连续函数离散化.docx

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连续函数离散化 1.1 替换法 传递函数是控制系统应用最广泛的模型描述形式, 连续系统为S域的传递函数 G(S),离散系统为Z域的脉冲传递函数 G(Z)。 替换法的基本思想: 对给定的连续系统模型 G(S) ,设法找到S域到Z域的某种映射关系,将S域的变量映射到Z 平面上,由此得到与连续系统 G(S)相对应的离散系统的脉冲传递函数 G(Z)。然后,再由 G(Z)通过Z 反变换得到系统的时域离散模型——差分方程,从而快速求解。 G(S) G(Z) 差分方程 根据Z变换理论,S域到Z域的最基本的映射关系是: Z eTs 或 s 1 ln Z T 其中T是采样周期 若直接将这个映射关系代入 G(S)得到 G(Z)将会很复杂, 不便于计算,实际应用中是利用Z变换理论的基本映射关系进行简化处理,得到近似的离散模型。 1.1.1 简单替换法 由幂级数展开式: x x2 xn e 1 x n! 2! 取近似式: Z eTs 1 Ts Z 1 或: s T 用此式代入 G(S)就得到 G(Z),这就是简单替换法,又称 Euler 法。 Y(s) 400 例:二阶连续系统 G (s) U (s) s2 50 s , T 0.001 解:简单替换法 s Z 1 代入 G(s) T T 0.001代入 1.1.2 双线性替换法 1 Ts 2( Z 1) 取近似式: Z eTs 2 或 s 1 Ts T( Z 1) 2 用此式代入 G(S)就得到 G(Z),这就是双线性替换法,又称 Tustin 变换。相当 于数值积分法中的梯形法,有较好的性能。 Y(s) 400 例:二阶连续系统 G (s) U (s) s2 50 s , T 0.001 用双线性替换法建立差分方程。 解:双线性替换: s 2( z 1) 代入 G(s) T( z 1) T 0.001代入 1.2 Z 域离散相似法 离散相似法将连续系统模型处理成与之等效的离散模型的一种方法。 设计一个离散系统模型, 使其中的信息流与给定的连续系统中的信息流相似。 或者是根据给定的连续系统数学模型, 通过具体的离散化方法, 构造一个离散化模型, 使之与连续系统等效。 连续系统模型 离散化模型 u(t) 经采样后是离散信号 u (t ) ,加保持器 Gh( s) 后,将离散信号 u (t) 转化 ~ (t ) ,并作用于连续系统 ~ 成连续信号 u G(S)上输出 y(t ) 。 Y(Z ) 离散模型: G (Z ) Gh(S)G (S) U (Z) Y(s) 400 例:二阶连续系统 G (s) U (s) s2 50 s , T 0.001 以零阶保持器采用离散相似法求出差分方程 1 e TS 解:零阶保持器 Gh (s) S T 0.001代入 G(s) bm sm bm 1sm 1 b1 s b0 (n m) 经过 z 变换后可以写成 s n an 1s n 1 a1 s a0 对于 G(s) 400 经过 z 变换 s2 50s

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