2.求序列的 Z 变换,并画出极零图和收敛区域。
- 教育综合
- 2024-11-25 13:00:04
(列 X(n)=a^nu(n) ,计算该序列的Z变换,并指出其收敛域:根据Z变换收敛域判定该?
假设 $a$ 是一个常数,$u(n)$ 是单位阶跃函数,即 $u(n)=0$($n<0$),$u(n)=1$($n\geq 0$)。则 $X(n)=a^nu(n)$。 将 $X(n)$ 的 Z 变换表示为 $X(z)=\mathcal{Z}{X(n)}=\sum_{n=0}^\infty a^nu(n)z^{-n}$。 根据 Z 变换的定义,将 $u(n)$ 的 Z 变换 $U(z)=\mathcal{Z}{u(n)}=\frac{1}{1-z^{-1}}$ 代入上式中,得到: $$X(z)=\sum_{n=0}^\infty a^n z^{-n}=\sum_{n=0}^\infty \lef矩形序列的z变换收敛域怎么求
有限长序列 X(z) = Σ(n = n1,n2)x(n)z–n ① n1,n2是有限长整数,分别是x(n)的起点和终点。 于是 除了当n1<0时z=∞以及n2>0时z=0之外,z在所有区域均收敛 即 有限长序列的收敛区域至少是 0<ΙzΙ<∞ 而且这个收敛域还包括z=0或包括z=∞ 右边序列 X(z) = Σ(n=n1,∞)x(n)z–n ② 右边序列的收敛域是一个半径为Rx– 的圆的外部,即 ΙzΙ>Rx– 若n1≥0,则z变换将在z=∞处收敛 反之,若n1 <0,则它在z=∞处将不收敛 左边序列 X(z) = Σ(n=–∞,n2)x(n)z–n ③ 左边序列的收敛区域是一个圆的内部,即z变换的零极点怎么求
z变换的零极点求法:实验二Z变换、离散系统零极点分布和频率分析,零极点并不包含常数的比例项,3+3x和1+x是一样的,所以需要z,p,k。
函数在这一点没有函数值或有函数值但不可导,其次,函数在这一点的极限值为∞。这也是它们的求法。比如f(z)=z/(1+z),定义域是z≠-1,函数是初等函数,在其定义区域内解析,所以不解析点是z=-1。当z→-1时,f(z)→∞,所以z=-1是极点。而f(0)=0,所以z=0是零点。
在物理学中
零极点最主要的作用是用来分析电路的频率特性,系统的稳定性。此外,还可以得出系统的时域响应等相关方面的参数。零极点本来就是用来描述电路特性的,在当频率在某个零点处,系统的幅值增益增加20dB/dec,在某个极点处减小20dB/dec,但其相位特性还得依据实际电路来决定。零极点分布图中:零点用圈儿表示,极点用叉表示。
Z变换的收敛域
Z变换的存在充分必要条件是:级数绝对可和。使级数绝对可和的成立的所有Z值称为Z变换域的收敛域。由Z变换的表达式及其对应的收敛域才能确定原始的离散序列。 收敛域可用公式表示为:
(1)收敛域是一个圆环,有时可向内收缩到原点,有时可向外扩展到∞,只有 的收敛域是整个Z平面;
(2)在收敛域内没有极点,X(Z)在收敛域内每一点上都是解析函数。 (1)有限长序列
指序列只在有限长的区间内为非零值,即
显然|Z|在整个开域 都能满足Z变换存在条件,因此有限长序列的收敛域是除0及∞两个点(对应n>0和n<0不收敛)以外的整个Z平面: 。如果对n1,n2加以一定的限制,如 或 ,则根据条件 ,收敛域可进一步扩大为包括0点或∞点的半开域。
(2)右边序列
指序列 只在 有值,而 时, ,这时 ,其收敛域为收敛半径 以外的Z平面,即 。右边序列Z变换可表示为:
(3)左边序列
指序列 只在 有值,而 时, ,这时,其收敛域为收敛半径 以内的Z平面,即 。左边序列Z变换可表示为:
(4)双边序列
可看作一个左边序列和一个右边序列之和,因此双边序列Z变换的收敛域是这两个序列Z变换收敛域的公共部分。双边序列Z变换可表示为:
(如果 ,则存在公共的收敛区间, 有收敛域: 如果 ,无公共收敛区间, 无收敛域,不收敛。 )
Z变换的性质
根据以上讨论,Z变换和频谱是同一类概念,二者之间仅仅是一种符号的代换,因此,Z变换具有与频谱相同的性质。在数据处理中,根据实际问题的需要和处理上的方便,可以从Z变换和频谱中任选其一。
1.线性叠加信号的Z变换
若
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式中收敛域(R-,R+)为收敛域(Rx-,Rx+)和收敛域(Ry-,Ry+)的公共收敛域,即
R-=max[Rx-,Ry-],R+=min[Rx+,Ry+]
2.移位信号的Z变换
离散序列x(n),其中n表示时间,延迟时间τ发出这个信号,便得到x(n-τ),我们称x(n-τ)为x(n)的时移信号或移位信号。移位信号的Z变换与原来信号的关系就是时移定理:
若x(n)X(Z),则移位信号
反之ZτX(Z)所对应的信号是x(n-τ)。
例 设y(n)Y(Z),求Z3y(z),y(Z)+6Zy(Z)+7Z5y(Z)所对应的信号。
按照时移定理,Z3y(Z)所对应的信号为y(n-3),y(Z)+6Zy(Z)+7Z5y(Z)所对应的信号为y(n)+6y(n-1)+7y(n-5)。
3.负幂(翻转信号)的Z变换
若离散序列
x(-n)可视为x(n)的翻转信号,则
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4.序列与指数相乘
若
则
5.微分
若
则
6.共轭信号的Z变换
若
则
7.褶积信号的Z变换
若
则
收敛域为两个序列收敛域的公共部分
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若极点消去,收敛域可扩大
证明:
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8.相关的Z变换
实离散序列x(n)与y(n)的相关rxy(n),实际上也是一种褶积rxy(n)=x(n)*y(-n),按照褶积和翻转信号Z变换的性质,可得到相关序列rxy(n)的Z变换为
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特别地,自相关序列rxx(n)=x(n)*x(-n)的Z变换为
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设离散信号为
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则g(n)的Z变换为
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g(n)的自相关函数rgg(n)的Z变换为
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9.逆Z变换
由于频谱与Z变换之间只是一种符号的代换,实质并未改变。因此由频谱的性质可以得出Z变换相应的性质。例如,信号与其频谱具有单值对应性,信号与其Z变换也具有单值对应关系,或者说Z变换的展开式具有唯一性。利用唯一性,我们可以从Z变换的展开式中直接求得相应的离散序列。
例1 已知x(n)的Z变换为
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求x(n)。
根据Z变换公式(5-2-2), ,可以得到
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例2 已知b(n)的Z变换为B(Z)=Z-α,求b(n)。
同样根据Z变换公式(5-2-2), ,可以得到
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或写成b(n)=(-α,1)
例3 已知g(n)的自相关函数rgg(n)的Z变换为
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由单值对应性可知rgg(n)为
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试作如图所示梁的剪力图和弯矩图
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