HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Σχετικά έγγραφα
ΗΥ215 - Εφαρμοσμένα Μαθηματικά για Μηχανικούς

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 11: Μετασχηματισμός Laplace. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Σήματα και Συστήματα

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Όταν θα έχουµε τελειώσει το Κεφάλαιο αυτό θα µπορούµε να:

() min. xt δεν έχει μετασχηματισμό LAPLACE () () () Αν Λ= το σήμα ( ) Αν Λ, έστω σ. Το σύνολο μιγαδικών αριθμών. s Q το ολοκλήρωμα (1) υπάρχει.

ΘΕΩΡΙΑ ΣΗΜΑΤΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. Μετασχηµατισµός Laplace. Εµµανουήλ Ζ. Ψαράκης Πολυτεχνική Σχολή Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ z

6. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ LAPLACE

Ο Μετασχηματισμός Ζ. Ανάλυση συστημάτων με το μετασχηματισμό Ζ

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 7: Μετασχηματισμός Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 13: Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Laplace. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Ο αντίστροφος μετασχηματισμός Laplace ορίζεται από το μιγαδικό ολοκλήρωμα : + +

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών. HY-215: Εφαρµοσµένα Μαθηµατικά για Μηχανικούς Εαρινό Εξάµηνο 2013 ιδάσκων : Π.

x(t) = e st = e (σ+j2πf)t (7.1) h(t)e st dt (7.4) H(s) = y(t) = H{e st } = H(s)e st (7.5)

ΘΕΩΡΙΑ ΣΗΜΑΤΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. Μετασχηµατισµός Laplace. Εµµανουήλ Ζ. Ψαράκης Πολυτεχνική Σχολή Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Προηγµένες Υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης στο Τ.Ε.Ι. Σερρών

x(t) = 4 cos(2π600t π/3) + 2 sin(2π900t + π/4) + sin(2π1200t) (1) w(t) = y(t)z(t) = 2δ(t + 1) (2) (2 sin(2π900t + π/4) t= 1 + sin(2π1200t) )

( t) όπου το * αντιστοιχεί σε συνέλιξη και. (t 2) * x 2

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

ΓΧΑ σύστημα h(t), H(s)

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών

Χ(j2πf) = X(s) s=j2πf

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Χ(j2πf) = X(s) s=j2πf

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ι ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ BODE ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΟ ΤΕΥΧΟΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΩΝ

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

e 5t (sin 5t)u(t)e st dt e st dt e 5t e j5t e st dt s j5 j10 (s + 5 j5)(s j5)

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Ενότητα : ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Ζ (ΖTransform)

Αντίστροφος Μετασχηματισμός Ζ. Υλοποίηση συστημάτων Διακριτού Χρόνου. Σχεδίαση φίλτρων

Μετασχηματισμός Z. Κυριακίδης Ιωάννης 2011

x[n] = e u[n 1] 4 x[n] = u[n 1] 4 X(z) = z 1 H(z) = (1 0.5z 1 )(1 + 4z 2 ) z 2 (βʹ) H(z) = H min (z)h lin (z) 4 z 1 1 z 1 (z 1 4 )(z 1) (1)

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Ευστάθεια συστημάτων

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 9: Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 6: Ανάλυση Σημάτων σε Ανάπτυγμα Σειράς Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Σήματα και Συστήματα ΙΙ

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Παραρτήματα. Παράρτημα 1 ο : Μιγαδικοί Αριθμοί

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 10: Γραμμικά Φίλτρα. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών Σημάτων. Διάλεξη 20: Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier (Discrete Fourier Transform DFT)

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

website:

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

LCs 2 + RCs + 1. s 1,2 = RC ± R 2 C 2 4LC 2LC. (s 2)(s 3) = A. = 4 s 3 s=2 s + 2 B = (s 2)(s 3) (s 3) s=3. = s + 2. x(t) = 4e 2t u(t) + 5e 3t u(t) (2)

ΑΕΝ / ΑΣΠΡΟΠΥΡΓΟΥ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ. Σημειώσεις για τη χρήση του MATLAB στα Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

0 f(t)e st dt. L[f(t)] = F (s) =

Ο ΑΜΦΙΠΛΕΥΡΟΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Z

Μελέτη ευστάθειας και αστάθειας συστημάτων με το περιβάλλον Matlab

ΣΕΙΡΕΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ FOURIER. e ω. Το βασικό πρόβλημα στις σειρές Fourier είναι ο υπολογισμός των συντελεστών c

Κεφάλαιο 5 Μετασχηματισμός z και Συνάρτηση μεταφοράς

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών. στο χώρο της συχνότητας

Θέματα Εξετάσεων Ιουνίου 2003 στο μάθημα Σήματα και Συστήματα και Λύσεις

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

ΣΤΗΑ ΨΕΣ /4/2013 2:12 πµ

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 2: Στοιχειώδη Σήματα Συνεχούς Χρόνου. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών

Ευστάθεια, Τύποι συστημάτων και Σφάλματα

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 8: Ιδιότητες του Μετασχηματισμού Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ & ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ LAPLACE

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 1: Σήματα Συνεχούς Χρόνου. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

. (1) , lim να υπάρχουν και να είναι πεπερασμένα, δηλαδή πραγματικοί αριθμοί.

ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι

Δυναμική Μηχανών I. Συνάρτηση και Μητρώο Μεταφοράς

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες. Δομή της παρουσίασης

20-Φεβ-2009 ΗΜΥ Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier

X(e jω ) = x[n]e jωn (1) x[n] = 1. T s

Ο ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ LAPLACE

Περιεχόμενα 2 Μαθηματικές Μέθοδοι Ανάλυσης Γραμμικών Συστημάτων Αυτόματης Ρύθμισης j ω α j ω j ω

X(e jω ) = x[n]e jωn (16.1) x[n] < (16.2) a n u[n] = a n =

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών. HY-215: Εφαρµοσµένα Μαθηµατικά για Μηχανικούς ιδάσκοντες : Γ. Στυλιανού, Γ.

Βιομαθηματικά BIO-156. Ολοκλήρωση. Ντίνα Λύκα. Εαρινό Εξάμηνο, 2017

1 x m 2. degn = m 1 + m m n. a(m 1 m 2...m k )x m 1

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Λ. ΜΠΙΣΔΟΥΝΗΣ ΛΥΣΕΙΣ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ «ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ» ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 28/01/2015

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών Σημάτων. Διάλεξη 17: Φίλτρα (II)

Μετασχηματισμοί Laplace

Επίλυση Προβληµάτων Αρχικών / Συνοριακών Τιµών Μεταδόσεως Θερµότητας

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ LAPLACE ΑΝΑΛΥΣΗ στο πεδίο των ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου 1 Ενότητα # 6: Έννοια της συνάρτησης μεταφοράς Παραδείγματα εφαρμογής σε φυσικά συστήματα

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ. z x y 2xyi. Re z x y. Θα δείξουμε ότι για τους μιγαδικούς αριθμούς z για τους οποίους ισχύει ότι. z z zz. zz zz z z 1 0 z z 1 (1)

. Σήματα και Συστήματα

Ανάλυση Κυκλωμάτων. Φώτης Πλέσσας Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών. HY-370: Ψηφιακή Επεξεργασία Σήµατος Χειµερινό Εξάµηνο 2016 ιδάσκοντες : Γ. Στυλιανού - Γ.

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών. Σήματα. και. Συστήματα

Λύσεις θεμάτων εξεταστικής περιόδου Ιανουαρίου Φεβρουαρίου 2015

Transcript:

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι ΔΙΑΛΕΞΗ #20 Πόλοι και μηδενικά Διάγραμμα πόλων και μηδενικών Ιδιότητες της περιοχής σύγκλισης Ο αντίστροφος Μετασχηματισμός Laplace

Μετασχηματισμός Laplace Αμφίπλευρος μετασχηματισμός Laplace st X () s x() t e dt X( jω ) = X( s) s = j ω X(s)=L(x(t)) x() t X() s L Για να ορίσουμε πλήρως το μετασχηματισμό Laplace χρειάζεται να προσδιορίσουμε και την περιοχή σύγκλισής του (region of convergence) at at xt () = e ut (), a> 0 xt () = e u( t), a> 0 1 1 X() s =,{} s > a X() s =,{} s < a s+ a s+ a

Μετασχηματισμός Laplace st σ t jωt σt X () s x() t e dt [() x t e ] e dt FT{() x t e } = = = H περιοχή σύγκλισης καθορίζεται ρζ από τις τιμές του s για τις οποίες xte () σ t dt < Η περιοχή σύγκλισης εξαρτάται μόνο από το σ (δηλ. το {s}) Αν το s=jω (σ=0) περιλαμβάνεται στην περιοχή σύγκλισης F(x(t))= X s () s = j ω Ορισμένα ρ μ σήματα δεν έχουν Μετασχηματισμό μ Laplace (δηλ. η δεν μπορεί να οριστεί κάποια περιοχή σύγκλισης), πχ t t σt x() t = Ce Ce e dt = jω0t σt σt xt () e xte () dt e dt = = =

Πόλοι και μηδενικά Σε πολλές πρακτικές περιπτώσεις (εκθετικά σήματα, συστήματα που περιγράφονται από ΔΕ) ο μετασχηματισμός Laplace είναι ρητή συνάρτηση (rational function) του s, δηλ είναι λόγος πολυωνύμων του s: X() s = Ns () Ds () Ρίζες του αριθμητή: Μηδενικά (Zeros) Ρίζες του παρονομαστή: Πόλοι (Poles) X() s = 0 X() s Κάθε σήμα x(t) που είναι γραμμικός συνδυασμός μιγαδικών εκθετικών σημάτων για t<0 και t>0 έχει ρητό μετασχηματισμό Laplace

Διάγραμμα πόλων/μηδενικών Η αναπαράσταση του Μετασχηματισμού Laplace μπορεί να γίνει στο μιγαδικό επίπεδο s (s plane) προσδιορίζοντας τη θέση των μηδενικών και πόλων (διάγραμμα πόλων μηδενικών/ pole zero plot) Μηδενικά: ο Πόλοι: x π.χ. x t e u t e u t 3 2 s+ 2 s+ 1 s 1 = ( s + 2)( s + 1) 2 () 3 t t = () 2 () x x ο 1 X () s = = -2-1 Το διάγραμμα αυτό προσδιορίζει πλήρως το Μετασχηματισμό Laplace (πλην μιας σταθεράς) Η περιοχή σύγκλισης καθορίζεται από τους πόλους

Ιδιότητες της περιοχής σύγκλισης Η περιοχή σύγκλισης αποτελείται από λωρίδες παράλληλες στον φανταστικό άξονα (jω) εξαρτάται μόνο από την τιμή του σ x x ο -2-1 1 Ns () Αν X() s =, η περιοχή σύγκλισης Ds () X() s δεν περιέχει πόλους ( ) Αν το σήμα x(t) () είναι πεπερασμένης διάρκειας και απολύτως ολοκληρώσιμο, η περιοχή σύγκλισης είναι ολόκληρο το επίπεδο s st 2 st X () s x () t e dt x () t e dt = = < T 1 T T 2 x () t 1 T <

Ιδιότητες της περιοχής σύγκλισης Αν το σήμα x(t) είναι μηδενικό πριν κάποιο χρόνο Τ 1 (δεξιόπλευρο σήμα) και η γραμμή {s}=σ 0 βρίσκεται στην περιοχή σύγκλισής του, τότε όλα τα s για τα οποία {s}> σ 0 βρίσκονται επίσης στην περιοχή σύγκλισης. Λέμε τότε ότι η περιοχή σύγκλισης είναι ένα δεξί ημιεπίπεδο (right half plane) σ 0 Παρομοίως, αν το x(t) είναι μηδενικό μετά από κάποιο χρόνο Τ 1,(αριστερόπλευρο σήμα) η περιοχή σύγκλισης είναι ένα αριστερό ημιεπίπεδο (left half plane) σ 0

Ιδιότητες της περιοχής σύγκλισης Αν το σήμα x(t) είναι αμφίπλευρο και η γραμμή {s}=σ 0 βρίσκεται στην περιοχή σύγκλισής του, τότε η περιοχή σύγκλισης είναι μια λωρίδα που περιλαμβάνει τη γραμμή {s}=σ 0 σ 0 R Παράδειγμα: bt bt bt x() t = e = e u( t) + e u() t b > 0 1,{ s} s b < b s 1,{ s} > b + b -b b b < 0 : Δεν υπάρχει περιοχή σύγκλισης!

Ιδιότητες της περιοχής σύγκλισης Αν Χ(s) είναιρητήσυνάρτησητουs του s τότε η περιοχή σύγκλισης είναι είτε φραγμένη από τους πόλους (D(s)=0) ή εκτείνεται στο άπειρο Αν Χ(s) ρητή συνάρτηση τότε Αν x(t) δεξιόπλευρο, η περιοχή σύγκλισης είναι δεξιά του πιο δεξιά τοποθετημένου πόλου Αν x(t) αριστερόπλευρο, η περιοχή σύγκλισης είναι αριστερά του πιο αριστερά τοποθετημένου πόλου x x ο x x ο Αν η περιοχή σύγκλισης περιλαμβάνει το φανταστικό άξονα, υπάρχει ο Μετασχηματισμός Fourier του σήματος x(t)

X () s = s + 3 ( s+ 1)( s 2) Παράδειγμα Τρεις πιθανές περιοχές σύγκλισης, ανάλογα με το είδος του x(t): x(t) αριστερόπλευρο > > ΠΣ Ι άρα δεν υπάρχει ο ΜF x(t) δεξιόπλευρο > ΠΣ ΙΙ άρα δεν υπάρχει ο MF x(t) αμφίπλευρο > ΠΣ ΙΙΙ άρα υπάρχει ο MF Ι ΙII ΙI ο x x

O αντίστροφος Μετασχηματισμός Laplace st X () s x() t e dt, s= σ + jω ROC X(s)=F{x(t)e( ) { ( ) -σt } Άρα, για σταθερό σ ROC παίρνοντας τον αντίστροφο ΜF 1 1 σt jωt ( σ+ jω) t xte () = Χ σ + ω e dω x t = Χ σ + ω e dω ( j ) () ( j ) 2π 2π Αλλαγή μεταβλητής: ω s ds = jdω 1 σ + j st x() t = Χ() s e ds 2π j j σ Μιγαδικό ολοκλήρωμα κατά μήκος της γραμμής {s}=σ {} στο επίπεδο s (παράλληλης στον άξονα jω) Δε θα υπολογίζουμε το ολοκλήρωμα αυτό αναλυτικά, αλλά θα χρησιμοποιούμε γνωστά ζεύγη Μετασχηματισμών Laplace και ανάλυση σε μερικά κλάσματα.

Παράδειγμα s + 3 A B X() s = = + ( s+ 1)( s 2) ( s+ 1) ( s 2) 2 5 A =, B = ΠΣ Ι >x(t) () αριστερόπλευρο 3 3 ΠΣ ΙΙ >x(t) δεξιόπλευρο ΠΣ ΙΙΙ >x(t) αμφίπλευρο at 1 e u() t,{} s > a Ι ΙII ΙI s+ a at 1 e u( t),{ s} < a s+ a x x 2 t 5 2t ΠΣ Ι x ( t ) = e u ( t ) e u ( t ) 3 3 2 t 5 2t ΠΣ ΙΙ x() t = e u() t + e u() t 3 3 2 t 5 2t ΠΣ ΙΙΙ x() t = e u() t e u( t) 3 3 ο