z變換定義為一無窮冪級數(shù)之和,顯然只有當該冪級數(shù)收斂,即
12
9.1z變換13
9.1z變換149.1z變換
15
9.1z變換
16
9.1z變換17
序列的收斂域大致有一下幾種情況:(1)對于有限長的序列,其雙邊z變換在整個平面;(2)對因果序列,其z變換的收斂域為某個圓外區(qū)域;(3)對反因果序列,其z變換的收斂域為某個圓內(nèi)區(qū)域;(4)對雙邊序列,其z變換的收斂域為環(huán)狀區(qū)域;
9.1z變換18
關(guān)于收斂域注意事項雙邊z變換必須表明收斂域,否則其對應的原序列將不唯一。
對單邊z變換,其收斂域比較簡單,一定是某個圓以外的區(qū)域。可以省略。
9.1z變換199.2常用序列的z變換
已知20
9.2常用序列的z變換21
9.2常用序列的z變換同理可得,
229.2z變換的性質(zhì)
線性性質(zhì)*但在某些特殊情況下,收斂域可能擴大。23
9.2z變換的性質(zhì)
那么有所以得
24
9.2z變換的性質(zhì)
25
移位特性雙邊z變換的移位:
證明:
9.2z變換的性質(zhì)26單邊z變換的移位:
9.2z變換的性質(zhì)27單邊z變換的移位:
9.2z變換的性質(zhì)28
證明:
9.2z變換的性質(zhì)29
-1-2-1
9.2z變換的性質(zhì)30
9.2z變換的性質(zhì)31
9.2z變換的性質(zhì)32指數(shù)加權(quán)特性
(z域尺度變換)
證明:
舉例:9.2z變換的性質(zhì)33序列乘k(z域微分)
9.2z變換的性質(zhì)34證明:
9.2z變換的性質(zhì)35
9.2z變換的性質(zhì)36k域反轉(zhuǎn)(僅適用雙邊z變換)
9.2z變換的性質(zhì)379.2z變換的性質(zhì)初值定理和終值定理
初值定理38證明:
因為9.2z變換的性質(zhì)
39
9.2z變換的性質(zhì)40
終值定理9.2z變換的性質(zhì)41證明:
所以9.2z變換的性質(zhì)
42
9.2z變換的性質(zhì)439.3z變換的性質(zhì)卷積定理
449.3z變換的性質(zhì)
從而得證。45
解:由于由卷積定理得,
所以可得,
9.3z變換的性質(zhì)9.4逆z變換46
冪級數(shù)展開法
47
解:
9.4逆z變換48
9.4逆z變換49
9.4逆z變換509.4逆z變換
難以寫成閉合形式。51部分分式展開法
可以展開成為
9.4逆z變換52
9.4逆z變換53
計算公式中待定系數(shù):
9.4逆z變換549.4逆z變換
解:
55
9.4逆z變換56
解:
9.4逆z變換579.5差分方程的z域分析與求解
58
9.5差分方程的z域分析與求解
59
9.5差分方程的z域分析與求解
60其中,
9.5差分方程的z域分析與求解619.6系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性系統(tǒng)函數(shù)定義
它可以用來表示離散系統(tǒng)的系統(tǒng)傳輸特性,62
9.6系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性63
9.6系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性
64系統(tǒng)函數(shù)零點和極點
9.6系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性65
可得H(z)的零極點分布圖。例:離散時間LTI系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)9.6系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性66系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)穩(wěn)定性9.6系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性
67
9.6系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性68系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)時域特性9.6系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性
(這里假設系統(tǒng)函數(shù)的極點都為單極點)離散LTI系統(tǒng)的時域特性主要取決于系統(tǒng)函數(shù)的極點分布。69
9.6系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性70系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)頻域特性
9.6系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性719.6系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性
72
9.6系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性73
將其代入上式可得:
9.6系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性74
9.6系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性75
9.6系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性76
9.6系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性77
9.6系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性78
9.6系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性79
9.6系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性809.7系統(tǒng)頻率響應函數(shù)幾何繪制對于零極增益表示的系統(tǒng)函數(shù)
81
9.7系統(tǒng)頻率響應函數(shù)幾何繪制82
9.7系統(tǒng)頻率響應函數(shù)幾何繪制83
9.7系統(tǒng)頻率響應函數(shù)幾何繪制84(a)系統(tǒng)的零極點分布
(b)系統(tǒng)的幅頻響應(c)系統(tǒng)相頻響應9.7系統(tǒng)頻率響應函數(shù)幾何繪制9.8離散LTI系統(tǒng)的方框圖表示85對于離散系統(tǒng),同樣可以利用模擬框圖來表示一個系統(tǒng),其中模擬基本運算器的z域模型如圖所示。86串聯(lián)系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)等于各子系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)乘積,其關(guān)系如圖所示。
9.8離散LTI系統(tǒng)的方框圖表示87并聯(lián)系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)等于各子系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)之和,其關(guān)系如圖所示。
9.8離散LTI系統(tǒng)的方框圖表示88
9.8離散LTI系統(tǒng)的方框圖表示899.8離散LTI系統(tǒng)的方框圖表示離散LTI系統(tǒng)的z域模擬
離散LTI系統(tǒng)的z域模擬主要是采用加法器、延時環(huán)節(jié)以及標量乘法器等基本運算單元來模擬實際的離散系統(tǒng)。其中常用的實現(xiàn)方案有直接型、級聯(lián)型和并聯(lián)型。
直接型90級聯(lián)型
對每一個子系統(tǒng)畫出直接型結(jié)構(gòu)圖,最后將這些子系統(tǒng)連接起來便
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