Dyskretne układy liniowe. Funkcja splotu. Równania różnicowe. Transform

Podobne dokumenty
Systemy. Krzysztof Patan

Plan wykładu. Własności statyczne i dynamiczne elementów automatyki:

Transmitancje układów ciągłych

Procedura modelowania matematycznego

Podstawy Automatyki. Wykład 2 - podstawy matematyczne. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

przy warunkach początkowych: 0 = 0, 0 = 0

Podstawy Automatyki. wykład 1 ( ) mgr inż. Łukasz Dworzak. Politechnika Wrocławska. Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji (I-24)

Przeksztacenie Laplace a. Krzysztof Patan

Podstawy Automatyki. Wykład 2 - matematyczne modelowanie układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Teoria sterowania - studia niestacjonarne AiR 2 stopień

ELEMENTY AUTOMATYKI PRACA W PROGRAMIE SIMULINK 2013

Politechnika Wrocławska, Wydział Informatyki i Zarządzania. Modelowanie

Automatyka i robotyka ETP2005L. Laboratorium semestr zimowy

Transformata Laplace a to przekształcenie całkowe funkcji f(t) opisane następującym wzorem:

Podstawy Automatyki. Wykład 2 - modelowanie matematyczne układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Podstawy Automatyki. Wykład 2 - modelowanie matematyczne układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Technika regulacji automatycznej

Przekształcanie schematów blokowych. Podczas ćwiczenia poruszane będą następujące zagadnienia:

Sposoby modelowania układów dynamicznych. Pytania

TEORIA OBWODÓW I SYGNAŁÓW LABORATORIUM

Politechnika Wrocławska, Wydział Informatyki i Zarządzania. Modelowanie

Zadania zaliczeniowe z Automatyki i Robotyki dla studentów III roku Inżynierii Biomedycznej Politechniki Lubelskiej

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania. Podstawy Automatyki

Rys 1 Schemat modelu masa- sprężyna- tłumik

Lepkosprężystość. Metody pomiarów właściwości lepkosprężystych materii

Tematyka egzaminu z Podstaw sterowania

Mechatronika i inteligentne systemy produkcyjne. Modelowanie systemów mechatronicznych Platformy przetwarzania danych

Wprowadzenie do technik regulacji automatycznej. prof nzw. dr hab. inż. Krzysztof Patan

LINIOWE UKŁADY DYSKRETNE

TEORIA OBWODÓW I SYGNAŁÓW LABORATORIUM

Właściwości sygnałów i splot. Krzysztof Patan

FFT i dyskretny splot. Aplikacje w DSP

Podstawy Automatyki. Wykład 5 - stabilność liniowych układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Histogram obrazu, modyfikacje histogramu

Stabilność. Krzysztof Patan

AKADEMIA MORSKA W SZCZECINIE WI-ET / IIT / ZTT. Instrukcja do zajęc laboratoryjnych nr 6 AUTOMATYKA

Przekształcenie Z. Krzysztof Patan

CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWE

Wprowadzenie. Spis treści. Analiza_sygnałów_-_ćwiczenia/Filtry

Automatyka i robotyka

METODY MATEMATYCZNE I STATYSTYCZNE W INŻYNIERII CHEMICZNEJ

Podstawy Automatyki. Wykład 5 - stabilność liniowych układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

AiR_TSiS_1/2 Teoria sygnałów i systemów Signals and systems theory. Automatyka i Robotyka I stopień ogólnoakademicki

Katedra Automatyzacji Laboratorium Podstaw Automatyzacji Produkcji Laboratorium Podstaw Automatyzacji

CYFROWE PRZTWARZANIE SYGNAŁÓW (Zastosowanie transformacji Fouriera)

Teoria obwodów / Stanisław Osowski, Krzysztof Siwek, Michał Śmiałek. wyd. 2. Warszawa, Spis treści

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI, AUTOMATYKI I INFORMATYKI INSTYTUT AUTOMATYKI I INFORMATYKI KIERUNEK AUTOMATYKA I ROBOTYKA STUDIA STACJONARNE I STOPNIA

Metody przybliżonego rozwiązywania równań różniczkowych zwyczajnych

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

Ćwiczenie 3. Właściwości przekształcenia Fouriera

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 2

2. Próbkowanie Sygnały okresowe (16). Trygonometryczny szereg Fouriera (17). Częstotliwość Nyquista (20).

Przyjmuje się umowę, że:

1. Transformata Laplace a przypomnienie

Celem dwiczenia jest poznanie budowy i właściwości czwórników liniowych, a mianowicie : układu różniczkującego i całkującego.

Ćwiczenie nr 1 Odpowiedzi czasowe układów dynamicznych

Część 1. Transmitancje i stabilność

b n y k n T s Filtr cyfrowy opisuje się również za pomocą splotu dyskretnego przedstawionego poniżej:

Ćwiczenie 3 Badanie własności podstawowych liniowych członów automatyki opartych na biernych elementach elektrycznych

Podstawy Automatyki. Wykład 5 - stabilność liniowych układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Podstawy Automatyki. Wykład 4 - algebra schematów blokowych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

PODSTAWOWE CZŁONY DYNAMICZNE

Podstawy Automatyki. Wykład 4 - algebra schematów blokowych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Dystrybucje, wiadomości wstępne (I)

8. LINIOWE UKŁADY DYSKRETNE 8.1. WSTĘP

Równania różniczkowe liniowe II rzędu

Filtracja. Krzysztof Patan

Funkcje wymierne. Jerzy Rutkowski. Teoria. Działania dodawania i mnożenia funkcji wymiernych określa się wzorami: g h + k l g h k.

Sterowanie Serwonapędów Maszyn i Robotów

Rys. 1 Otwarty układ regulacji

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /15

Zaawansowane metody numeryczne Komputerowa analiza zagadnień różniczkowych 4. Równania różniczkowe zwyczajne podstawy teoretyczne

Całkowanie numeryczne

Podstawowe człony dynamiczne

Stabilność II Metody Lapunowa badania stabilności

Andrzej Leśnicki Laboratorium CPS Ćwiczenie 7 1/7 ĆWICZENIE 7. Splot liniowy i kołowy sygnałów

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

Politechnika Warszawska Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych Instytut Podstaw Budowy Maszyn Zakład Mechaniki

Transmitancje i charakterystyki częstotliwościowe. Krzysztof Patan

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

Definicje i przykłady

Przekształcenia całkowe. Wykład 1

W celu obliczenia charakterystyki częstotliwościowej zastosujemy wzór 1. charakterystyka amplitudowa 0,

WYMAGANIA DOTYCZĄCE ZALICZENIA ZAJĘĆ

WSTĘP DO ELEKTRONIKI

Instrukcja do laboratorium z cyfrowego przetwarzania sygnałów. Ćwiczenie 3. Transformata Z; blokowe struktury opisujące filtr

WYDZIAŁ MECHANICZNY PWR KARTA PRZEDMIOTU

Instrukcja do laboratorium z cyfrowego przetwarzania sygnałów. Systemy i wybrane sposoby ich opisu

Podstawy Automatyki. Wykład 4 - algebra schematów blokowych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Badanie stabilności liniowych układów sterowania

Wykłady z Matematyki stosowanej w inżynierii środowiska, II sem. 2. CAŁKA PODWÓJNA Całka podwójna po prostokącie

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

9. Dyskretna transformata Fouriera algorytm FFT

WSTĘP DO ELEKTRONIKI

Podstawy Automatyki Zbiór zadań dla studentów II roku AiR oraz MiBM

Teoria systemów i sygnałów Kierunek AiR, sem. 5 2wE + 1l

1 Równania różniczkowe zwyczajne o rozdzielonych zmiennych

Szukanie rozwiązań funkcji uwikłanych (równań nieliniowych)

Informatyka I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny) kierunkowy (podstawowy / kierunkowy / inny HES)

ĆWICZENIE 6 Transmitancje operatorowe, charakterystyki częstotliwościowe układów aktywnych pierwszego, drugiego i wyższych rzędów

Transkrypt:

Dyskretne układy liniowe. Funkcja splotu. Równania różnicowe. Transformata Z. March 20, 2013

Dyskretne układy liniowe. Funkcja splotu. Równania różnicowe. Transformata Z.

Sygnał i system Sygnał jest opisem jak analizowany parametr zmienia się w funkcji innego parametru. Przykładem jest zmiana napięcia w funkcji czasu w układach elektronicznych, zmiana jasności w funkcji odległości w obrazie. Systemem nazywamy każdy proces, który wytwarza sygnał wyjściowy w odpowiedzi na wymuszenie na wejściu. System ciagły ma na wejściu i wyjściu sygnały ciagłe. System dyskretny ma na wejściu i wyjściu sygnał dyskretny.

System liniowy ciagły i dyskretny

Zastosowania systemów W jakim celu podejmuje się próby opisu i analizy systemów? Usuwanie szumu z zarejestrowanego elektrokardiogramu. Wyostrzanie nieostrego obrazu. Usuwanie echa z rozmowy telefonicznej. Każdy system wprowadza pewne zniekształcenia do sygnału. Wiedza o tych zniekształceniach może być przydatna do kompensacji wprowadzonych zniekształceń. W niektórych układach specjalnie koryguje się charakterystykę systemu dla zapewnienia odpowiedniego działania.

Zasada superpozycji Większość technik cyfrowego przetwarzania sygnałów bazuje na zasadzie superpozycji. Przetwarzany sygnał jest rozkładany na pojedyncze składowe i każda składowa jest przetwarzana oddzielnie. Rozwiazanie takie ma duża zaletę, gdyż pozwala rozłożyć pojedynczy złożony problem na wiele prostszych. Zasada superpozycji może być stosowana tylko w odniesieniu do układów liniowych. Ponieważ wiele układów spotykanych w nauce i inżynierii jest liniowych, lub może być przybliżona za pomoca opisu liniowego, dlatego zasada superpozycji jest powszechnie wykorzystywana.

Wymagania zwiazane z liniowościa System nazywamy liniowym jeżeli ma spełnione dwie matematyczne właściwości: homogeniczność, addytywność. Jeżeli jedna z tych właściwości nie jest spełniona to system nazywamy nieliniowym. Stosowana jest często trzecia właściwość - niezmienniczość względem przesunięcia, która nie jest ścisłym wymaganiem liniowości, ale jest często wymagana w technikach cyfrowego przetwarzania sygnałów. W praktycznych zastosowaniach jeżeli stosuje się pojęcie system liniowy zazwyczaj przyjmuje się, że zasada ta jest spełniona.

Zmiana amplitudy

Suma sygnałów

Przesunięcie sygnałów

Inne cechy - zamienność

Dekompozycja i synteza sumy sygnałów

Dekompozycja i synteza pojedynczego sygnału

Opis systemów ciagłych Opis typu wejście-wyjście - opis systemu typu czarna skrzynka, przedstawiajacy zależność wyjścia układu od jego wejścia z pominięciem wewnętrznego stanu układu (w opisie takim nie występuja w sposób jawny zmienne opisujace stan układu). Podstawowym opisem tego typu jest (dla ciagłych układów liniowych) równanie różniczkowe o stałych współczynnikach: d n y a n dt + n a d n 1 y n 1 dt +... + n 1 a dy 1 dt + a d m u 0y = b m dt +... + m b du 1 dt + b 0u gdzie u jest zmienna wejściowa a y jest zmienna wyjściowa, n jest rzędem układu i musi być m n jeśli układ ma być realizowalny fizycznie.

Inne opisy systemów ciagłych Transmitancja operatorowa jest funkcja wymierna zmiennej zespolonej s, tzn. można ja przedstawić za pomoca ilorazu dwóch wielomianów: G(s) = Y (s) U(s) = b ms m + b m 1 s m 1 +... + b 1 s + b 0 a n s n + a n 1 s n 1 +... + a 1 s + a 0. Całka splotowa - obok transmitancji operatorowej, jedna z postaci opisu typu wejście-wyjście. y(t) = u(τ)g(t τ)dτ = g(τ)u(t τ)dτ. Całka splotowa jest w dziedzinie czasu odpowiednikiem iloczynu transformat : U(s)G(s) = Y (s).

Opis systemów dyskretnych Ponieważ w układach dyskretnych czas jest zmienna nieciagł a, więc podstawowe równanie stanu układu ma postać równania różnicowego a nie różniczkowego. W ogólnej postaci równanie różnicowe dla układu liniowego ma postać: y(k + n) + a n 1 y(k + n 1) +... + a 1 y(k + 1) + a 0 y(k) = b m u(k + m) +... + b 1 u(k + 1) + b 0 u(k).

Transmitancja systemu dyskretnego Zastosowanie przekształcenia Laplace a do układów impulsowych daje w efekcie nieskończone szeregi, co zwykle nie jest wygodne w obliczeniach dlatego transmitancja operatorowa układów dyskretnych opiera się o przekształcenie Z. Transmitancja impulsowa układu dyskretnego nazywa się stosunek transformaty Z odpowiedzi układu do transformaty Z sygnału wejściowego, przy zerowych warunkach poczatkowych. Trasmitancja impulsowa, ze zmienna zespolona z, odpowiadajaca powyższemu równaniu różnicowemu ma więc postać: G(z) = Y (z) U(z) = b mz m + b m 1 z m 1 +... + b 1 z + b 0 z n + a n 1 z n 1 +... + a 1 z + a 0.

Splot dyskretny Splot dwóch sygnałów f i g wyraża się wzorem (f g)[n] = m= f[m]g[n m] = m= f[n m]g[m] W zastosowaniach, dopuszcza się splatanie ciagów skończonych, które utożsamia się z ciagami nieskończonymi, które maja pozostałe wyrazy równe 0.

Funkcja delta odpowiedź impulsowa

Splot sygnałów

Przykład splotu

Obliczanie splotu

Przykład obliczania splotu

Problem granic

Własności splotu

Literatura Dokumentacja języka Python oraz modułów numpy, scipy, matplotlib, PIL. Tadeusiewicz R., Korohoda P.: Komputerowa analiza i przetwarzanie obrazów, Społeczeństwo Globalnej Informacji, Kraków 1997.