Между выражениями (1.12) и (1.14) существует аналогия
Выражение (1.12) | Выражение (1.14) |
интегрирование с пределом ![]() | бесконечная сумма |
непрерывный аргумент t | дискретный аргумент nT |
непрерывная функция ![]() | дискретная функция ![]() |
По существу (1.14) является суммой изображений всех -функций в (1.13).
Если в (1.14) обозначить то получим Z-преобразование
(1.15)
Здесь – оригинал,
– изображение в смысле Z-преобразования.
Пример.
Определить изображение единичной ступенчатой функции
Решение.
Согласно заданию, имеем геометрическую прогрессию со знаменателем .
Сумма n-членов этой прогрессии .
.
Исходя из этого, и поэтому
.
Таким образом, изображения дискретных функций являются функциями .
Аргумент Z является периодической функцией частоты. Поэтому дискретные изображения и частотные спектры дискретных функций также являются периодическими функциями частоты с периодом 2π.
1.2.4. w – преобразование: определение и свойства
Для анализа и синтеза непрерывных АСУ широко применяется частотный метод, основанный на построении логарифмических частотных характеристик. Простота и наглядность логарифмического частотного метода исследования непрерывных АСУ вызывает естественное стремление использовать метод ЛЧХ для анализа и синтеза дискретных систем [6]. Последнее возможно на основе w-преобразования.
Комплексная переменная w связана с комплексной переменной соотношением
(1.16)
Соотношение, заданное в форме (1.16), получило название w-преобразование[2-4]. Рассмотрим это преобразование подробнее, для чего запишем его в форме
(1.17)
изменяя переменную р вдоль мнимой оси плоскости Р, т.е. полагая , найдем
Правая часть этого равенства – величина мнимая, поэтому и левая часть будет мнимой величиной. Вводя обозначение , получим
или
(1.18)
Переменную называют псевдочастотой, так как это безразмерная величина. Реальная частота
связана с псевдочастотой соотношением
(1.19)
Для исследования импульсных и цифровых систем в ряде случаев более удобна размерная псевдочастота l, которая связана с псевдочастотой зависимостью
(1.20)
Тогда
(1.21)
Переменную l называют абсолютной псевдочастотой. Из выражения (1.20) следует, что при <<2 абсолютную псевдочастоту l в расчетах и при построении ЛЧХ можно заменять действительной частотой
.
Соотношение (1.16) может быть представлено с учетом (1.21)
(1.22)
Поясним смысл преобразования (1.16). Использование подстановки при замене р на
позволяет отобразить левую полуплоскость плоскости Р внутрь круга единичного радиуса плоскости Z. Функция
является периодической функцией с периодом
, поэтому для обхода всей окружности единичного радиуса достаточно изменять частоту в интервале
или в интервале
. При этом отрезок мнимой оси от
до
преобразуется в окружность единичного радиуса (рис. 1.20, а, б).
С помощью соотношения (1.16) возможно отображение всех точек Z-плоскости, расположенных внутри круга единичного радиуса, в соответствующие точки левой полуплоскости w. Подобные отображения получили название конформных отображений (рис. 1.20, б, в).
При изменении частоты в интервале
абсолютная псевдочастота принимает все значения, принадлежащие интервалу
.
На рис. 1.21 представлен график значений псевдочастоты.
Операция w-преобразования в виде
конформно отображает левую полуполосу , Re q<0 плоскости q (иначе р) на левую полуплоскость плоскости w, причем мнимая положительная полуось плоскости w является образом отрезка мнимой положительной полуоси плоскости q длиной
. Начало этого отрезка находится в начале координат.
Понятие псевдочастоты позволяет строить так называемые логарифмические псевдочастотные характеристики дискретных АCУ.
|


|


|
Im
=+- p/T 1 u 0
0
Re
=0 Re Re
-
а) б) в)
Рис. 1.20. Иллюстрация w-преобразования
-3 -2
-
0
2
3
-
Рис. 1.21. График значений псевдочастоты