Ψηφιακός Έλεγχος. 7 η διάλεξη Υλοποίηση Ψηφιακών Φίλτρων. Ψηφιακός Έλεγχος 1

Σχετικά έγγραφα
Ψηφιακός Έλεγχος. 6 η διάλεξη Σχεδίαση στο χώρο κατάστασης. Ψηφιακός Έλεγχος 1

Ψηφιακός Έλεγχος. 11 η διάλεξη Ασκήσεις. Ψηφιακός Έλεγχος 1

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΙ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ : Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

9. OIΚΟΥΜΕΝΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΕΙΣΟ ΩΝ

Δηλαδή η ρητή συνάρτηση είναι πηλίκο δύο ακέραιων πολυωνύμων. Επομένως, το ζητούμενο ολοκλήρωμα είναι της μορφής

ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ, ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ, ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ

Κυκλώματα, Σήματα και Συστήματα

Δομές ψηφιακών φίλτρων (structures)

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Λύσεις θεμάτων εξεταστικής περιόδου Ιουνίου v 3 (t) - i 2 (t)

Παράδειγμα 14.2 Να βρεθεί ο μετασχηματισμός Laplace των συναρτήσεων

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

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. Διάλεξη 11

Discrete Fourier Transforms

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12) ΕΡΓΑΣΙΑ 1 η Ημερομηνία Αποστολής στον Φοιτητή: 20 Οκτωβρίου 2008

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

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

Εργαστήριο Εισαγωγής στη Σχεδίαση Συστημάτων VLSI

Ψηφιακά Συστήματα. 6. Σχεδίαση Συνδυαστικών Κυκλωμάτων

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΙΙ

6-Μαρτ-2009 ΗΜΥ Μετασχηματισμός z

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

ΘΕΩΡΙΑ ΣΗΜΑΤΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. Χώρος Κατάστασης Μοντέλα Πεπερασµένων Διαφορών & Παραγώγων

Κεφάλαιο 5. Λογικά κυκλώματα

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ Ασκήσεις Πράξης

3. Απλοποίηση Συναρτήσεων Boole

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. Ηλεκτρονικη και 1/60 Πληροφορίας

Δομή της παρουσίασης

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύ

Σχήμα Χαμηλοδιαβατά φίλτρα:

Κυκλώματα δύο Ακροδεκτών στο Πεδίο της Συχνότητας

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΕ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΤΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

Άσκηση 1 η Να εξετάσετε αν τα ακόλουθα σήματα είναι περιοδικά. Στην περίπτωση περιοδικού σήματος, ποια είναι η θεμελιώδης περίοδος; 1 )

24-Μαρ-2009 ΗΜΥ Φίλτρα απόκρισης πεπερασμένου παλμού (FIR)

Ολοκληρωμένα Κυκλώματα

όπου είναι γνήσια. ρητή συνάρτηση (δηλαδή ο βαθµός του πολυωνύµου υ ( x)

NETCOM S.A. ΨΗΦΙΑΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΠΑΛΜΟΜΕΤΑΤΡΟΠΕΩΝ DIGITAL CONTROL OF SWITCHING POWER CONVERTERS

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. Διάλεξη 13

20-Φεβ-2009 ΗΜΥ Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier

ΑΣΠΑΙΤΕ Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων & Μικροϋπολογιστών Εργαστηριακές Ασκήσεις για το μάθημα «Λογική Σχεδίαση» ΑΣΚΗΣΗ 3 ΠΙΝΑΚΕΣ KARNAUGH

Μοντελοποίηση Λογικών Κυκλωμάτων

Εξεταστική Ιανουαρίου 2007 Μάθηµα: «Σήµατα και Συστήµατα»

Συνδυαστικά Κυκλώματα

ΜΑΣ 371: Αριθμητική Ανάλυση ΙI ΑΣΚΗΣΕΙΣ. 1. Να βρεθεί το πολυώνυμο Lagrange για τα σημεία (0, 1), (1, 2) και (4, 2).

Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου εαρινού εξαμήνου (Ιούνιος 2015)

7 ο ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

(Γραμμικές) Αναδρομικές Σχέσεις

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

3 Διακριτοποίηση Συστημάτων Συνεχούς Χρόνου... 65

(Γραμμικές) Αναδρομικές Σχέσεις

6. Τελεστικοί ενισχυτές

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Γ. Ολοκληρωτικός Λογισμός

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. Διάλεξη 10

Ψηφιακός Έλεγχος. 10 η διάλεξη Ασκήσεις. Ψηφιακός Έλεγχος 1

(Γραμμικές) Αναδρομικές Σχέσεις

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

y[n] 5y[n 1] + 6y[n 2] = 2x[n 1] (1) y h [n] = y h [n] = A 1 (2) n + A 2 (3) n (4) h[n] = 0, n < 0 (5) h[n] 5h[n 1] + 6h[n 2] = 2δ[n 1] (6)

ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΩΝ ΕΜΕ 28 η Ελληνική Μαθηματική Ολυμπιάδα "Ο Αρχιμήδης" ΣΑΒΒΑΤΟ, 26 ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΥ 2011 ( )

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες. Δομή της παρουσίασης

5.2 ΑΠΛΟΠΟΙΗΣΗ ΜΕ ΤΗΝ ΜΕΘΟΔΟ ΚΑΤΑΤΑΞΗΣ ΣΕ ΠΙΝΑΚΑ

Δυαδικό Σύστημα Αρίθμησης

HY430 Εργαστήριο Ψηφιακών Κυκλωμάτων.

ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ ΠΡΟΣΩΠΙΚΟΥ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΚΑΙ ΣΤΕΛΕΧΩΣΗ

d dx ΠΑΡΑΓΩΓΟΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ

Ενδεικτικές Ασκήσεις για το μάθημα: «Μετρήσεις Φυσικών Μεγεθών»

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

ΛΧ1004 Μαθηματικά για Οικονομολόγους

(a 1, b 1 ) (a 2, b 2 ) = (a 1 a 2, b 1 b 2 ).

ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ Ι Κεφάλαιο 4. Μέθοδοι ανάλυσης κυκλωμάτων

Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου χειμερινού εξαμήνου (Ιούνιος 2014)

K24 Ψηφιακά Ηλεκτρονικά 6: Πολυπλέκτες/Αποπολυπλέκτες

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

Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου Χειμερινού εξαμήνου

stopband Passband stopband H L H ( e h L (n) = 1 π = 1 h L (n) = sin ω cn

Η κανονική μορφή της συνάρτησης που υλοποιείται με τον προηγούμενο πίνακα αληθείας σε μορφή ελαχιστόρων είναι η Q = [A].

ΓΡΑΠΤΕΣ ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΜΑΪΟΥ/ΙΟΥΝΙΟΥ 2014

Ψηφιακή Λογική και Σχεδίαση

Περιεχόμενα. Κεφάλαιο 1 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΥΝΤΕΤΑΓΜΕΝΩΝ ΣΕ ΜΙΑ ΕΥΘΕΙΑ Οι συντεταγμένες ενός σημείου Απόλυτη τιμή...14

Μέθοδος μέγιστης πιθανοφάνειας

Σήματα- συμβολισμοί. x(n)={x(n)}={,x(-1),x(0), x(1),.} x(n)={0,-2,-3, -1, 0, 1, 2, 3, 4,0 }

x k Ax k Bu k y k Cx k Du k «άνυσµα καταστάσεων» «άνυσµα εισόδων»

Συστήματα συντεταγμένων

Fast Fourier Transform

Μια νέα (;) ιδιότητα της παραβολής

x 2 + y 2 x y

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου II

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. Ηλεκτρονικη και 1/62 Πληροφορίας

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. Διδάσκων: Αντώνιος Τζές

Μέθοδος προσδιορισμού συντελεστών Euler

Parts Manual. Trio Mobile Surgery Platform. Model 1033

Μηχανική ΙI. Μετασχηματισμοί Legendre. διπλανό σχήμα ότι η αντίστροφη συνάρτηση dg. λέγεται μετασχηματισμός Legendre της f (x)

Κυκλώματα, Σήματα και Συστήματα

ΨΗΦΙΑΚΗ ΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕ ΙΑΣΗ

ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΩΝ 34 η Ελληνική Μαθηματική Ολυμπιάδα "Ο Αρχιμήδης" 4 Μαρτίου 2017

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ,,,,,,,

Διαφορικές εξισώσεις

Εισαγωγή στους Ηλεκτρονικούς Υπολογιστές

Transcript:

Ψηφιακός Έλεγχος 7 η διάλεξη Υλοποίηση Ψηφιακών Φίλτρων Ψηφιακός Έλεγχος

Υλοποίηση Ψηφιακών φίλτρων Το πρακτικό ενδιαφέρον της υλοποίησης ψηφιακών ρυθμιστών είναι μεγάλο καθώς λαμβάνονται υπόψιν θέματα όπως το κόστος του κυκλώματος, ο χώρος μνήμης στο ψηφιακό υπολογιστή, η κβαντοποίηση σημάτων και συντελεστών, η στρογγυλοποίηση (round off) αριθμών, ο βέλτιστος αλγόριθμος, η επιλογή του μικροεπεξεργαστή και άλλα. Η κυκλωματική υλοποίηση του ψηφιακού ελεγκτή είναι γίνεται στην πράξη χρησιμοποιώντας καθυστερητές, πολλαπλασιαστές και αθροιστές. Οι κυριότεροι τύποι υλοποίησης είναι: Απευθείας μορφή (εν σειρά) Απευθείας μορφή (κανονική) Εν σειρά υλοποίηση Παράλληλη υλοποίηση Υλοποίηση σκάλας Ψηφιακός Έλεγχος 2

Απευθείας μορφή (εν σειρά) Η συνάρτηση μεταφοράς εκφράζεται ως λόγος δύο πολυωνύμων: ή n j az j n u( z) j= 0 a0 az... anz = D( z) = = n n e( z) j bz... bn z bz j j= n... n =... u z a e z a z e z a z e z bz u z b z u z 0 n = ( )... ( ) ( )... ( ) u k a e k ae k a e k n bu k b u k n 0 n n n Ψηφιακός Έλεγχος 3

Απευθείας μορφή (εν σειρά) Η υλοποίηση (μη κανονική) φαίνεται στο σχήμα : e( z) a 0 u( z) z a b z z a 2 b 2 z Χρησιμοποιούνται 2n καθυστερητές και αθροιστής z a n b n z Ψηφιακός Έλεγχος 4

Απευθείας μορφή (εν σειρά) Μια εναλλακτική μορφή υλοποίησης με n αθροιστικά σημεία και n καθυστερητές είναι e( z) a 0 z u( z) a b z a2 b2 z a n b n Ψηφιακός Έλεγχος 5

Απευθείας μορφή (εν σειρά) Αν θέσουμε μεταβλητές κατάστασης βλέπουμε ότι : e( z) a 0 z a b x 2 z a2 b2 z x x n u( z) ( ) = x k bx x ae k a be k 2 0 ( ) = x k b x x a e k a b e k 2 2 3 2 0 2... a n b n Ψηφιακός Έλεγχος 6

Σε μορφή πινάκων έχουμε: Απευθείας μορφή (εν σειρά) x k b 0.. x k a a0b x2 k b2 0.. x2 k a2 a0b 2. =....... ek........ xn( k ) bn.. 0 xn( k) an a0b n και x x = [ 0.. 0 ]. a e( k) u k 2. x n 0 Ψηφιακός Έλεγχος 7

Απευθείας μορφή (κανονική) Ένας άλλος τρόπος υλοποίησης είναι ο παρακάτω (2 αθροιστές, 2n καθυστερητές) είναι: e( z) a 0 u( z) z z b a z z z z b n a n Ψηφιακός Έλεγχος 8

Απευθείας μορφή (κανονική) Ένας εναλλακτικός τρόπος υλοποίησης χρησιμοποιώντας τους μισούς καθυστερητές είναι e( z ) u( z) z a 0 Ορίζοντας μεταβλητές κατάστασης από κάτω προς τα πάνω έχουμε: b z x n a. x k = x 2 x k = x 2 3 z xn. 2 bx ( k) e( k) x k = b x k b x k n n n... n x b n a n Ψηφιακός Έλεγχος 9

Σε μορφή πινάκων έχουμε: Απευθείας μορφή (κανονική) ( ) x k 0 0. 0 x k 0 x k. 0.. x k.. =....... ek........ x ( k ) b... b x ( k) 2 2 n n n ( k) ( k) x x2 u( k) = [ an an bn... a a0b]. a0e k. xn ( k) Ψηφιακός Έλεγχος 0

Παράδειγμα Για ένα σύστημα δεύτερης τάξης φαίνονται οι δύο υλοποιήσεις ( απευθείας μορφή εν σειρά και κανονική) : a0 az a2z D( z) = bz bz 2 e( z) a 0 u( z) e( z ) u( z) a 0 z z b a a b z b 2 a 2 a2 b2 z Ψηφιακός Έλεγχος

Υλοποίηση σε σειρά Με αυτόν τον τρόπο υλοποίησης εκφράζουμε τη συνάρτηση μεταφοράς ως γινόμενο παραγόντων πρώτης και δεύτερης τάξης: u z D( z) a0d ( z)... Dl ( z), l n e z = = < Κάθε επιμέρους συνάρτηση μεταφοράς έχει μία απο τις δύο παρακάτω μορφές: στοιχείο πρώτης τάξης Dl ( z) = az l bz l στοιχείο δεύτερης τάξης D ( z) l az l a z = bz b z l 2 l 2 l Ψηφιακός Έλεγχος 2

Η κυκλωματική υλοποίηση είναι Υλοποίηση σε σειρά e( z) u( z) a a a a0 z z z 3 z a 2 n b x x2 b 2 b 3 x 3 b n x n Οι εξισώσεις είναι x k = bx k a e k.. ( ) = ( ) ( ) = ( ) = ( ) ( ) ( ) 0 x k a b x k b x k b x k a e k 2 2 2 3 3 0 x k x k 3 2 x k a b x k a b x k a b x k b x k a e k 4 2 2 2 3 3 3 4 4 0 Ψηφιακός Έλεγχος 3

Σε μορφή πινάκων έχουμε Υλοποίηση σε σειρά x k b 0 0. 0 x k a0 x2 k a b b2 b3.. x2 k a 0. = 0 0... 0ek........ xn( k ) a b a2 b2 a3 b3. b n xn( k) a 0 ( k) ( k) x x2 u( k) = [ a b a2 b2... an bn]. a0e k. xn ( k) Ψηφιακός Έλεγχος 4

Παράλληλη υλοποίηση Η συνάρτηση μεταφοράς εκφράζεται ως άθροισμα επιμέρους συναρτήσεων μεταφοράς πρώτης και δεύτερης τάξης: u z D( z) c0 D( z) D2 ( z)... Dl ( z), l n e z = = < < Δημιουργούνται έτσι δύο είδη παραγόντων στοιχείο πρώτης τάξης D l l ( z) = bz c e( z ) u( z) c l z b l στοιχείο δεύτερης τάξης D l ( z) c c z = bz l0 l 2 l bz l2 Ψηφιακός Έλεγχος 5

Παράλληλη υλοποίηση Η κυκλωματική c 0 υλοποίηση είναι c x e( z) b z c 2 u( z) z x 2 c 3 b 2 b 3 x 3 z c n b n x n z Ψηφιακός Έλεγχος 6

Παράλληλη υλοποίηση Οι εξισώσεις είναι x( k ) = bx ( k) e( k) x2( k ) = b2x2( k) b3x3( k) e( k) x ( k ) = x ( k) Σε μορφή πινάκων είναι. 3 2 ( ) = x k b x k e k n n n x k b 0 0. 0 x k x2 k 0 b2 b3.. x2 k. = 0 0... 0ek........ xn( k ) 0 0 0. b n xn( k) Ψηφιακός Έλεγχος 7

Παράλληλη υλοποίηση και ( c c... c ) e( k) 0 ( k) ( k) x x2 u( k) = [ bc b2c2 c3 bc 3 2 b4c4... bncn].. xn ( k) n Ψηφιακός Έλεγχος 8

Η συνάρτηση μεταφοράς είναι Υλοποίηση σκάλας n u z a0 az... anz = D( z) = n e z bz... bn z Αν κάνουμε ανάλυση σε απλά κλάσματα έχουμε A0 D z = Bz A Bz 2 Τα Ai, Bi είναι σταθερές που έχουν προέλθει απο τα a, b i i Bz n A n Ψηφιακός Έλεγχος 9

Υλοποίηση σκάλας Για να υλοποιήσουμε την παραπάνω σχέση πρέπει να μπορούμε να υλοποιήσουμε τις G ( z) = Bz T z G 2 ( z) = A T z Αυτό φαίνεται στα 2 παρακάτω σχήματα : T( z) T( z) z B A Ψηφιακός Έλεγχος 20

Υλοποίηση σκάλας Στη συνέχεια, υλοποιούμε την συνάρτηση D( z) = A Bz T z 0 l l A 0 z B T z Μετά, εκφράζουμε την συνάρτηση ως εξής : ή A T2 z T z = T z = A T z 2 Ψηφιακός Έλεγχος 2

Υλοποίηση σκάλας Έτσι, έχουμε A 0 z B A T2 ( z) Συνεχίζοντας, αντικαθιστούμε την συνάρτηση με T και 2 z = έχουμε Bz 2 T3( z) Ψηφιακός Έλεγχος 22

Υλοποίηση σκάλας A 0 z B A z B2 T 3 ( z) Ψηφιακός Έλεγχος 23

Υλοποίηση σκάλας A 0 z B Συνεχίζοντας με τον ίδιο τρόπο, η υλοποίηση της συνάρτησης μεταφοράς φαίνεται στο παρακάτω σχήμα : z A B 2 A 2 z B n A n 24

Υλοποίηση PID ελεγκτή Η συνάρτηση μεταφοράς του PID ελεγκτή είναι ( ) K ( ) X z KT z z I D = D( z) = Kp Y z 2 z T z Θέλουμε να υλοποιήσουμε τη συνάρτηση μεταφοράς ως σύστημα 2 ης τάξης : D z = a a z a z 2 0 2 2 bz bz 2 Εξισώνοντας τις 2 σχέσεις έχουμε a a a b b 0 2 2 KT I KD = Kp 2 2 KIT 2K = Kp 2 2 KD = T = = 0 Ψηφιακός Έλεγχος 25 D

Η υλοποίηση φαίνεται στο σχήμα : Υλοποίηση PID ελεγκτή xk z z xk z KT I 2 K P y( k) z xk z K D T z Ψηφιακός Έλεγχος 26