5、离散系统分析:Z变换、传递函数与框图应用

离散系统分析:Z变换、传递函数与框图应用

1. Z变换基础

Z变换是处理离散时间序列的重要工具。考虑一个序列 $f(kT)$,其中 $k = 0, 1, 2, 3, \ldots, \infty$,$T$ 为恒定周期。这个序列可以是本质离散的,比如生产系统中周期性做出的决策序列;也可以是通过对连续时间函数 $f(t)$ 采样得到,如图 3.7 所示的理想采样器,能在每个时刻 $kT$ 无延迟地获取值 $f(kT)$。

Z变换的定义为:
[Z{f(kT)} = \sum_{k = 0}^{\infty} f(kT)z^{-k}]
其中 $z$ 是一个新的复变量,与拉普拉斯变量 $s$ 相关,可表示为 $z = e^{Ts}$,且 $z = \alpha + j\beta$,$\alpha$ 为实部,$\beta$ 为虚部。

以下是一些常见序列的Z变换结果:
| 函数 | $f(kT)$($k < 0$ 时为 0) | $Z{f(kT)}$ |
| — | — | — |
| 单位阶跃 | 1 | $\frac{1}{1 - z^{-1}}$ |
| 指数序列 | $e^{-\frac{kT}{\tau}}$ | $\frac{1}{1 - e^{-\frac{T}{\tau}}z^{-1}}$ |
| 正弦序列 | $\sin(\omega kT)$ | $\frac{\sin(\omega T)z^{-1}}{1 - 2\cos(\omega T)z^{-1} + z^{-2}}$ |
| 余弦序列 | $\cos(\omega kT)$ | $\frac{1 - \cos(\omega T)z

【四旋翼无人机】具备螺旋桨倾斜机构的全驱动四旋翼无人机:建模控制研究(Matlab代码、Simulink仿真实现)内容概要:本文围绕具备螺旋桨倾斜机构的全驱动四旋翼无人机展开研究,重点探讨其系统建模控制策略,结合Matlab代码Simulink仿真实现。文章详细分析了无人机的动力学模型,特别是引入螺旋桨倾斜机构后带来的全驱动特性,使其在姿态位置控制上具备更强的机动性自由度。研究涵盖了非线性系统建模、控制器设计(如PID、MPC、非线性控制等)、仿真验证及动态响应分析,旨在提升无人机在复杂环境下的稳定性和控制精度。同时,文中提供的Matlab/Simulink资源便于读者复现实验并进一步优化控制算法。; 适合人群:具备一定控制理论基础和Matlab/Simulink仿真经验的研究生、科研人员及无人机控制系统开发工程师,尤其适合从事飞行器建模先进控制算法研究的专业人员。; 使用场景及目标:①用于全驱动四旋翼无人机的动力学建模仿真平台搭建;②研究先进控制算法(如模型预测控制、非线性控制)在无人机系统中的应用;③支持科研论文复现、课程设计或毕业课题开发,推动无人机高机动控制技术的研究进展。; 阅读建议:建议读者结合文档提供的Matlab代码Simulink模型,逐步实现建模控制算法,重点关注坐标系定义、力矩分配逻辑及控制闭环的设计细节,同时可通过修改参数和添加扰动来验证系统的鲁棒性适应性。
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