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

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

Kartkówka 1 Opracowanie: Próbkowanie częstotliwość próbkowania nie mniejsza niż podwojona szerokość przed spróbkowaniem.

Przetwarzanie sygnałów

Część 1. Transmitancje i stabilność

Laboratorium nr 4: Porównanie filtrów FIR i IIR. skończonej odpowiedzi impulsowej (FIR) zawsze stabilne, mogą mieć liniową charakterystykę fazową

Systemy. Krzysztof Patan

Przetwarzanie sygnałów

Ćwiczenie 6 Projektowanie filtrów cyfrowych o skończonej i nieskończonej odpowiedzi impulsowej

Technika audio część 2

Politechnika Wrocławska Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Przetwarzanie sygnałów laboratorium ETD5067L

Ćwiczenie 4. Filtry o skończonej odpowiedzi impulsowej (SOI)

Wprowadzenie. Spis treści. Analiza_sygnałów_-_ćwiczenia/Filtry

Politechnika Wrocławska Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Przetwarzanie sygnałów laboratorium ETD5067L

Plan wykładu. Własności statyczne i dynamiczne elementów automatyki:

Przeksztacenie Laplace a. Krzysztof Patan

Politechnika Wrocławska, Wydział Informatyki i Zarządzania. Modelowanie

13.2. Filtry cyfrowe

Przekształcenie Z. Krzysztof Patan

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

Przetwarzanie sygnałów dyskretnych

x(n) x(n-1) x(n-2) D x(n-n+1) h N-1

8. Realizacja projektowanie i pomiary filtrów IIR

ELEMENTY AUTOMATYKI PRACA W PROGRAMIE SIMULINK 2013

Dyskretne układy liniowe. Funkcja splotu. Równania różnicowe. Transform

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

Transmitancje układów ciągłych

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

STUDIA MAGISTERSKIE DZIENNE LABORATORIUM SYGNAŁÓW, SYSTEMÓW I MODULACJI. Filtracja cyfrowa. v.1.0

Akwizycja i przetwarzanie sygnałów cyfrowych

Tematyka egzaminu z Podstaw sterowania

Cyfrowe przetwarzanie sygnałów Jacek Rezmer -1-

Teoria sterowania - studia niestacjonarne AiR 2 stopień

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

ZASTOSOWANIA PRZEKSZTAŁCENIA ZET

przy warunkach początkowych: 0 = 0, 0 = 0

LINIOWE UKŁADY DYSKRETNE

Układ regulacji automatycznej (URA) kryteria stabilności

Kompresja Danych. Streszczenie Studia Dzienne Wykład 13, f(t) = c n e inω0t, T f(t)e inω 0t dt.

Podstawy Przetwarzania Sygnałów

Ćwiczenie - 1 OBSŁUGA GENERATORA I OSCYLOSKOPU. WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYKI AMPLITUDOWEJ I FAZOWEJ NA PRZYKŁADZIE FILTRU RC.

Automatyka i robotyka ETP2005L. Laboratorium semestr zimowy

ANALIZA SYGNAŁÓ W JEDNÓWYMIARÓWYCH

FFT i dyskretny splot. Aplikacje w DSP

Sterowanie przekształtników elektronicznych zima 2011/12

AiR_CPS_1/3 Cyfrowe przetwarzanie sygnałów Digital Signal Processing

5 Filtry drugiego rzędu

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

Akwizycja i przetwarzanie sygnałów cyfrowych

Realizacja filtrów cyfrowych z buforowaniem próbek

Ćwiczenie nr 6 Charakterystyki częstotliwościowe

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

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

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

Rys 1 Schemat modelu masa- sprężyna- tłumik

Stabilność. Krzysztof Patan

uzyskany w wyniku próbkowania okresowego przebiegu czasowego x(t) ze stałym czasem próbkowania t takim, że T = t N 1 t

FUNKCJE ZESPOLONE Lista zadań 2005/2006

Projektowanie układów regulacji w dziedzinie częstotliwości. dr hab. inż. Krzysztof Patan, prof. PWSZ

przedmiot kierunkowy (podstawowy / kierunkowy / inny HES) obieralny (obowiązkowy / nieobowiązkowy) polski semestr VI

Przekształcenia całkowe. Wykład 1

Politechnika Wrocławska, Wydział Informatyki i Zarządzania. Modelowanie

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

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

Materiały pomocnicze do wykładu

Opis matematyczny. Równanie modulatora. Charakterystyka statyczna. Po wprowadzeniu niewielkich odchyłek od ustalonego punktu pracy. dla 0 v c.

TEORIA OBWODÓW I SYGNAŁÓW LABORATORIUM

PORÓWNANIE METOD PROJEKTOWANIA FILTRÓW CYFROWYCH

Materiały pomocnicze do wykładu

Przetwarzanie sygnałów z czasem ciągłym

Przedmowa Wykaz oznaczeń Wykaz skrótów 1. Sygnały i ich parametry Pojęcia podstawowe Klasyfikacja sygnałów

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

Przetwarzanie sygnałów biomedycznych

BADANIE FILTRÓW. Instytut Fizyki Akademia Pomorska w Słupsku

Filtrowanie a sploty. W powyższym przykładzie proszę zwrócić uwagę na efekty brzegowe. Wprowadzenie Projektowanie filtru Zadania

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

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

Filtry elektroniczne sygnałów ciągłych - cz.1

METODY MATEMATYCZNE I STATYSTYCZNE W INŻYNIERII CHEMICZNEJ

A-2. Filtry bierne. wersja

Rys. 1. Wzmacniacz odwracający

Ćwiczenie - 7. Filtry

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Filtracja. Krzysztof Patan

Wykonawcy: Data Wydział Elektryczny Studia dzienne Nr grupy:

CYFROWE PRZTWARZANIE SYGNAŁÓW (Zastosowanie transformacji Fouriera)

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

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

Andrzej Leśnicki Laboratorium CPS Ćwiczenie 10 1/12 ĆWICZENIE 10. Filtry FIR

Liniowe układy scalone. Filtry aktywne w oparciu o wzmacniacze operacyjne

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

SYNTEZA obwodów. Zbigniew Leonowicz

CZWÓRNIKI KLASYFIKACJA CZWÓRNIKÓW.

Przekształcenie Fouriera i splot

AKADEMIA MORSKA KATEDRA NAWIGACJI TECHNICZEJ

Teoria sygnałów Signal Theory. Elektrotechnika I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

1/8 TECHNIKA CYFROWEGO PRZETWARZANIA SYGNAŁÓW. Andrzej Leśnicki

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

ELEKTRONIKA W EKSPERYMENCIE FIZYCZNYM

Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki

CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWE

Transkrypt:

PPS 2 kartkówka 1 RÓWNANIE RÓŻNICOWE Jest to dyskretny odpowiednik równania różniczkowego. Równania różnicowe to pewne związki rekurencyjne określające w sposób niebezpośredni wartość danego wyrazu ciągu. Można je rozwiązywać za pomocą równań charakterystycznych lub transformat. 2 TRANSFORMATA Transformata Laplace a to przekształcenie całkowe funkcji f(t) opisane następującym wzorem: F(s) = L{f(t)} = e st f(t) dt W teorii sygnałów oznacza ono przekształcenie funkcji sygnału w czasie na funkcję w dziedzicznie częstotliwości. Dzięki temu przekształceniu otrzymujemy przedstawienie funkcji na płaszczyźnie zespolonej. Często stosowana transformata Fouriera jest szczególnym przypadkiem transformaty Laplace a, mianowicie dla DFT s = jω 0 3 TRANSMITANCJA Transmitancją nazywamy stosunek transformaty sygnału po filtracji do transformaty sygnału przed filtracją: H(s) = Y(s) X(s) Jest ona bezpośrednio powiązana z sygnałem impulsowym poprzez zależność: h(t) = L 1 [H(s)] gdzie h(t) jest sygnałem impulsowym a L 1 oznacza odwrotną transformatę Laplace a. 4 ODPOWIEDŹ IMPULSOWA System czy też w naszym przypadku filtr jest jednoznacznie określony przez swoją odpowiedź impulsową. Jak wspomniano przy poprzednim punkcie, jest on jednoznacznie związany z transmitancją za pomocą transformaty. Znając sygnał wejściowy oraz transmitancję (którą znamy mając daną odpowiedź impulsową) jesteśmy w stanie znaleźć odpowiedź na taki sygnał.

Odpowiedzią impulsową h(t) układu nazywamy sygnał, jaki wystąpi na jego wyjściu, jeśli w chwili t = 0 przy warunkach początkowych będzie on pobudzany impulsem Diraca. Odpowiedź impulsowa charakteryzuje układ oznacza to, że znając odpowiedź impulsową umiemy przewidzieć odpowiedź układu na dowolne pobudzenie wejściowe. 5 OKRĄG JEDNOSTKOWY Uogólnieniem Dyskretnej Transformaty Fouriera (DFT) jest Transformata Z. Może być ona określona przez wyznaczenie wartości transformaty Z X(z) dla z = e jω czyli określenie jej wartości na okręgu jednostkowym. Jeśli transformata Z nie da się określić na okręgu jednostkowym oznacza to, że DFT nie istnieje. Sam okręg jednostkowy to okrąg o promieniu równym 1. Korzystając z własności liczb zespolonych można określić go postacią wykładniczą z(t) = e it 6 ZERA I BIEGUNY Transmitancję możemy zapisać w następującej postaci: Gdzie H(s) = H 0 (s z 1 )(s z 2 ) (s z l ) (s s 1 )(s s 2 ) (s s m ) z 1,, z l nazywamy zerami transmitancji s 1,, s m nazywamy biegunami transmitancji Zera i bieguny mają bezpośredni wpływ na postać odpowiedzi impulsowej a co za tym idzie transmitancji. Powyższy wzór można przedstawić również jako iloczyn dwóch wielomianów zespolonych Przy założeniu, że m<=n. H(s) = b ms m + + b 1 s + b 0 a n s n + + a 1 s + a 0 W takim przypadku możemy powiedzieć, że transmitancja jest określona w sposób jednoznaczny za pomocą biegunów i zer na płaszczyźnie zespolonej.

7 FILTRY BUTTERWORTHA I CZEBYSZEWA Poniżej porównanie graficzne filtrów: Zauważamy, że moduł transmitancji filtra Butterwortha jest stosunkowo gładkim wykresem. W filtrach Czebyszewa występują: Typ 1 zafalowania modułu funkcji transmitancji w paśmie przepustowym Typ 2 zafalowania modułu funkcji transmitancji w paśmie zaporowym 8 RÓŻNICA MIĘDZY FIR A IIR Mówiąc o różnicach między filtrami należy przytoczyć pełne nazwy filtrów FIR finite impulse response IIR infinite impulse response Widzimy zatem już z nazwy, że FIR to skończona a IIR nieskończona odpowiedź impulsowa. Układy fizyczne realizujące filtr IIR są układami rekursywnymi. 9 CZĘSTOTLIWOŚĆ GRANICZNA FILTRU Jest to wartość graniczna częstotliwości, dla której (umownie) kończy się pasmo przepustowe. Mówiąc wprost, po przekroczeniu częstotliwości granicznej filtr wycina sygnał filtrowany. Poniższy obraz przedstawia filtr dolnoprzepustowy, w tym przypadku częstotliwość graniczna (cutoff frequency) jest maksymalną częstotliwością przepuszczaną przez filtr.

Umownie przyjmuje się, że częstotliwość graniczna to ta, dla której tłumienie filtru przekracza 3dB. 10 PRZYCZYNOWOŚĆ I STABILNOŚĆ FILTRU Filtr "przyczynowy" używa wyłącznie poprzednich próbek wejściowych lub wyjściowych; podczas gdy filtr "nieprzycznynowy" do obliczenia aktualnej próbki wyjściowej przyszłych próbek wejściowych. Filtr nieprzyczynowy może być zmieniony w filtr przyczynowy poprzez dodanie do niego opóźnienia. Stabilność Filtry FIR są zawsze stabilne, gdyż w ich funkcji transmitancji występują tylko zera, nie ma rekursywności. Filtry IIR wprowadzają potencjalne zagrożenie utraty stabilności. Odpowiedź takiego filtru w sposób niekontrolowany narasta do nieskończoności. Niestabilność może mieć miejsce, gdy bieguny transmitancji znajdują się poza okręgiem jednostkowym na płaszczyźnie zespolonej.

11 OKNO CZASOWE Jest to funkcja opisująca sposób pobierania próbek z sygnału. Obserwując sygnał u(n) w skończonym przedziale czasu wynikiem obserwacji jest: g(n) = u(n)w(n) Gdzie w(n) jest funkcją okna. Od postaci tej funkcji zależą różnice pomiędzy widmem obserwowanym a faktycznym widmem sygnału. Projektując filtr metodą okna mamy do czynienia z Efektem Gibbsa - rząd filtra nie wpływa na poziom listków bocznych a jedynie na szerokość pasma przejściowego.