System. Z-transformen. Staffan Grundberg. 8 februari 2016

Relevanta dokument
TIDSDISKRETA SYSTEM SYSTEMEGENSKAPER. Minne Kausalitet Tidsinvarians. Linjäritet Inverterbarhet Stabilitet. System. Tillämpad Fysik och Elektronik 1

Impulssvaret Betecknas h(t) respektive h(n). Impulssvaret beskriver hur ett system reagerar

SYSTEM. Tillämpad Fysik Och Elektronik 1 SYSTEMEGENSKAPER. Minne Kausalitet Tidsinvarians. Linjäritet Inverterbarhet Stabilitet. System.

Kan vi beskriva ett system utan någon fysikalisk kännedom om systemet?

LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA Inst. for Elektro- och Informationsteknik. SIGNALBEHANDLING I MULTIMEDIA, ETI265 Inlämningsuppgift 1 (av 2), Task 1 (out of 2)

LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA Institutionen för Elektro- och Informationsteknik

DT1130 Spektrala transformer Tentamen

1. Vi har givet två impulssvar enligt nedan (pilen under sekvenserna indikerar den position där n=0) h 1 (n) = [ ]

Tentamen i Reglerteknik. 7,5 hp varav tentamen ger 4,5 hp

DIGITALA FILTER. Tillämpad Fysik Och Elektronik 1. Frekvensfunktioner FREKVENSSVAR FÖR ETT TIDSDISKRET SYSTEM. x(n)= Asin(Ωn)

Spektrala Transformer

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Sammanfattning av föreläsningarna 15-18, 30/11-12/

REGLERTEKNIK Laboration 5

Diskreta signaler och system

Tentamen ssy080 Transformer, Signaler och System, D3

Reglerteknik. Kurskod: IE1304. Datum: 12/ Tid: Examinator: Leif Lindbäck ( )

FÖRELÄSNING 13: Analoga o p. 1 Digitala filter. Kausalitet. Stabilitet. Ex) på användning av analoga p. 2 filter = tidskontinuerliga filter

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 5

Laplacetransform, poler och nollställen

LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA Inst. för Elektro- och Informationsteknik

TSDT15 Signaler och System

Föreläsning 8, Introduktion till tidsdiskret reglering, Z-transfomer, Överföringsfunktioner

Tentamen i TMA 982 Linjära System och Transformer VV-salar, 27 aug 2013, kl

DT1130 Spektrala transformer Tentamen

Föreläsning 10, Egenskaper hos tidsdiskreta system

Föreläsning 11, Dimensionering av tidsdiskreta regulatorer

ÖVNINGSTENTAMEN Modellering av dynamiska system 5hp

Laboration i tidsdiskreta system

TSDT08 Signaler och System I Extra uppgifter

Tentamen i Reglerteknik. 7,5 hp varav tentamen ger 4,5 hp

Tentamen i ESS 010 Signaler och System E3 V-sektionen, 16 augusti 2005, kl

DT1130 Spektrala transformer Tentamen

Välkomna till Reglerteknik Föreläsning 2

Laplace, Fourier och resten varför alla dessa transformer?

Formelsamling i Automationsteknik FK

LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA Inst. for Elektro- och Informationsteknik

Kap 3 - Tidskontinuerliga LTI-system. Användning av Laplacetransformen för att beskriva LTI-system: Samband poler - respons i tidsplanet

Miniräknare, formelsamling i signalbehandling.

Miniräknare och formelsamling i signalbehandling. [Allowed items on exam: calculator and DSP table of formulas ]

TSIU61: Reglerteknik. Poler och nollställen Stabilitet Blockschema. Gustaf Hendeby.

Innehåll. Innehåll. sida i

Övningar i Reglerteknik. Differentialekvationer kan lösas med de metoder som behandlades i kurserna i matematisk analys. y(0) = 2,

Laplace, Fourier och resten varför alla dessa transformer?

DT1120/DT1130 Spektrala transformer Tentamen

Resttentamen i Signaler och System Måndagen den 11.januari 2010, kl 14-19

Kompletterande material till föreläsning 5 TSDT08 Signaler och System I. Erik G. Larsson LiU/ISY/Kommunikationssystem

Övningar i Automationsteknik FK

Reglerteknik AK. Tentamen 24 oktober 2016 kl 8-13

Lösningar till tentamen i styr- och reglerteknik (Med fet stil!)

A

Miniräknare och en valfri formelsamling i signalbehandling eller matematik. Allowed items: calculator, DSP and mathematical tables of formulas

Implementering av digitala filter

Miniräknare och en valfri formelsamling i signalbehandling eller matematik. Allowed items: calculator, DSP and mathematical tables of formulas

Föreläsning 1 Reglerteknik AK

TENTAMEN Modellering av dynamiska system 5hp

DIGITALA FILTER DIGITALA FILTER. Tillämpad Fysik Och Elektronik 1

Välkomna till TSRT15 Reglerteknik Föreläsning 2

Tentamen ssy080 Transformer, Signaler och System, D3

LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA Inst. för Elektro- och Informationsteknik

Vad gör vi när vi bara har en mätserie och ingen elegant matematisk funktion? Spektrum av en samplad signal. Trunkering i tiden

0 1 2 ], x 2 (n) = [ 1

Reglerteknik. Datum: 20/ Tid: Examinator: Leif Lindbäck ( ) Hjälpmedel: Formelsamling, dimensioneringsbilaga, miniräknare.

DT1130 Spektrala transformer Tentamen

Föreläsning 9, Bestämning av tidsdiksreta överföringsfunktioner

Reglerteknik I: F2. Överföringsfunktionen, poler och stabilitet. Dave Zachariah. Inst. Informationsteknologi, Avd. Systemteknik

Miniräknare och formelsamling i signalbehandling. [Allowed items on exam: calculator and DSP table of formulas ]

Signal- och bildbehandling TSBB14

Övningsuppgifter. Digital Signal Processing. Övningar med svar och lösningar. Mikael Swartling Nedelko Grbic Bengt Mandersson. rev.

Vad gör vi när vi bara har en mätserie och ingen elegant matematisk funktion?

( ), så kan du lika gärna skriva H ( ω )! ( ) eftersom boken går igenom laplacetransformen före

Exempelsamling Grundläggande systemmodeller. Klas Nordberg Computer Vision Laboratory Department of Electrical Engineering Linköping University

övningstentamen I DYNAMISKA SYSTEM OCH REGLERING

Möbiusavbildningar. 1 Inledning. Låt a, b, c och d vara komplexa tal och antag att ad bc = 0. Då kallas. Definition 1.

Introduktion till Digitala filter

Introduktion Digitala filter. Filter. Staffan Grundberg. 12 maj 2016

RÄKNEEXEMPEL FÖRELÄSNINGAR Signaler&System del 2

TENTAMEN I TSRT19 REGLERTEKNIK

Exempelsamling Grundläggande systemmodeller. Klas Nordberg Computer Vision Laboratory Department of Electrical Engineering Linköping University

2F1120 Spektrala transformer för Media Tentamen

Kryssproblem (redovisningsuppgifter).

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

Tentamen i matematik. f(x) = ln(ln(x)),

Signal- och bildbehandling TSBB03, TSBB14

TENTAMEN I REGLERTEKNIK

Tentamen i Komplex analys, SF1628, den 21 oktober 2016

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet G33(1) TER4(63)

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Föreläsning 9: Komplexa tal, del 2

Lösningar till tentan i Automationsteknik FK

Övningar i Automationsteknik FK

6. Stabilitet. 6. Stabilitet

Reglerteknik AK. Tentamen 9 maj 2015 kl 08 13

i(t) C i(t) = dq(t) dt = C dy(t) dt y(t) + (4)

6. Stabilitet. 6. Stabilitet. 6. Stabilitet. 6.1 Stabilitetsdefinitioner. 6. Stabilitet. 6.2 Poler och stabilitet. 6.1 Stabilitetsdefinitioner

TENTAMEN: DEL A Reglerteknik I 5hp

Lösningsförslag till tentamen i Reglerteknik (TSRT19)

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Signal- och bildbehandling TSBB03

Transkript:

Z-transformen 8 februari 2016

Innehåll

Z-transformen Tidsdiskreta LTI-system Överföringsfunktioner Frekvensegenskaper

Z-transformen Z-transformen av en tidsdiskret signal y[n] ges av Y (z) = Z[y] = y[n]z n (1) n=0 och den inversa z-transformen ges av y[n] = Z 1 [Y (z)] = Γ z n 1 Y (z) dz, (2) där Γ är en cirkel med tillräckligt stor radie centrerad runt origo.

Beräkning av z-transform mha definitionen: Impuls Exempel (Impuls) Z-transformen av en impuls y[n] = δ[n] är Y (z) = Z[y] = y[n]z n = 1 (3) n=0

Beräkning av z-transform mha definitionen: Steg Exempel (Stegfunktion) Z-transformen av en stegfunktion y[n] = { 1, n 0 0, n < 0 (4) är Y (z) = Z[y] = y[n]z n = n=0 n=0 z n = 1 + z 1 + z 2 + z 3 +... = 1, z > 1 1 z 1 (5)

Konvergensområde 0.8 z > 1 0.6 0.4 0.2 Iz 0-0.2-0.4-0.6-0.8-1 -0.5 0 0.5 1 Rz Figur: Konvergensområde (utanför enhetscirkeln) för z-transformen av enhetssteget.

Beräkning av z-transform mha definitionen Exempel (Exponentialfunktion) Z-transformen av en stegfunktion y[n] = { a n, n 0 0, n < 0 (6) är Y (z) = Z[y] = y[n]z n = n=0 a n z n n=0 = 1 + az 1 + ( az 1) 2 ( + az 1 ) 3 +... = 1, z > a 1 az 1 (7)

Fördröjning Beräkna z-transformen av en fördröjd impuls y[n] = δ[n 1] (8) en ger Y (z) = Z[y] = y[n]z n = z 1 (9) n=0

Fördröjning Fördröjning med n 0 tidssteg i tidsdomänen motsvarar multiplikation med z n 0 i z-planet Z {y[n n 0 ]} = z n 0 Y (z) (10)

Linjäritet Z-transformen är linjär, d.v.s. Z[ay 1 + by 2 ] = az[y 1 ] + bz[y 2 ] (11) eller ay 1 [n] + by 2 [n] z ay 1 (z) + by 2 (z) (12)

Faltning Z-transform av en faltning y[n] = (h u)[n] (13) av två funktioner h[n] och u[n] är lika med produkten av deras z-transformer Y (z) = H(z)U(z). (14)

Fördröjd enhetspuls Exempel Beräkna z-transformen av y[n] = { 4, n 3, 0, n < 3, (15) d.v.s. ett steg med steghöjd 4 och fördröjd 3 tidssteg. Z-transformen kan beräknas m.h.a. linjäritet och egenskap vid fördröjning Y (z) = 4z 3 1 z 1 (16)

Invers z-transform Exempel Beräkna den inversa z-transformen av Y (z) = z 1 (1 0, 5z 1 ) (1 z 1 ) (17)

Invers z-transform Förläng med z 2 för att få en rationell funktion i z Y (z) = z (z 0, 5) (z 1) (18) Gör en partialbråksuppdelning genom att ansätta Y (z) = A z 1 + B z 0, 5 (19) och sedan skriva om uttrycket på gemensamt bråkstreck Y (z) = A (z 0, 5) + B (z 1) (z 0, 5) (z 1) (20)

eller Y (z) = (A + B)z 0, 5A B (z 0, 5) (z 1) Genom att jämföra koefficienterna framför varje potens av z i täljaren med täljaren i ekv. (18) fås ekvationssystemet (21) med lösning A = 2 och B = 1. z 1 : A + B = 1 (22) z 0 : 0, 5A B = 0 (23)

Koefficienterna A och B kan beräknas på ett annat sätt. Utgå ifrån z (z 0, 5) (z 1) = A z 1 + B z 0, 5. (24) För att beräkna A multipliceras ekvationen med (z 0, 5) (z 1) och sedan sätts z = 1, vilket ger z A = (z 0, 5) = z=1 z = A (z 0, 5) + B (z 1) (25) 1 = 2. (26) 1 0.5

Koefficienten B kan beräknas på liknande sätt z B = (z 1) = 0, 5 = 1. (27) z=0,5 0, 5 1 Resultatet av partialbråksuppdelningen är Y (z) = 2 z 1 1 z 0, 5 (28) eller efter förlängning med z 1 Y (z) = och den inversa z-transformen blir 2z 1 1 z 1 z 1 1 0, 5z 1 (29) y[n] = 2s[n 1] (0, 5) n 1 s[n 1] (30)

Alternativt kan partialbråksuppdelningen göras Y (z) = z 1 (1 0, 5z 1 ) (1 z 1 ) = 2 1 z 1 2 1 0, 5z 1 (31) och den inversa z-transformen blir därmed y[n] = 2s[n] 2(0, 5) n s[n] = 2 (1 (0, 5) n ) s[n], (32) där är ett enhetssteg. s[n] = { 1, n 0 0, n < 0 (33)

Problem Visa att de två metoderna ger samma resultat.

Differensekvation et i blockschemat beskrivs av differensekvationen y[n] = 0, 5y[n 1] + u[n 1] (34) u[n] + S y[n] + 0, 5 Figur: Blocket S symboliserar en fördröjning med ett tidssteg.

Överföringsfunktion et i blockschemat beskrivs av Y (z) = z 1 (0, 5Y (z) + U(Z)) (35) U(z) + z 1 Y (Z) + 0, 5 Figur: Blocket z 1 symboliserar en fördröjning med ett tidssteg.

Överföringsfunktion eller där överföringsfunktionen ges av H(z) = Y (z) = H(z)U(z) (36) z 1 1 0, 5z 1 = 1 z 0, 5. (37) I detta fallet har överföringsfunktionen en pol (nämnarens nollställe) i z = 0, 5.

Överföringsfunktion Exempel (Impulssvar) Beräkna impulssvaret i exemplet. Lösning (Impulssvar) Utsignalen är Y (z) = H(z)U(z) = H(z) 1 = H(z). (38) Sats (Samband mellan impulssvar och överföringsfunktion) Överföringsfunktionen H(z) är z-transformen av impulssvaret h[n].

Lösning (Impulssvar, forts.) Invers z-transformering ger att impulssvaret är y[n] = h[n] = (0, 5) n 1 s[n 1] (39) 1 Impulse Response 0.9 0.8 0.7 Amplitude 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Time (seconds) Figur: Impulssvar. (Samplingsintervall 1 s).

Sammanfattning Sambandet mellan in- och utsignal hos ett (tidsdiskret) LTI-system kan beskrivas mha Differnsekvation Överföringsfunktion: Y (z) = H(z)U(z) Faltning av insignalen med impulssvaret: y[n] = (h u)[n]

Stegsvar Problem Beräkna stegsvaret för ett tidsdiskret LTI-system med överföringsfunktion H(z) = z 1. (40) 1 0, 5z 1

Stegsvar Lösning Stegsvaret ges av Y (z) = H(z)U(z) = eller enligt tidigare beräkningar z 1 1 1 0, 5z 1, (41) 1 z 1 y[n] = 2s[n] 2(0, 5) n s[n] = 2 (1 (0, 5) n ) s[n], (42)

Stegsvar 2 Step Response Amplitude 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Time (seconds) Figur: Stegsvar. (Samplingsintervall 1 s.)

Sats ( BIBO) Villkoret för att ett tidsdiskret LTI-system ska vara stabilt är att polerna hos dess överföringsfunktion H(z) ligger inuti enhetscirkeln i det komplexa z-planet. 0.8 0.6 0.4 0.2 z < 1 Iz 0-0.2-0.4-0.6-0.8-1 -0.5 0 0.5 1 Rz Figur: med poler inuti enhetscirkeln är stabila.