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

38165. Психологічний відбір військовослужбовців 118.5 KB
  Сутність і принципи психологічного відбору. Системний підхід до організації психологічного відбору. Необхідність професійного психологічного відбору обумовлена: високими вимогами до сучасного військовослужбовця; значимістю наслідків від помилок що виникають під час військової служби; необхідністю зниження матеріальних втрат внаслідок відрахування з навчальних військових частин та дострокового звільнення з військової служби осіб що не відповідають сучасним вимогам. У загальних рисах суть професійного...
38167. Система морально-психологічного забезпечення адаптації молодого поповнення до умов військової служби 134 KB
  Моральнопсихологічне забезпечення адаптації військовослужбовців до умов військової служби Заняття №1: Система моральнопсихологічного забезпечення адаптації молодого поповнення до умов військової служби Час: 2 години Мета заняття: формувати у курсантів риси необхідні військовому...
38168. Вплив сучасного бою на психіку військовослужбовців 141.5 KB
  Характер бойових психічних травм. Моральнопсихологічне забезпечення підготовки та ведення бойових дій: Навчальнометодичний посібник видання ІІ доповнене у двох частинах: частина І. №142 “Про затвердження Концепції моральнопсихологічного забезпечення підготовки та ведення операцій бойових дій Збройних Сил Україниâ€. Наприклад психологічні особливості виконання бойових завдань особового складу 72 омб полягали в наступному: думки про фатальну долю†тих хто там служить зважаючи на кількість втрат 52 62 омб; небезпечні умови...
38169. Культурно-виховна робота під час ведення бойових дій 128 KB
  Тема №5: Моральнопсихологічне забезпечення застосування підрозділів Сухопутних військ Збройних Сил України Заняття №8: Культурновиховна робота під час ведення бойових дій Час: 2 години Мета заняття: формувати у курсантів риси необхідні військовому керівнику для професійної...
38170. Правове врегулювання міжнародного співробітництва ЗСУ 114.5 KB
  БОЙКО â€œ____†__________________ 2010 року МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА для проведення семінарського заняття з навчальної дисципліни Політологія Т Е М А № 6: ЗС України та політична система України. Закон України про приєднання України до Міжнародної конвенції про боротьбу з бомбовим тероризмом Голос України. Закон України про ратифікацію Європейської конвенції про боротьбу з тероризмом Голос України.Закон України про ратифікацію Міжнародної конвенції про боротьбу з фінансуванням тероризму Голос України.
38171. Основні напрямки впливу громадянського суспільства на воєнну організацію 138.5 KB
  ОСНОВНА ЧАСТИНА: Проблема цивільного контролю над збройними силами є частиною більш широкої проблеми військовоцивільних відносин в суспільстві. Створення оптимальних цивільновійськових відносин і дієвого цивільного контролю над Збройними Силами України сприяє перетворенню армії та інших військових формувань у відкриті і зрозумілі для суспільства керовані державою інституції які діють у відповідності до їх призначення за конституцією України та її законами. Зазначимо що актуальність цивільновійськових відносин і цивільного контролю...
38172. Об’єкти та напрямки економічного аналізу обороноздатності держави 144 KB
  Політичні і економічні засади забезпечення обороноздатності України. Актуальні проблеми реалізації політики національної безпеки України в оборонній сфері. Конституція України зі змінами відповідно до Закону України Про внесення змін до Конституції Україн膹 2222IV від 8 грудня 2004 року.Національна безпека України 1994 1996 рр.
38173. Особливості цивільного контролю над воєнною організацією держави 145.5 KB
  Проблема цивільного контролю над збройними силами є частиною більш широкої проблеми військово-цивільних відносин в суспільстві. Ця проблема займає значне місце у політиці будь-якої держави, від розв’язання якої залежить характер розвитку суспільно-політичного устрою, стабільність владних відносин і суспільства в цілому.