mały|Tabela podstawowych transformacji Z. Transformata Z, transformata Laurenta – jest odpowiednikiem transformaty Laplace’a stosowanym do opisu i analizy układów dyskretnych.

Rys historyczny Zasadnicza idea transformaty znanej dziś jako transformata Z była znana jeszcze przez Pierre Simon de Laplace’a. W 1947 roku transformatę wprowadził ponownie Witold Hurewicz jako dogodną metodę rozwiązywania liniowych równań różniczkowych o stałych współczynnikach. W 1952 roku i Lotfi Zadeh pracując z zagadnieniami układów dyskretnych w zespole na Columbia University nadali jej nazwę transformaty Z.

Nazwa tej transformaty może pochodzić od litery „z” jako dyskretnej wersji litery „s”, często używanej jako zmienna niezależna w transformacie Laplace’a, co wydaje się zasadne, jako że transformata Z jest w istocie dyskretną wersją transformaty Laplace’a. Inne możliwe pochodzenie to litery „z” w nazwiskach badaczy (Ragazzini, Zadeh), którzy opublikowali fundamentalny artykuł na jej temat. Tym niemniej nazwa odbiega od powszechnie przyjętej konwencji praktykowanej w świecie nauki, by do metod lub twierdzeń stosować nazwy związane z ich pierwszymi badaczami (na przykład transformata Fouriera, transformata Laplace’a, transformata Hartleya itp.).

Nieco później wprowadził i spopularyzował zmodyfikowaną transformatę Z.

Idea zawarta w transformacie Z w literaturze matematycznej znana jest jako metoda funkcji tworzących, którą to datuje się na rok 1730, kiedy to została wprowadzona przez Abrahama de Moivre’a w powiązaniu z teorią prawdopodobieństwa. Z matematycznego punktu widzenia transformatę Z można także traktować jako szereg Laurenta, gdzie występuje szereg liczb jako rozwinięcie (Laurenta) funkcji analitycznej.

Definicja Transformatą Z dyskretnej (impulsowej) funkcji czasu jest nazywana funkcja:

określona wzorem:

gdzie: – transformata oryginału; – oryginał dyskretny;

Transformaty Z istnieją dla funkcji dyskretnych, które nie rosną szybciej niż funkcja wykładnicza; np. dla funkcji lub nie istnieją transformaty Z, ponieważ nie spełniają one powyższego warunku.

Własności Liniowość

Przesunięcie w dziedzinie czasu

gdzie – dowolna dodatnia liczba całkowita; – funkcja skokowa.

Transformata sumy

Transformata różnicy

Splot

Twierdzenie o wartości początkowej

Twierdzenie o wartości końcowej Jeśli istnieje granica, to ma ona wartość:

Tabela transformat W poniższej tabeli przyjęto, że:

Lp. transformata Z, obszar zbieżności 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Przykłady Przykład 1 Wyprowadź wzór na transformatę delty Kroneckera,

Rozwiązanie

Dla przypomnienia, delta Kroneckera zdefiniowana jest następująco:

Korzystając z definicji otrzymujemy:

stąd:

Przykład 2 Wyprowadź wzór na transformatę ciągu zdefiniowanego następująco:

Rozwiązanie

Zauważmy, że ciąg można zapisać za pomocą następującego zwartego wzoru:

Zatem:

Po prawej stronie rozpoznajemy szereg geometryczny z ilorazem Szereg jest zbieżny gdy co oznacza, że:

Powyższa nierówność, nazywana jest obszarem zbieżności lub obszarem istnienia transformaty. Na płaszczyźnie zespolonej nierówność jest obszarem na zewnątrz koła o promieniu Gdy transformata istnieje (tj. rozważany wcześniej szereg jest zbieżny) i jest równa:

Przykład 3 Wyprowadź wzór na transformatę ciągu

Rozwiązanie

Mając na uwadze poprzedni przykład możemy napisać:

Ciąg powyższy ma skończoną sumę gdy:

Powyższa nierówność jest obszarem zbieżności lub istnienia transformaty. Na płaszczyźnie zespolonej nierówność jest obszarem na zewnątrz koła o promieniu Gdy transformata istnieje i jest równa:

Przykład 4 Wyprowadzić wzór na transformatę skoku jednostkowego

Rozwiązanie

Korzystając z wyniku wyprowadzonego w poprzednim przykładzie, zauważamy, że: gdzie

stąd:

Obszar zbieżności jest opisany nierównością

Powiązanie z transformatą Fouriera Transformata Z stanowi uogólnienie dyskretnej transformaty Fouriera. Dyskretna transformata Fouriera może być określona przez określenie wartości transformaty Z dla

lub innymi słowy określenie jej wartości na okręgu jednostkowym. Aby określić charakterystykę częstotliwościową układu, wartość transformaty Z musi być określona na okręgu jednostkowym, co oznacza, że obszar zbieżności układu musi zawierać okrąg jednostkowy. W przeciwnym przypadku dyskretna transformata Fouriera nie istnieje.

Powiązanie z transformatą Laplace’a

Zobacz też transformata z gwiazdką zmodyfikowana transformata Z Inne: transformata Fouriera transformata Laplace'a

Przypisy

Bibliografia Jacek Wojciechowski, Sygnały i systemy, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, 2008. Michał Tadeusiewicz, Signals and Systems, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, 2004. Przemysław Barański, Przekształcenie Z – zastosowania w filtracji cyfrowej sygnałów – zbiór zadań, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, 2014.

Linki zewnętrzne [dostęp 2025-12-13].

Kategoria:Transformaty Kategoria:Cyfrowe przetwarzanie sygnałów