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文档简介

1、自動控制的工具Z轉換作者姓名 徐盛銘班別 生機三乙 學號 0914391摘要對於類比控制系統,可從微分方程了解系統之特性,欲求微分方程之解,可以利用拉式轉換或是反拉式轉換來完成。對於數位的控制系統,則可由差分方程式來了解其特性,要求其解可利用Z轉換或是反Z轉換求之,Z-轉換是一種分析和設計數位濾波器的數學工具。關鍵詞:類比控制系統、數位控制系統、微分方程、Z轉換一、前言在學習自動控制的過程中,我們需要一些工具來輔助,包括電腦的軟體:MATLAB和Simulink;以及一些數學的工具:複數座標、微分方程、拉式轉換、脈衝函數、基本矩陣理論、Z轉換。二、材料與方法(一)複變數的概念複變數S包含兩個分

2、量:實部a與虛部jb,所以在複數平面上任一點S表示方法為(1) Cartesion (or rectangular) representationS = a + j b 當a 和b 為實數時(2) Polar representationS = r ( cos+ j sin) 當r 0且 -<        (2) Z轉換對於類比控制系統,可從微分方程了解系統之特性,欲求微分方程之解,可以利用拉式轉換或是反拉式轉換來完成。對於數位的控制系統,則可由差分方程式來了解其特性,要求其解可利用Z轉換或是反Z轉換求之,

3、Z-轉換是一種分析和設計數位濾波器的數學工具。如圖所示。此圓在z平面稱為單位圓,在z轉換中扮演的角色類似於拉式轉換中s平面上虛軸的角色。 Z-轉換的性質中有三個最重要的特性,我們在做信號或系統的分析時常會用到,分別是線性(linearity)特性,時間移位 (time-shift)特性及迴旋(convolution)特性,我們分別敘述如下: Z-轉換的線性特性,是指各別信號Z-轉換之線性組合等於這些信號的線性組合之Z-轉換。以數學式來傳達這個觀念,假設X1(z)及X2(z)分別是x1(n) 及x2(n)的Z-轉換,則線性組合 x1(n)+x2(n)之Z-轉換為:Zx1(n)+x2(n)=X1(

4、z)+X2(z) 其中,是常數。 Z-轉換的時間移位特性指的是如果一個離散時間信號延遲(或超前)個時間單位,則此延遲(或超前)信號的Z-轉換是原信號之Z-轉換再乘上 ,也就是說:if then 3. 迴旋特性與傅立葉轉換相似。Z-轉換也有迴旋特性。所謂Z-轉換的迴旋特性所指的是時域上之迴旋積分,而在其Z-轉換內則為相乘運算,亦即: if then 三、結果分析與討論(一) 常見Z轉換對 四、結論自動控制是一們整合性的學科,所以可以應用在很多方面,相對的所要使用的工具也是很多,所以要在自己基礎的打好後,再來學習控制會較得心應手。參考文獻1. 李安財、謝振中.民書局.條碼號C0004593索書號448.94.4036.87。2. 李宜達.民87.控制系統設計與模擬.全華科技圖書股份有限公司.條碼號

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