74离散系统数学模型
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2326.4 离散系统的数学模型为研究离散系统的性能,需要建立离散系统的数学模型。
线性离散系统的数学模型有差分方程、脉冲传递函数和离散状态空间表达式三种。
本节主要介绍差分方程及其解法,脉冲传递函数的定义,以及求开环脉冲传递函数和闭环脉冲传递函数的方法。
有关离散状态空表达式及其求解,将在第8章介绍。
6.4.1 线性常系数差分方程及其解法对于线性定常离散系统,k 时刻的输出)(k c ,不但与k 时刻的输入)(k r 有关,而且与k 时刻以前的输入 ),2(),1(--k r k r 有关,同时还与k 时刻以前的输出 ),2(),1(--k c k c 有关。
这种关系一般可以用n 阶后向差分方程来描述,即∑∑==-+--=mj jni i j k r bi k c a k c 01)()()( (6-34)式中,i a ,i =1,2,…,n 和j b ,j =0,1,…,m 为常系数,n m ≤。
式(6-34)称为n 阶线性常系数差分方程。
线性定常离散系统也可以用n 阶前向差分方程来描述,即∑∑==-++-+-=+mj jni i j m k r bi n k c a n k c 01)()()( (6-35)工程上求解常系数差分方程通常采用迭代法和z 变换法。
1. 迭代法若已知差分方程式(6-34)或式(6-35),并且给定输出序列的初值,则可以利用递推关系,在计算机上通过迭代一步一步地算出输出序列。
例6-10 已知二阶差分方程)2(6)1(5)()(---+=k c k c k r k c输入序列1)(=k r ,初始条件为1)1(,0)0(==c c ,试用迭代法求输出序列)(k c , ,5,4,3,2,1,0=k 。
解 根据初始条件及递推关系,得0)0(=c 1)1(=c6)0(6)1(5)2()2(=-+=c c r c 25)1(6)2(5)3()3(=-+=c c r c 90)2(6)3(5)4()4(=-+=c c r c301)3(6)4(5)5()5(=-+=c c r c2. z 变换法233设差分方程如式(6-34)所示,对差分方程两端取z 变换,并利用z 变换的实数位移定理,得到以z 为变量的代数方程,然后对代数方程的解)(z C 取z 反变换,可求得输出序列)(k c 。