第二讲z变换课程学习.pptx
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1、会计学1第二第二(d r)讲讲z变换变换第一页,共94页。n n2-1 2-1 2-1 2-1 引言引言引言引言n n2-2 Z2-2 Z2-2 Z2-2 Z变换的定义及收敛域变换的定义及收敛域变换的定义及收敛域变换的定义及收敛域n n2-3 Z2-3 Z2-3 Z2-3 Z反变换反变换反变换反变换n n2-4 Z2-4 Z2-4 Z2-4 Z变换的基本性质和定理变换的基本性质和定理变换的基本性质和定理变换的基本性质和定理(dngl)(dngl)(dngl)(dngl)n n2-5 Z2-5 Z2-5 Z2-5 Z变换与拉氏变换、傅氏变换的关系变换与拉氏变换、傅氏变换的关系变换与拉氏变换、傅氏
2、变换的关系变换与拉氏变换、傅氏变换的关系n n2-6 2-6 2-6 2-6 傅氏变换的一些对称性质傅氏变换的一些对称性质傅氏变换的一些对称性质傅氏变换的一些对称性质n n2-7 2-7 2-7 2-7 离散系统的系统函数及频率响应离散系统的系统函数及频率响应离散系统的系统函数及频率响应离散系统的系统函数及频率响应第1页/共94页第二页,共94页。2-1 2-1 引言引言(ynyn)(ynyn)信号与系统的分析方法有时域、变换域两种。信号与系统的分析方法有时域、变换域两种。一一.时域分析法时域分析法 1.1.连续时间信号与系统:连续时间信号与系统:信号的时域运算,时域分解,经典时域信号的时域运
3、算,时域分解,经典时域 分析法,近代时域分析法,卷积积分。分析法,近代时域分析法,卷积积分。2.2.离散时间信号与系统:离散时间信号与系统:序列的变换与运算,卷积和,差分方程序列的变换与运算,卷积和,差分方程(fngchng)(fngchng)的求解。的求解。第2页/共94页第三页,共94页。二.变换域分析(fnx)法 1.连续时间信号与系统:信号与系统的频域分析(fnx)、复频域 分析(fnx)。2.离散时间信号与系统:Z变换,DFT(FFT)。Z变换可将差分方程转化为代数方程。第3页/共94页第四页,共94页。2-2 Z变换的定义(dngy)及收敛域一.Z变换定义(dngy):序列的Z变换
4、定义(dngy)如下:*实际上,将x(n)展为z-1的幂级数。第4页/共94页第五页,共94页。二.收敛域 1.定义:使序列x(n)的z变换X(z)收敛的所有(suyu)z值的 集合称作X(z)的收敛域.2.收敛(shulin)条件:X(z)收敛(shulin)的充要条件是绝对可和。第5页/共94页第六页,共94页。3.3.一些序列的收敛域一些序列的收敛域(1).(1).预备知识预备知识 阿贝尔定理阿贝尔定理:如果如果(rgu)(rgu)级数级数 ,在,在 收敛收敛,那么那么,满足满足0|z|z+|0|z|z+|的的z,z,级数必绝对收级数必绝对收 敛。敛。|z+|z+|为最大收敛半径。为最大
5、收敛半径。第6页/共94页第七页,共94页。同样,对于级数 ,满足(mnz)的z,级数必绝对收敛。|z_|为最小收敛半径。第7页/共94页第八页,共94页。0n2n1n (n).(2).有限(yuxin)长序列第8页/共94页第九页,共94页。第9页/共94页第十页,共94页。x(n)n0n1.1.(3).右边(yu bian)序列*第一项为有限(yuxin)长序列,第二项为z的负幂级数,第10页/共94页第十一页,共94页。收敛(shulin)域第一项为有限长序列,其收敛域为0|z|;第二项为z的负幂次级数(j sh),由阿贝尔定理可知,其收敛域为 Rx-|z|;两者都收敛的域亦为Rx-|z
6、|;Rx-为最小收敛半径。第11页/共94页第十二页,共94页。(4)因果序列(xli)它是一种最重要的右边序列(xli),由阿贝尔 定理可知收敛域为:第12页/共94页第十三页,共94页。(5)左边(zu bian)序列x(n)0n n2第13页/共94页第十四页,共94页。第二项为有限长序列,其收敛域 ;第一项为z的正幂次级数,根据阿贝尔定理(dngl),其收敛域为 ;为最大收敛半径.第14页/共94页第十五页,共94页。双边序列指双边序列指n n为任意为任意(rny)(rny)值时值时,x(n),x(n)皆有值的序列,即左边序列和右边序列之和。皆有值的序列,即左边序列和右边序列之和。(6
7、)双边(shungbin)序列0nx第15页/共94页第十六页,共94页。第二项为左边序列(xli),其收敛域为:第一项为右边(yu bian)序列(因果)其收敛域为:当Rx-|z|时,这是无穷(wqing)递缩等比级数,收敛。收敛(shulin)域:*收敛域一定在模最小的极点所在的圆内。第20页/共94页第二十一页,共94页。2-3 Z2-3 Z反变换反变换(binhun)(binhun)一一.定义:定义:已知已知X(z)X(z)及其收敛域及其收敛域,反过来求序列反过来求序列x(n)x(n)的变换的变换(binhun)(binhun)称作称作Z Z反变换反变换(binhun)(binhun)
8、。第21页/共94页第二十二页,共94页。Z变换(binhun)公式:C为环形解析域内环绕(hunro)原点的一条逆时针闭合单围线.0c第22页/共94页第二十三页,共94页。1.留数法 由留数定理(dngl)可知:为c内的第k个极点(jdin),为c外的第m个极点(jdin),Res 表示极点(jdin)处的留数。二.求Z反变换(binhun)的方法第23页/共94页第二十四页,共94页。2、当Zr为l阶(多重)极点(jdin)时的留数:留数的求法:1、当Zr为一阶极点(jdin)时的留数:第24页/共94页第二十五页,共94页。例例例例2-4 2-4 2-4 2-4 已知已知已知已知解:1
9、)当n-1时,不会构成(guchng)极点,所以这时C内只有一个一阶极点因此,求Z反变换(binhun)。第25页/共94页第二十六页,共94页。2)当n-2时,X(z)zn-1中的zn+1构成(guchng)n+1阶极点。因此C内有极点:z=1/4(一阶),z=0为(n+1)阶极点;而在C外仅有 z=4(一阶)这个极点:第26页/共94页第二十七页,共94页。2.2.部分分式法部分分式法 有理式:数字和字符经有限次加、减、乘、除运算有理式:数字和字符经有限次加、减、乘、除运算 所得的式子。所得的式子。有理分式:含字符的式子做分母的有理式,或两个多有理分式:含字符的式子做分母的有理式,或两个多
10、项式的商。分子的次数低于分母时称为项式的商。分子的次数低于分母时称为真分真分式。式。部分分式:把部分分式:把x x的一个的一个(y)(y)实系数的真分式分解成实系数的真分式分解成几个分式几个分式 的和,使各分式具有的和,使各分式具有 或或 的形式的形式 ,其中,其中x2+Ax+Bx2+Ax+B是实数范围内的不可是实数范围内的不可约约 多项式,而且多项式,而且k k是正整数。这时称各分式为原是正整数。这时称各分式为原 分式的分式的“部分分式部分分式”。第27页/共94页第二十八页,共94页。通常通常通常通常(tngchng)(tngchng)(tngchng)(tngchng),X(z)X(z)
11、X(z)X(z)可可可可表成有理分式形式:表成有理分式形式:表成有理分式形式:表成有理分式形式:因此,因此,X(z)X(z)可以展成以下部分可以展成以下部分(b fen)(b fen)分式形分式形式式其中,其中,MNMN时,才存在时,才存在BnBn;ZkZk为为X(z)X(z)的各单极点,的各单极点,ZiZi为为X(z)X(z)的一个的一个r r阶极点。而系数阶极点。而系数AkAk,CkCk分别为:分别为:第28页/共94页第二十九页,共94页。的Z反变换(binhun)。例2-5利用(lyng)部分分式法,求解:分别(fnbi)求出各部分分式的z反变换(可查 P44表1.2),然后相加即得X
12、(z)的z反变换。第29页/共94页第三十页,共94页。第30页/共94页第三十一页,共94页。3.3.3.3.幂级数展开法幂级数展开法幂级数展开法幂级数展开法(长除法长除法长除法长除法)因为因为因为因为 x(n)x(n)x(n)x(n)的的的的Z Z Z Z变换为变换为变换为变换为Z-1 Z-1 Z-1 Z-1 的幂级数,即的幂级数,即的幂级数,即的幂级数,即 所以在给定的收敛域内,把所以在给定的收敛域内,把所以在给定的收敛域内,把所以在给定的收敛域内,把X(z)X(z)X(z)X(z)展为幂级数,其展为幂级数,其展为幂级数,其展为幂级数,其系数就是序列系数就是序列系数就是序列系数就是序列x
13、(n)x(n)x(n)x(n)。如收敛域为如收敛域为如收敛域为如收敛域为|z|Rx+|z|Rx+|z|Rx+|z|Rx+,x(n)x(n)x(n)x(n)为因果序列,则为因果序列,则为因果序列,则为因果序列,则X(z)X(z)X(z)X(z)展成展成展成展成Z Z Z Z的负幂级数。的负幂级数。的负幂级数。的负幂级数。若若若若 收敛域收敛域收敛域收敛域|Z|Rx-,x(n)|Z|Rx-,x(n)|Z|Rx-,x(n)|Z|Rx-,x(n)必为左边必为左边必为左边必为左边(zu bian)(zu bian)(zu bian)(zu bian)序序序序列,主要展成列,主要展成列,主要展成列,主要展
14、成 Z Z Z Z的正幂级数。的正幂级数。的正幂级数。的正幂级数。第31页/共94页第三十二页,共94页。例例例例2-6 2-6 2-6 2-6 试用试用试用试用(shyng)(shyng)(shyng)(shyng)长除法求长除法求长除法求长除法求的的的的z z z z反变换。反变换。反变换。反变换。解:收敛域为环状,极点z=1/4对应因果(yngu)序 列,极点z=4对应左边序列(双边序列)*双边(shungbin)序列可分解为因果序列和左边序列。*应先展成部分分式再做除法。第32页/共94页第三十三页,共94页。第33页/共94页第三十四页,共94页。第34页/共94页第三十五页,共94
15、页。4-Z)4Z+Z +Z +Z +Z +241311645164.16 Z 16 Z-4 Z 24 Z 4 Z -Z Z Z -Z Z Z -Z Z 2233314141444411655116.第35页/共94页第三十六页,共94页。Z-)Z141+Z +Z +Z 14-1116-2164-3.Z-141414-Z116-1 Z116-1 Z116-1-Z164-2 Z164-2 Z164-2-Z1256-3 Z1256-3.第36页/共94页第三十七页,共94页。第37页/共94页第三十八页,共94页。2-4 Z2-4 Z变换的基本性质和定理变换的基本性质和定理(dngl)(dngl)如
16、果如果则有:则有:*即满足均匀性与叠加性;*收敛(shulin)域为两者重叠部分。1.1.线性线性第38页/共94页第三十九页,共94页。例2-7已知 ,求其Z变换(binhun)。解:第39页/共94页第四十页,共94页。2.2.序列序列(xli)(xli)的移位的移位如果(rgu)则有:例2-8 求序列(xli)x(n)=u(n)-u(n-3)的z变换。第40页/共94页第四十一页,共94页。3.Z3.Z域尺度变换域尺度变换(binhun)(binhun)(乘以指数序列乘以指数序列)如果(rgu),则证明(zhngmng):第41页/共94页第四十二页,共94页。4.4.序列序列(xli)
17、(xli)的线性加权的线性加权(Z(Z域求导数域求导数)如果(rgu),则证明(zhngmng):第42页/共94页第四十三页,共94页。5.5.共轭共轭序列序列(xli)(xli)如果(rgu),则证明(zhngmng):第43页/共94页第四十四页,共94页。6.翻褶序列(xli)如果(rgu),则证明(zhngmng):第44页/共94页第四十五页,共94页。7.7.初值定理初值定理(dngl)(dngl)证明(zhngmng):第45页/共94页第四十六页,共94页。8.终值定理(dngl)证明(zhngmng):第46页/共94页第四十七页,共94页。又由于只允许X(z)在z=1处可
18、能有一阶极点(jdin),故因子(z-1)将抵消这一极点(jdin),因此(z-1)X(z)在上收敛。所以可取z 1的极限。第47页/共94页第四十八页,共94页。9.9.有限有限(yuxin)(yuxin)项累加特性项累加特性证明(zhngmng):第48页/共94页第四十九页,共94页。第49页/共94页第五十页,共94页。10.10.序列序列(xli)(xli)的卷积的卷积和和(时域卷积定理时域卷积定理)第50页/共94页第五十一页,共94页。证明(zhngmng):第51页/共94页第五十二页,共94页。例2-9解:第52页/共94页第五十三页,共94页。11.11.序列序列(xli)
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