ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι

Σχετικά έγγραφα
ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι

ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι

Σήματα και Συστήματα ΙΙ

ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι

ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου. Ενότητα Α: Γραμμικά Συστήματα

Έλεγχος Κίνησης

Σήματα και Συστήματα ΙΙ

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Γ. Ολοκληρωτικός Λογισμός

Εισαγωγικές έννοιες θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Ενότητα 2 η : ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ

ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου 1 Ενότητα # 5: Χρήση μετασχηματισμού Laplace για επίλυση ηλεκτρικών κυκλωμάτων Μέθοδοι εντάσεων βρόχων και τάσεων κόμβων

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ. Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων. Άσκηση 3η. Στυλιανού Ιωάννης. Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών

ΑΡΧΕΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

Προγραμματισμός Ηλεκτρονικών Υπολογιστών 2 - Εργαστήριο

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας Ενότητα 2 η : Δισδιάστατα Σήματα & Συστήματα Μέρος 1

ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Γ. Ολοκληρωτικός Λογισμός

Εκκλησιαστικό Δίκαιο. Ενότητα 10η: Ιερά Σύνοδος της Ιεραρχίας και Διαρκής Ιερά Σύνοδος Κυριάκος Κυριαζόπουλος Τμήμα Νομικής Α.Π.Θ.

Έλεγχος Κίνησης

ΒΟΗΘΗΤΙΚΕΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ

ΓΡΑΜΜΙΚΟΣ & ΔΙΚΤΥΑΚΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου II

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 12: Κριτήρια Σύγκλισης Σειρών. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Εισαγωγή στους Υπολογιστές

5 ο ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι

ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι

Ιστορία της μετάφρασης

Τίτλος Μαθήματος: Εργαστήριο Φυσικής Ι

Μικροβιολογία & Υγιεινή Τροφίμων

Δυναμική και Έλεγχος E-L Ηλεκτρομηχανικών Συστημάτων

8 ο ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Κλασική Θεωρία Ελέγχου

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Β. Διαφορικός Λογισμός

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 15: Ολοκληρώματα Με Ρητές Και Τριγωνομετρικές Συναρτήσεις Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 6

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Εισαγωγικές έννοιες θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Ενότητα 1 η : Εισαγωγή

Προηγμένος έλεγχος ηλεκτρικών μηχανών

4 ο ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Ηλεκτρονικοί Υπολογιστές I

9 ο ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

Λογισμός 3. Ενότητα 19: Θεώρημα Πεπλεγμένων (γενική μορφή) Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου II

ΑΝΟΙΧΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Λογισμός ΙΙ. Χρήστος Θ. Αναστασίου Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

Προηγμένος έλεγχος ηλεκτρικών μηχανών

Αυτόματος Έλεγχος. Ενότητα 4 η : Πρότυπα μεταβλητών κατάστασης. Παναγιώτης Σεφερλής. Εργαστήριο Δυναμικής Μηχανών Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

Λογιστικές Εφαρμογές Εργαστήριο

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 16: Ολοκλήρωση Τριγωνομετρικών Συναρτήσεων, Γενικευμένα Ολοκληρώματα Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Σήματα και Συστήματα ΙΙ

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

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Εκκλησιαστικό Δίκαιο

Προγραμματισμός Ηλεκτρονικών Υπολογιστών 2 - Εργαστήριο

Εισαγωγικές έννοιες θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 1: Συναρτήσεις και Γραφικές Παραστάσεις. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Εργαστήριο Χημείας Ενώσεων Συναρμογής

Δυναμική Ηλεκτρικών Μηχανών

Μάρκετινγκ Αγροτικών Προϊόντων

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Σερβοκινητήρες πρόωσης σε συστήματα CNC

Συστήματα Επικοινωνιών

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Μάθηση σε νέα τεχνολογικά περιβάλλοντα

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Πιθανότητες. Συνδυαστική Ανάλυση Διδάσκων: Επίκουρος Καθηγητής Κωνσταντίνος Μπλέκας

Μοντελοποίηση Λογικών Κυκλωμάτων

Εργαστήριο Χημείας Ενώσεων Συναρμογής

Τεχνολογίες & Εφαρμογές Πληροφορικής Ενότητα 1: Εισαγωγικό Μάθημα

Θεωρία Πιθανοτήτων & Στατιστική

Εκκλησιαστικό Δίκαιο

Θεωρία Πιθανοτήτων & Στατιστική

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Γ. Ολοκληρωτικός Λογισμός

Προηγμένος έλεγχος ηλεκτρικών μηχανών

Εφαρμογές Συστημάτων Γεωγραφικών Πληροφοριών

Λογισμός 3. Ενότητα 18: Θεώρημα Πεπλεγμένων (Ειδική περίπτωση) Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Εφαρμογή Υπολογιστικών Τεχνικών στην Γεωργία

Χώρος και Διαδικασίες Αγωγής

5o Εργαστήριο Σ.Α.Ε Ενότητα : Ελεγκτές PID

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες

Μαθησιακές δραστηριότητες με υπολογιστή

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

7 ο ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Εργαστήριο Χημείας Ενώσεων Συναρμογής

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ι Ενότητα 5

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι

ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δρ. Στυλιανός Τσίτσος

Μηχανολογικό Σχέδιο Ι

Transcript:

ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι Εισαγωγή Επιμέλεια: Πέτρος Π. Γρουμπός, Καθηγητής Γεώργιος Α. Βασκαντήρας, Υπ. Διδάκτορας Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Τεχνολογίας Υπολογιστών

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. Το περιεχόμενο της παρουσίασης (κείμενο, εικόνες, γραφήματα) δημιουργήθηκε από τον διδάσκοντα στα πλαίσια σύστασης του υλικού διδασκαλίας του ανοικτού μαθήματος Σήματα και Συστήματα Ι, εκτός αν αναγράφεται διαφορετικά. 2

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου των διδασκόντων καθηγητών. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Πατρών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

Ανάπτυξη Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό αναπτύχθηκε στο τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών, στο Εργαστήριο Αυτοματισμού και Ρομποτικής. http://www.lar.ee.upatras.gr ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι - Εισαγωγή 4

Σκοπός Στόχος της παρακάτω ενότητας είναι η εισαγωγή σε βασικές αρχές και έννοιες της επιστήμης των Σημάτων και Συστημάτων. ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι - Εισαγωγή 5

Στη σημερινή εποχή της Κοινωνίας της Γνώσης, που χαρακτηρίζεται από τη σύγκλιση και ενοποίηση διαφορετικών επιστημονικών περιοχών, το πεδίο των Σημάτων και Συστημάτων αποτελεί πλέον ένα ενιαίο σύνολο βασικών και θεμελιωδών γνώσεων για ένα ευρύ φάσμα περιοχών που σχετίζονται με τον έναν ή τον άλλο τρόπο με την παραγωγή, δημιουργία, επεξεργασία, αποθήκευση και μετάδοση της πληροφορίας, την αναγνώριση προτύπων ή την «οριοθέτηση» σήματος ελέγχου σε συστήματα αυτομάτου ελέγχου ή και της βιομηχανικής παραγωγής. ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι - Εισαγωγή 6

Χ (t) U (t) T(.) y (t) Ως σήμα ορίζουμε το σύνολο των τιμών που λαμβάνει μία φυσική ποσότητα όταν αυτή μεταβάλλεται. Από άποψη μαθηματικής μοντελοποίησης, ένα σήμα παριστάνεται ως συνάρτηση η ακολουθία μίας η περισσοτέρων ελεύθερων μεταβλητών. Για παράδειγμα, οι τιμές του ρεύματος που διαρρέει μία αντίσταση R συνιστούν ένα σήμα που περιγράφεται από την συνάρτηση του χρόνου i(t). ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι - Εισαγωγή 7

Ως σύστημα ορίζουμε την οντότητα εκείνη που μετατρέπει ένα σήμα σ ένα άλλο. Από μαθηματική άποψη ένα σύστημα είναι ένας μετασχηματισμός Τ (.) που μετασχηματίζει ένα σήμα x (t) (x[n]) σ ένα άλλο σήμα y (t) (y[n]). Το σήμα x (t) (x[n]) ορίζεται ως σήμα εισόδου και το y (t) (y[n]) ως σήμα εξόδου. Μία άλλη θεώρηση γενίκευση: Το σήμα εισόδου είναι η Αιτία και το σήμα εξόδου είναι το Αποτέλεσμα στη διαδικασία διέγερσης του συστήματος. ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι - Εισαγωγή 8

Έτσι, σήματα και συστήματα είναι στενά συνδεδεμένα μεταξύ τους. Αυτό έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη μεθόδων ανάλυσης και μελέτης σημάτων και συστημάτων που θεωρούνται ως διαφορετικά βήματα μιας ενιαίας διαδικασίας, η οποία χαρακτηρίζεται από το τριπλό στάδιο: σήμα (εισόδου) σύστημα σήμα (εξόδου) Για παράδειγμα, το σήμα που αντιστοιχεί σε μια φυσική ποσότητα δύναται ν αντιμετωπιστεί ως έξοδος ενός κατάλληλα διεγερμένου γνωστού συστήματος και να μελετηθεί με βάση τις ιδιότητες του συστήματος. Επίσης, η μελέτη ενός συστήματος μπορεί να διεκπεραιωθεί παρατηρώντας και μελετώντας τα σήματα εισόδου και εξόδου, κάτι που στη συνέχεια μας οδηγεί σε συμπεράσματα για τις ιδιότητες του συστήματος. ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι - Εισαγωγή 9

Η μελέτη Συστημάτων και Σημάτων έχει οδηγήσει στη δημιουργία δύο σημαντικών, στενά συνδεδεμένων, κλάδων της επιστήμης, γνωστών ως Θεωρία Συστημάτων και Επεξεργασία Σημάτων, αντίστοιχα. Αντικείμενο μελέτης της θεωρίας Συστημάτων είναι η γνώση και περιγραφή των βασικών χαρακτηριστικών ενός φυσικού συστήματος με στόχο τη χρησιμοποίησή του σε μια φυσική διεργασία. ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι - Εισαγωγή 10

Μερικά τυπικά προβλήματα και ερωτήματα του κλάδου αυτού είναι: Εάν έχω ένα σύστημα, π.χ. ένα αεροπλάνο ή πλοίο, ποια σήματα (π.χ. δυνάμεις) πρέπει να εξασκήσω ώστε το σύστημα ν ακολουθήσει μια προδιαγεγραμμένη τροχιά; Δεδομένου ενός συστήματος, με ποιό τρόπο επανατροφοδοτώ μέρος του σήματος εξόδου στην είσοδο, έτσι ώστε το σύστημα να αυτοδιορθώνεται και η έξοδος να παραμένει κοντά σε μια επιθυμητή απόκριση, όπως για παράδειγμα στο σύστημα αυτόματης πλοήγησης ενός αεροπλάνου; ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι - Εισαγωγή 11

Σε ό,τι αφορά την Επεξεργασία Σημάτων, μερικά χαρακτηριστικά παραδείγματα προβλημάτων είναι: Έχοντας λάβει ένα σήμα, με ποιο τρόπο μπορώ να διαχωρίσω τη χρήσιμη πληροφορία από τις διάφορες παρεμβολές και θόρυβο που έχουν υπεισέλθει κατά τη διαδικασία μετάδοσης και λήψης; Ποιους κατάλληλους μετασχηματισμούς μπορώ να επιβάλω σ ένα σήμα έτσι ώστε να τονίσω και να εκμεταλλευτώ συγκεκριμένα χρήσιμα χαρακτηριστικά του, σε βάρος άλλων με λιγότερο ενδιαφέρον; (τέτοιοι μετασχηματισμοί χρησιμοποιούνται για τη συμπίεση σημάτων φωνής και εικόνας, στα πλαίσια ενός συστήματος επικοινωνίας πολυμέσων) ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι - Εισαγωγή 12

Ειδικές Περιπτώσεις Σημάτων Μια βασική μεθοδολογία στους κλάδους της επεξεργασίας σημάτων και θεωρίας συστημάτων, είναι η ανάλυση ενός σήματος ή συστήματος, σε απλούστερα, των οποίων η συμπεριφορά είναι είτε γνωστή είτε ευκολότερο να μελετηθεί. Κρουστική συνάρτηση ή συνάρτηση Dirac Μοναδιαία Βηματική συνάρτηση Περιοδικά Σήματα (ημιτονοειδή...) ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι - Εισαγωγή 13

Κατηγορίες Συστημάτων Στατικά Δυναμικά Αιτιατά Μη - Αιτιατά Γραμμικά Μη - Γραμμικά Χρονικά Αμετάβλητα - Μεταβαλλόμενα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι - Εισαγωγή 14

Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Πατρών, Πέτρος Γρουμπός. «Σήματα και Συστήματα Ι, Εισαγωγή». Έκδοση: 1.0. Πάτρα 2014. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: https://eclass.upatras.gr/modules/course_metadata/opencourses.php?fc=15 ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι - Εισαγωγή 15