MATLAB——讨论系统的极点位置对系统响应的影响

2023-11-03

题目1:
研究z右半平面的实数极点对系统响应的影响。
已知系统的零-极点增益模型分别为:
H 1 ( z ) = z z − 0.85 H1(z)= \frac{z}{z-0.85} H1(z)=z0.85z
zp2tf
zp2tf是MATLAB中的一个函数,用于将零极点的位置转换为系统传递函数的分子和分母系数。具体来说,zp2tf(z,p,k)将输入的零点位置向量z、极点位置向量p以及增益系数k转换为系统传递函数的分子系数向量b和分母系数向量a。这个函数的输出可以被用于进行系统的频域和时域分析,比如求解系统的频率响应、脉冲响应和步响应等。
zplane
zplane是MATLAB中用于绘制数字信号系统的零极点图的函数。它将系统的传递函数系数(分子和分母多项式)转换为零点和极点的坐标,并将它们绘制在一个平面图上,使用户可以更直观地了解系统的稳定性和频率响应等特性。
代码解释:
定义零点向量z1,极点向量p1,和增益k,它们分别是[0],[0.85],和1。
调用函数zp2tf将z1、p1、和k转换成分子系数向量b1和分母系数向量a1,即将零极点-增益形式的数字滤波器转换为分子-分母形式的数字滤波器。
在第一个子图中绘制数字滤波器的零极点图。
在第二个子图中绘制数字滤波器的冲激响应,其中使用函数impz计算前20个样本的响应,并在图中用垂直线表示。
完整代码:

p1=[0.85]';
z1=[0]';
k1=1;
[b1,a1]=zp2tf(z1,p1,k1);%即将零极点-增益形式的数字滤波器转换为分子-分母形式的数字滤波器。

subplot(121);
zplane(b1,a1);
subplot(122);
impz(b1,a1,20);
zplane

运行结果:
在这里插入图片描述
很明显的可以观察到,极点在单位圆内,冲激响应的波形也是衰减的,所以系统稳定。

题目2:
研究z右半平面的复数极点对系统响应的影响
已知系统函数:
H 1 ( z ) = z ( z − 3 ) ( z − 0.5 − 0.7 j ) ( z − 0.5 + 0.7 j ) H1(z)= \frac{z(z-3)}{(z-0.5-0.7j)(z-0.5+0.7j)} H1(z)=(z0.50.7j)(z0.5+0.7j)zz3
求这些系统的零极点分布图以及系统的冲激响应,并判断系统的稳定性。
代码部分:

p1=[0.5+0.7j,0.5-0.7j]';
z1=[0,0.3]';
k1=1;
[b1,a1]=zp2tf(z1,p1,k1);%即将零极点-增益形式的数字滤波器转换为分子-分母形式的数字滤波器。

subplot(121);
zplane(b1,a1);
subplot(122);
impz(b1,a1,70);

运行结果:
在这里插入图片描述
题目3:
H 1 ( z ) = 4 − 1.6 z − 1 − 1.6 z − 2 + 4 z − 3 1 + 0.4 z − 1 + 0.35 z − 2 − 0.4 z − 3 H1(z)= \frac{4-1.6z^{-1}-1.6z^{-2}+4z^{-3}}{1+0.4z^{-1}+0.35z^{-2}-0.4z^{-3}} H1(z)=1+0.4z1+0.35z20.4z341.6z11.6z2+4z3
画出系统的零极点分布图和系统的冲激响应,判断系统的稳定性。
分析:
这个系统函数不是增益形式的,就直接是分子分母形式的,所以说,就不用转换。
代码部分:

a=[1,0.4,0.35,-0.4];
b=[4,-1.6,-1.6,4];
subplot(121);
zplane(b,a);
subplot(122);
impz(b,a,60)

运行结果:
在这里插入图片描述

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