自动控制理论课件72.ppt
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7.3Z变换与Z反变换,7.3.1Z变换的定义,Z变换是由采样函数的拉氏变换演变而来的。
采样信号的数学表达式,进行拉氏变换:
在E*(s)中含有因子eTS,是s的超越函数,而不是有理函数,因此引入新的变量z,令,称E(z)为e*(t)的Z变换,记作,简记为,1级数求和法,就是直接利用Z变换定义的计算方法。
设e(t)=(t),其采样信号e*(t)=(t)。
由Z变换定义有,求采样序列:
7.3.2Z变换的计算,这是一个公比为z-1的等比级数,当z-11时,级数收敛,可写成闭合形式:
例7-5求单位阶跃信号的Z变换,设e(t)=1(t),其采样信号为,由Z变换定义,解:
在所有采样时刻有:
取采样周期为T,,不同的e(t),采样后e*(t)有可能是相同的,可以得到相同的E(z)。
所以,Z变换只是对采样点上的信息有效,只要e*(t)相同,E(z)就相同,但采样前的e(t)可以是不同的。
结论,设,求Z变换E(z),其中为常数。
这是一个公比为的等比级数,当时,级数收敛,可写成闭合形式,2部分分式法,在控制系统中,连续函数常常是以拉氏变换形式给出的,已知求的Z变换,采用部分分式法较为方便。
计算步骤:
能否将代入E(s)求E(z)?
注意:
是表示与E(s)对应的e(t)的采样函数e*(t)的Z变换。
3留数法,已知连续函数e(t)的拉氏变换E(s)及其全部极点,则e(t)对应的Z变换可通过下面的留数计算公式求得,即,式中,为彼此不相等的极点个数。
且为阶重极点。
例7-10已知,求Z变换E(z)。
解:
E(s)的极点为二重极点,所以,。
由留数计算公式得到,的拉氏变换为,1.线性定理,证明:
7.3.3Z变换的基本定理,设正弦信号e(t)=sint(t0),求z变换E(z)。
例7-11,解:
2.实数位移定理,证明:
(j=k-n),由于j0时,e(jT)=0,所以有,例已知e(t)=1(t-T),求它的Z变换函数E(z)。
解:
3.复数位移定理,证明:
根据Z变换定义,Z换成这个,4.z域微分定理:
证明:
两边对z求导数,同理可推出:
5.z域尺度定理,证明:
6.终值定理,证明:
两边取极限,并由Z变换定义有,终值定理可以用来计算离散系统的稳态误差。
证明:
7.初值定理,8.卷积定理,设和为两个采样序列,当时,。
其离散卷积定义为,则有卷积定理,卷积定理说明:
两个采样函数卷积的Z变换,就等于这两个采样函数的Z变换的乘积。
在离散系统分析中,卷积定理是沟通时域和z域的桥梁。
从z域函数E(z),求时域函数e*(t),叫做Z反变换。
记作,Z反变换只能给出采样序列或采样函数,而不能提供连续函数。
也就是说,通过Z反变换得到的仅是连续函数在各采样时刻上的值。
注意:
或,幂级数法(长除法),部分分式法,留数法,7.3.4Z反变换的计算,通常E(z)是z的有理函数,可表示为两个z的多项式之比,用分母去除分子,并将商按z-1的升幂排列(?
),比较Z变换的定义,此法在实际中应用较为方便,缺点是要得到e(kT)的一般表达式较为困难。
1.幂级数法(长除法),试求其z反变换。
解:
例7-16,2.部分分式法,部分分式展开法是将E(z)展成若干个分式和的形式,而每一个分式可通过查表得出所对应的时间函数e(t),并将其转变为采样信号e*(t)。
注意:
解:
首先将E(z)/z展开成部分分式,查表有,解:
查表得,离散化得,根据复变函数中的留数定理,所有极点处的留数之和),其中,极点处的留数计算公式为:
结果相同,3.留数法,