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控制系统/Z 变换映射

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Z 变换映射

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有多种不同的映射可用于将系统从复数拉普拉斯域转换为 Z 域。这些映射都不是完美的,每个映射都需要一个特定的初始条件,并且专注于一个特定的方面来忠实地再现。已经讨论过的一种映射是双线性变换,它与预扭曲一起可以忠实地将 s 平面中的各个区域映射到 z 平面中的对应区域。本章将讨论一些其他可能的映射,并将讨论每个映射的优缺点。

双线性变换

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双线性变换将 Z 域转换为复数 W 域。W 域与拉普拉斯域不同,尽管它们有一些相似之处。以下是拉普拉斯域和 W 域之间的一些相似之处

  1. 稳定极点位于左半平面
  2. 不稳定极点位于右半平面
  3. 临界稳定极点位于垂直的虚轴上

话虽如此,双线性变换可以定义如下


[双线性变换]


[逆双线性变换]

在图形上,我们可以显示双线性变换的操作方式如下

预扭曲

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W 域与拉普拉斯域不同,但如果我们在进行双线性变换之前采用预扭曲的过程,我们可以使我们的结果更接近于所需的拉普拉斯域表示。

使用预扭曲,我们可以以图形方式显示双线性变换的效果

预扭曲前后图形的形状与不进行预扭曲时的形状相同。但是,目标域是 S 域,而不是 W 域。

匹配 Z 变换

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如果我们在拉普拉斯域中有一个使用部分分数展开分解的函数,我们通常有一个以下形式的方程

一旦我们有了这种形式,我们就可以使用以下映射在 s 域和 z 域之间进行直接转换


[匹配 Z 变换]

优点
在 s 和单个系数方面,这是一个很好的直接映射
缺点
需要使用部分分数展开分解拉普拉斯域函数。

辛普森法则

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[辛普森法则]

缺点
实质上将传递函数的阶数乘以 2。当您尝试物理实现系统时,这会造成困难。已经证明该变换会产生不稳定根(位于单位圆之外)。

(w, v) 变换

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给定以下系统

那么

以及


[(w, v) 变换]

优点
直接将关于 z 和 s 的函数映射到仅关于 z 的函数。
缺点
需要一个已经关于 s、z 和 α 的函数。

Z-形式

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