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19.6 : z 変換を用いた差分方程式の解法

z 変換は、多くの場合線形差分方程式で表される実際の離散時間システムを解析するための強力なツールです。高次の差分方程式を解くには、方程式の次数より 1 項少ない項までの入力信号と初期条件の知識が必要です。

z 変換は、信号を z 領域でシフトすることで遅延信号の処理を容易にします。これは時間領域で信号を遅延させることに相当し、同様に反対方向にシフトすることで時間を進めることで信号を進めます。

特定の係数と初期条件を持つ二次差分方程式を考えます。ここで、入力は単位ステップ関数です。各項に z 変換を適用すると、差分方程式が z 領域の代数式に変換されます。この式には、入力信号と出力信号の両方の z 領域表現が含まれます。

z 領域の出力信号を解くには、この代数方程式を簡略化できます。多くの場合、部分分数分解を使用します。部分分数の係数を決定することで、逆 z 変換を使用して時間領域に戻すことができる扱いやすい形式が得られます。結果として得られる時間領域応答は、離散時間線形システムの解析を簡素化する z 変換の有効性を示しています。

このプロセスは、デジタル信号処理および制御システムにおける z 変換の有用性を強調しています。これは、時間領域と z 領域間の遷移、複雑な方程式の解決、および正確なシステム応答の取得を行える簡単な方法を提供します。正確で意味のある結果を確実に得るには、z 変換を適用するときに初期条件と収束領域の役割を考慮することが重要です。

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Z transformDiscrete time SystemsDifference EquationsLinear Difference EquationsDelayed SignalsTime DomainZ domainUnit Step FunctionAlgebraic ExpressionPartial Fraction DecompositionInverse Z transformDigital Signal ProcessingControl SystemsInitial ConditionsRegion Of Convergence

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