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控制系統/Z 變換對映

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Z 變換對映

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有多種不同的對映可用於將系統從複數拉普拉斯域轉換為 Z 域。這些對映都不是完美的,每個對映都需要一個特定的初始條件,並且專注於一個特定的方面來忠實地再現。已經討論過的一種對映是雙線性變換,它與預扭曲一起可以忠實地將 s 平面中的各個區域對映到 z 平面中的對應區域。本章將討論一些其他可能的對映,並將討論每個對映的優缺點。

雙線性變換

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雙線性變換將 Z 域轉換為複數 W 域。W 域與拉普拉斯域不同,儘管它們有一些相似之處。以下是拉普拉斯域和 W 域之間的一些相似之處

  1. 穩定極點位於左半平面
  2. 不穩定極點位於右半平面
  3. 臨界穩定極點位於垂直的虛軸上

話雖如此,雙線性變換可以定義如下


[雙線性變換]


[逆雙線性變換]

在圖形上,我們可以顯示雙線性變換的操作方式如下

預扭曲

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W 域與拉普拉斯域不同,但如果我們在進行雙線性變換之前採用預扭曲的過程,我們可以使我們的結果更接近於所需的拉普拉斯域表示。

使用預扭曲,我們可以以圖形方式顯示雙線性變換的效果

預扭曲前後圖形的形狀與不進行預扭曲時的形狀相同。但是,目標域是 S 域,而不是 W 域。

匹配 Z 變換

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如果我們在拉普拉斯域中有一個使用部分分數展開分解的函式,我們通常有一個以下形式的方程

一旦我們有了這種形式,我們就可以使用以下對映在 s 域和 z 域之間進行直接轉換


[匹配 Z 變換]

優點
在 s 和單個係數方面,這是一個很好的直接對映
缺點
需要使用部分分數展開分解拉普拉斯域函式。

辛普森法則

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[辛普森法則]

缺點
實質上將傳遞函式的階數乘以 2。當您嘗試物理實現系統時,這會造成困難。已經證明該變換會產生不穩定根(位於單位圓之外)。

(w, v) 變換

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給定以下系統

那麼

以及


[(w, v) 變換]

優點
直接將關於 z 和 s 的函式對映到僅關於 z 的函式。
缺點
需要一個已經關於 s、z 和 α 的函式。

Z-形式

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