19101

Устойчивость дискретных систем

Практическая работа

Физика

Лекция № 13. Устойчивость дискретных систем. Линейная дискретная система с постоянными параметрами стационарный фильтр называется устойчивой если при любых начальных условиях и любом ограниченном входном сигнале выходной сигнал также остается ограниченным то е...

Русский

2013-07-11

199 KB

17 чел.

Лекция № 13.

Устойчивость дискретных систем.

Линейная дискретная система с постоянными параметрами (стационарный фильтр) называется устойчивой, если при любых начальных условиях и любом ограниченном входном сигнале выходной сигнал также остается ограниченным, то есть из условия  для всех  следует,  

Необходимым и достаточным условием устойчивости одномерного стационарного линейного фильтра является следующее требование к его импульсной характеристике:

,                                                                                      (13.1)

то есть требование сходимости ряда, составленного из модулей отсчетов импульсной характеристики фильтра.

Необходимость. Предположим сначала, что условие (13.1) не выполняется, то есть . Рассмотрим ограниченную последовательность, заданную значениями                                                                                  (13.2)

Так как выходные отсчеты сигнала равны свертке входных отсчетов и значений импульсной характеристики дискретной системы, т.е.

,                                                                        (13.3)

то при  отклик системы равен:

                                                (13.4)

Таким образом, последовательность  не ограничена, следовательно, неравенство (13.1) является необходимым условием устойчивости системы.

Достаточность. Предположим, что условие (13.1) выполняется, а на вход поступает ограниченная последовательность отсчетов сигнала . Из формулы (13.3) получаем:

          (13.5)

Если , то  и система – устойчива.

 Устойчивость нерекурсивных  дискретных систем. Как ранее отмечалось, в нерекурсивных дискретных системах для вычисления очередного отсчета выходного сигнала  используются только отсчеты входного сигнала . Поэтому алгоритм работы такой системы имеет вид:

                                                                                (13.6)

Системная (передаточная) функция такой системы является рациональной функцией, то есть полиномом степени  комплексного аргумента :

.                                                                                      (13.7)

Нерекурсивные стационарные линейные фильтры обладают замечательной особенностью: их импульсные характеристики  имеют конечное число ненулевых отсчетов, причем эти отсчеты равны коэффициентам  алгоритма фильтрации. Действительно, в соответствии с (9.22) и (13.7):

.                                                                (13.8)

Отсюда следует, что                                                       (13.9)

Таким образом, импульсная характеристика нерекурсивного стационарного линейного фильтра имеет конечное число отличных от нуля отсчетов, и в соответствии с (13.1) такой фильтр всегда устойчив. Свойство (13.9) обусловило еще одно название таких фильтров – фильтры с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтры).

Устойчивость рекурсивных  дискретных систем.  Для рекурсивных дискретных систем использовать критерий устойчивости в форме (13.1) затруднительно, поскольку необходимо суммировать бесконечный ряд модулей отсчетов импульсной характеристики. Выразим критерий (13.1) в другой форме, удобной для исследования рекурсивных фильтров.

Рассмотрим физически реализуемый фильтр  порядка с системной функцией и для простоты предположим, что все полюсы простые. Отметим, что для физически реализуемых фильтров степень полинома в числителе не превышает степень полинома в знаменателе. Импульсная характеристика такого фильтра определяется соотношением:

.                                                                          (13.10)

Для  имеем:

,                                           (13.11)

а при имеем следующее выражение:

.                                                                    (13.12)

Представляя  полюсы  в виде:  , полагая при этом что

,                                                                              (13.13)

можно записать следующее соотношение:

                              (13.14)

Так как функция аналитична в окрестностях точек  и , то  и все вычеты конечны, то есть    для  . Поэтому из (13.13) и (13.14) следует:

.                                                                    (13.15)

Так как по условию (13.13) , то ряд в правой части соотношения (13.15) сходится и

.  Таким образом, соотношение (13.13) представляет собой достаточное условие устойчивости фильтра.

Итак, если полюса функции  лежат внутри круга единичного радиуса          Z-плоскости, то такой фильтр устойчив. Если хотя бы один полюс  расположен на единичной окружности  или во внешней части круга единичного радиуса, то такая   представляет неустойчивый фильтр. Заметим, что положение нулей системной функции не влияет на устойчивость фильтра.

Недостатки полюсного критерия устойчивости обусловлены необходимостью определения корней характеристического уравнения, являющихся полюсами системной функции. Аналитических методов решения алгебраических уравнений, порядок которых выше четвертого, не существует. Поэтому нахождение полюсов системной функции высокого порядка возможно лишь численными методами.

Существуют алгебраические и частотные критерии устойчивости стационарных линейных дискретных систем, позволяющие судить об устойчивости фильтра без нахождения корней характеристического уравнения. Например, критерий Джури, аналогичный критерию Рауса-Гурвица для аналоговых систем.

Пример. Проверить на устойчивость следующий рекурсивный фильтр 2порядка.

Решение.  Запишем два уравнения относительно двух сумматоров в Z-преобразованой форме:

                                                     (13.16)

Из (13.6) определяем системную функцию такого фильтра:

                                                 (13.7)

где  корни характеристического уравнения, являющиеся полюсами системной функции. Так как  и , следовательно, полюса системной функции  лежат внутри круга единичного радиуса, и фильтр является устойчивым.

Примечание. Неустойчивый фильтр, безусловно, неработоспособен в том случае, когда входной сигнал действует неограниченно долго, так как при этом выходной сигнал  перестанет зависеть от входного сигнала. Но он работоспособен и используется на практике в тех случаях, когда входной сигнал действует в течение ограниченного интервала времени. Например, цифровой интегратор с системной  функцией   (эта функция имеет полюс , т.е. фильтр – неустойчив)  вполне работоспособен и используется на практике, если входной сигнал  действует лишь при , после чего следует сброс и восстановление начальных условий. Цифровой интегратор может входить в состав замкнутой следящей системы. При этом за счет обратной связи система может обладать устойчивостью, несмотря на то, что интегратор, являющийся динамическим звеном системы, неустойчив.

PAGE  4


EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

27072. Учет прочих доходов и расходов. Назначение счета «Прочие доходы и расходы» и его структура. Организация аналитического учета для формирования отчета «О прибылях и убытках» 23.5 KB
  Назначение счета Прочие доходы и расходы и его структура. Доходы и расходы организации формирующие финансовый результат ее деятельности В соответствии с Положением по бухгалтерскому учету Доходы организации ПБУ 9 99 введено в действие с 1 января 2000 г. Прочие поступления зачисляются на счет 91 Прочие доходы и расходы Прочими доходами признаются в учете: штрафы пени неустойки за нарушения условий договоров возмещения причиненных организации убытков – в отчетном периоде в котором судом вынесено решение об их взыскании или они...
27073. Архитектура SCM-систем 174.21 KB
  Объяснить что такое ERP Что такое архитектура Как архитектура относится к классу данной системы ИСТОРИЯ В начале 60х в США начались работы по автоматизации управления запасами. В результате активного роста крупносерийного и массового производства товаров народного потребления и торговли после Второй мировой войны стало очевидно что использование математических моделей планирования спроса и управления запасами ведет к существенной экономии средств замороженных в виде запасов и незавершенного производства. Управление складами в современных...
27074. Информация в бизнесе. Инф поддержка в бизнесе. Класс-ция корпоративных информационных систем 711.94 KB
  Что такое бизнес Бизнес – это экономическая деятельность направленная на систематическое получение прибыли от производства и или продажи товаров оказания услуг. Тк бизнесэто коммерческиориентировнная деятельность в конкурентной среде. Деятельность предприятия происходит в реальном физическом мире в котором протекают преимущественно энергетические процессы. Деятельность связанная с управлением предприятием анализ ситуаций выбор вариантов и иная интеллектуальная деятельность продуктом которой являются оценки и принятие решений...
27075. Системы электронного документооборота 139.67 KB
  Системы электронного документооборота 1. Что такое документооборот Документооборо́т это частный способ информационной системы обеспечивающее взаимодействие. Системы электронного документооборота обладают рядом преимуществ к числу которых можно отнести возможность однократной регистрации электронного документа параллельное выполнение необходимых операций с отслеживанием ответственного за их исполнение а также наличие эффективно организованной системы поиска документа и развитой системы отчетности. Электронный документооборот является...
27076. Стр-ра КИС. Основные функциональные задачи 921.26 KB
  Главной задачей такой системы является информационная поддержка производственных административных и управленческих процессов бизнеспроцессов формирующих продукцию или услуги предприятия то есть необходимо рассмотрение всех бизнеспроцессов и как следствие поддержка основных бизнеспроцессов. Технологическая стрра инф системы. 3уровневая архитектура: 1 подсистемы сбора хр накопления данных В каком виде может существовать Распределенные системы данных; БДболее жестко поддерживают структуру; КорпХДболее абстрагированная...
27077. Управленческие автоматизированные ИС. Концепция интегрированной управленческой АИС 249.57 KB
  Интегрированная АСУ обеспечивает согласованное и координированное решение задач с учетом временной и уровневой иерархии за счет разделения общей задачи управления по фазам планирования регулирования учета анализа а также временной иерархии задач внутри каждой фазы. В ИАСУ обеспечиваются координация процессов исследования хода производства оперативного и перспективного планирования и адаптация системы за счет изменения состава и взаимосвязей между задачами а также характера взаимодействия между ее компонентами. История развития ERP 6070...
27078. Архитектура CRM-систем 145.48 KB
  Объяснить что такое CRM Что такое архитектура Как архитектура относится к классу данной системы CRM – Customer Relationship Management – система управления взаимоотношениями с клиентами. CRM системы стали нужны на высоко конкурентном рынке где в фокусе стоит клиент. Главная задача CRM систем – повышение эффективности бизнес процессов сосредоточенных во фронтофисе направленных на привлечение и удержание клиентов – в маркетинге продажах сервисе и обслуживании независимо от канала через который происходит контакт с клиентом.
27079. Архитектура ERPII-систем 142.37 KB
  Объяснить что такое ERPII Что такое архитектура Как архитектура относится к классу данной системы ERPII Enterprise Resource and Relationship Processing – Управление внутренними ресурсами и внешними связями предприятия. Появление концепции ERP II связано с началом широкого применения Интернеттехнологий в практике корпоративного управления. По мере развития соответствующего программного обеспечения и его интеграции с ERPпродуктами корпоративные системы управления стали выходить за традиционные рамки автоматизации операций внутри...
27080. Архитектура ERP-систем 134.57 KB
  Архитектура ERPсистем. Объяснить что такое ERP Что такое архитектура Как архитектура относится к классу данной системы 1. ERP – Enterprise Resource Planning Управление ресурсами предприятия – это методология эффективного планирования и управления всеми ресурсами предприятия которые необходимы для осуществления продаж производства закупок и учета при исполнении заказов клиентов в сферах производства дистрибьюции и оказания услуг. ERPсистема –это система реализующая эту концепцию.