匹配Z变换方法

✍ dations ◷ 2025-06-29 15:52:42 #控制理论,数字信号处理,滤波器理论

匹配Z变换方法(matched Z-transform method)也称为极点-零点映射(pole–zero mapping)或极点-零点匹配法(pole–zero matching method),简称MPZ或MZT,是将连续时间(英语:Discrete_time_and_continuous_time)滤波器转换到离散时间滤波器(数字滤波器)设计的技巧。

其作法是将所有的s平面设计时的极点和零点转换到z平面的位置 z = e s T {\displaystyle z=e^{sT}} 平面的 j ω {\displaystyle j\omega } 平面的单位圆上,若零点或是极点超过奈奎斯特频率,其映射后的位置会有混叠的情形。

一般情形下,类比滤波器的极点会比零点多,在 s = {\displaystyle s=\infty } 处的零点可以移到奈奎斯特频率,作法是放在 z = 1 {\displaystyle z=-1} 的位置。

此转换方式可以保持有界输入有界输出稳定性以及最小相位,但不会保持时域或是频域的响应,因此不常使用。较常使用的方式有双线性转换及冲激不变法。匹配Z变换方法的高频响应误差比双线性转换要小,因此比较容易透过加入额外的零点来修正其特性,此方式称为MZTi(i表示改良版improved)。

在数位控制中,匹配Z变换方法有一个特别的应用,就是艾克曼公式(英语:Ackermann's formula),可以调整可控制性系统的极点,一般会将不稳定(或接近不稳定)的极点调整到稳定的位置。

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