Импульсная характеристика по разностному уравнению

Видео:Основы ЦОС: 21. Линейные стационарные системыСкачать

Основы ЦОС: 21. Линейные стационарные системы

Частотные характеристики импульсных систем. Устойчивость импульсных систем. Разностное уравнение. Цифровые фильтры.

Частотные характеристики импульсных систем. Периодичность характеристик.

При известной передаточной функции импульсной системы W(z), частотные характеристики получаются путем замены:

Так как e j ωTд =cos(ωTД)+jsin(ωTД), то частотные характеристики системы получаются периодическими с периодом 2π/TД.

Особенности частотных характеристик:

1) импульсные системы имеют похожие с непрерывными системами частотные характеристики лишь в ограниченном диапазоне частот, до половины частоты дискретизации;

2) для большей сходимости поведения импульсных и непрерывных систем необходимо выбирать частоту дискретизации как можно больше;

3) так как частотные характеристики импульсных и непрерывных систем отличаются друг от друга, то соответственно и отличаются переходные характеристики для различных воздействий.

Устойчивость импульсных систем. Корневой метод. Частотный метод.

Для непрерывных систем устойчивость определяется по вещественным частям корней характеристического уравнения. То есть если pii±jωi – корни характеристического уравнения, то для устойчивости системы необходимо и достаточно, чтобы все αi 1) в правую полуплоскость, а сам круг (|z|=1) в ось ординат (s=0).

Если в передаточной функции W(z) сделать соответствующую подстановку, то критерии устойчивости можно применить как в случае непрерывных систем.

Критерий Михайлова: для устойчивости САУ необходимо и достаточно, чтобы годограф Михайлова при изменении псевдочастоты s от 0 до ∞ начинался при s = 0 на вещественной положительной полуоси комплексной плоскости и обходил только против часовой стрелки (в положительном направлении) последовательно n квадрантов, где n –порядок характеристического уравнения системы.

Критерий Найквиста: замкнутая импульсная система устойчивая, если годограф устойчивой разомкнутой ИСАУ при изменении псевдочастоты s от 0 до ∞ не охватывает точку с координатами -1, j0.

Разностное уравнение. Вывод разностного уравнения из передаточной функции W(z). Пример построения переходной функции по разностному уравнению.

Так как W(z) определяет поведение ИСАУ, то возможно построение алгоритма функционирования. Пусть:

Импульсная характеристика по разностному уравнению,

Применяя обратное Z преобразование и теорему сдвига имеем:

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Импульсная характеристика по разностному уравнению

получаем разностное уравнение, позволяющее описать алгоритм вычисления последующего значения y[nTД] через предыдущие значения y и значения входной величины x.

Пример. Необходимо получить алгоритм функционирования ИСАУ, имеющую переходную функцию, аналогичную апериодическому звену.

Для апериодического звена переходная функция h(t)=1-e — t/ T =1(t)-e — t/ T .

Z преобразование данной функции:

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Соответственно разностное уравнение:

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Для параметров TД=T, e -1 =0.37, тогда разностное уравнение:

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Для единичного ступенчатого сигнала на входе x[nTД]=1, решетчатая функция на выходе будет равна соответственно:

Цифровые фильтры. Прямая и каноническая структурные схемы цифрового фильтра.

Пусть передаточная функция цифрового фильтра (в знаменателе 1 без z):

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Тогда согласно разностному уравнению:

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Этому уравнению соответствует структурная схема цифрового фильтра, изображенного на рисунке 12.2.

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Данную форму называют прямой формой.

Недостатком такого построения заключается в необходимости запоминать 2m значений входного и выходного сигналов (элементы памяти отображаются на структуре как z -1 ).

Для упрощения необходимо разбить фильтр на две составляющие:

Импульсная характеристика по разностному уравнению.

Промежуточная функция Импульсная характеристика по разностному уравнению. Если построить структурную схему по прямой форме, то получится вторая половина цифрового фильтра. То есть необходимо запоминать m значений промежуточной функции F(z). Одновременно Y(z)=A(z)×F(z) – это первая половина прямой формы, согласно которой необходимо запоминать m значений функции F(z). Объединяя структурные схемы получим (рисунок 12.3).

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Итого всего m элементов памяти.

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Дата добавления: 2015-02-09 ; просмотров: 58 ; Нарушение авторских прав

Видео:Импульсная характеристика дискретной системы - РТЦ - 22.02.2020Скачать

Импульсная характеристика дискретной системы - РТЦ - 22.02.2020

Импульсная характеристика по разностному уравнению

«Понятие цифровых фильтров»

Передаточная функция звена фильтра низкой частоты первого порядка, схема которого представлена на рис.8.1

Читайте также:

  1. CASE-технология создания информационных систем.
  2. Ei — экспертная оценка i-й характеристики.
  3. II. Физические характеристики участников коммуникации
  4. III.2.1) Понятие преступления, его основные характеристики.
  5. IV.1.3 Типологические характеристики
  6. U-образные характеристики синхронного генератора
  7. U–образные и рабочие характеристики синхронного двигателя
  8. Z преобразование. Передаточная функция импульсных систем. Теорема Котельникова.
  9. А)Основные характеристики ковалентной связи.
  10. Агроэкосистемы, их отличия от природных экосистем. Последствия деятельности человека в экосистемах. Сохранение экосистем.
Импульсная характеристика по разностному уравнению

равна Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.1).

Этой передаточной функции соответствует дифференциальное уравнение, описывающее процессы в данном звене, которое имеет вид

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.2).

Преобразуем данную непрерывную систему в дискретную установкой на входе и на выходе синхронных идеальных импульсных элементов, работающих с частотой f (рис.8.2).

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Дифференциальное уравнение непрерывной системы преобразуется в разностное уравнение дискретной системы заменой производной конечной разностью.

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.3),

где Импульсная характеристика по разностному уравнению. Обозначив

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.4)

преобразуем уравнение (8.3) к виду

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.5).

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.6),

придем к окончательному виду

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.7).

Уравнение (8.7) представляет из себя разностное уравнение простейшего дискретного фильтра низких частот первого порядка.

В общем случае линейным дискретным фильтром называется дискретная система, удовлетворяющая линейному разностному уравнению

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.8),

где x ( n ) и y ( n ) – соответственно входная и выходная последовательности устройства. Если хотя бы один коэффициент зависит от переменной n , то такой фильтр такой фильтр называется параметрическим или фильтром с переменными параметрами. Если все коэффициенты являются константами, то такой фильтр называется фильтром с постоянными коэффициентами.

Передаточная функция линейного дискретного фильтра имеет вид

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.9),

который получается в результате применения z -преобразования к левой и правой частям уравнения (8.8).

Значения выходной последовательности y ( n ) определяются N значениями входного дискретного сигнала x ( n ) в моменты nT , ( n -1) T , ( n -2) T , и т.д. и M -1 значениями самого выходного дискретного сигнала в прошлые моменты ( n -1) T , ( n -2) T и т.д.

Фильтры, описываемые уравнением (8.8) называются рекурсивными.

В частном случае, при Импульсная характеристика по разностному уравнениюиз (8.8) получаем

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.10).

В этом случае значение выходного дискретного сигнала y ( n ) в любой момент nT определяется лишь значениями входного дискретного сигнала в этот же момент и N -1 его прошлыми значениями. Фильтры, описываемые уравнением (8.10) называются нерекурсивными. Передаточная функция нерекурсивного фильтра имет вид

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.11)

Как видно из уравнения (8.8), в общем случае линейный дискретный фильтр может быть реализован путем комбинации операций умножения сигнала на константу, алгебраического сложения и задержки сигнала на один интервал дискретизации T . Для условного изображения алгоритмов дискретных фильтров используются структурные схемы, на которых вышеперечисленные операции изображаются так, как показано на рис.8.3.

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Для реализации дискретных фильтров наиболее часто используются следующие формы структурных схем.

Прямая форма структурной схемы рекурсивного фильтра, представленная на рис.8.4, реализуется непосредственно по разностному уравнению (8.8) или по передаточной функции (8.9).

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Эта схема содержим один сумматор, умножители и N + M -2 элементов задержки.

В качестве примера рассмотрим реализацию в прямой форме т.н. «биквадратного блока» – фильтра второго порядка, описываемого уравнением

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.12)

или соответствующей передаточной функцией

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.13).

Прямая форма структурной схемы биквадратного блока представлена на рис.8.5.

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Прямая каноническая форма содержит минимальное число элементов задержки. Она получается если передаточную функцию рекурсивного фильтра (8.9) представить в виде

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.14),

где Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.15).

Передаточным функциям H 1 ( z ) и H 2 ( z ) соответствуют разностные уравнения

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.16).

Так как в фильтрах, реализующих H 1 ( z ) и H 2 ( z ), имеет место только задержка сигнала v ( n ), то можно использовать только один набор элементов задержки. Прямая каноническая форма структурной схемы фильтра, описываемого уравнением (8.8) или соответствующей передаточной функцией (8.9) представлена на рис.8.6.

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Она содержит минимальное число элементов задержки Импульсная характеристика по разностному уравнениюи два сумматора. В качестве примера на рис.8.7 представлена прямая каноническая форма структурной схемы биквадратного блока с передаточной функцией (8.13).

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Каскадная (последовательная) форма структурной схемы дискретного фильтра соответствует представлению передаточной фугкции (8.9) в виде произведения

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.17),

где Hl ( z ) – передаточная функция биквадратного блока

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.18),

где Импульсная характеристика по разностному уравнению.

При этом отдельные биквадратные блоки, реализующие Hl ( z ) соединяются между собой последовательно. Такое представление всегда можно получить разложением числителя и знаменателя (8.9) на сомножители первого и второго порядка. Так что возможно, что в некоторых сомножителях Hl ( z ) некоторые коэффициенты равны нулю. При этом данные сомножители реализуются более простой структурой, чем показано на рис.8.5 и рис.8.7. Кроме того, при последовательном соединении биквадратных блоков, реализованных в прямой форме (рис.8.5), может оказаться, что элементы задержки в цепи обратной связи предшествующего блока дублируют элементы задержки в прямой ветви последующего блока. Поэтому при каскадной реализации L -звенного фильтра на биквадратных блоках в прямой форме из схемы могут быть исключены 2( L -1) элементов задержки.

Параллельная форма структурной схемы рекурсивного дискретного фильтра соответствует представлению передаточной функции (8.9) в виде

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.19),

где слагаемые Hl ( z ) получаются при разложении H ( z ) на простые дроби типа

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.20)

и могут быть реализованы в виде упрощенных структур биквадратных блоков.

Прямая форма структурной схемы нерекурсивного фильтра является непосредственной реализацией передаточной функции нерекурсивного фильтра (8.11) или его разностного уравнения (8.10). Прячмая форма, представленная на рис.8.8 содержит N -1 элементов задержки, N умножителей и сумматор на N входов.

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Эту форму называют также трансверсальным фильтром или фильтром с многоотводной линией задержки.

Каскадная (последовательная) форма структурной схемы нерекурсивного фильтра соответствует представлению передаточной функции (8.11) в виде произведения

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.21),

где Импульсная характеристика по разностному уравнению

или Импульсная характеристика по разностному уравнению

Такое разложение всегда можно получить разложением H ( z ) на сомножители первого и второго порядка, каждый из которых реализуется с помощью упрощенной структуры биквадратного блока, а все составляющие блоки соединяются между собой последовательно.

Важнейшей временной характеристикой линейной дискретной системы является импульсная характеристика, под которой понимают реакцию системы h ( n ) на единичный импульс d ( n ) при нулевых начальных условиях. Импульсную характеристику можно расчитать путем решения соответствующего разностного уравнения дискретной системы.

В качестве примера вычислим импульсную характеристику дискретного линейного фильтра, описываемого разностным уравнением Импульсная характеристика по разностному уравнению. Пусть y (-1)=0, x ( n )= d ( n ). При этом y ( n ) есть h ( n ). Тогда получим

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Входной дискретный сигнал фильтра x ( n ) можно представить в виде

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.22).

Так как реакция дискретного фильтра на единичный импульс есть импульсная характеристика h ( n ), то вследствие стационарности фильтра реакцией фильтра на d ( n — m ) будет h ( n — m ). Тогда, вследтсвие линейности фильтра реакцией на вхожную последовательность x ( n ) будет

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.23).

Заменой переменных это выражение может быть приведено к виду

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.24).

При этом предполагается, что h ( n )=0 при n x ( n )=0 при n

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.25).

Последняя формула определяет реакцию линейного дискретного фильтра на произвольное входное воздействие как свертку этого входного воздействия и импульсной характеристики.

Согласно формуле (8.25) переходная характеристика линейного дискретного фильтра т.е. его реакция на единичную последовательность при нулевых начальных условиях, может быть вычислена как

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.26).

В свою очередь, очевидно, что

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.27).

Если на вход линейного дискретного фильтра подается сигнал x ( n )= d ( n ), то реакцией системы будет y ( n )= h ( n ). При этом z -преобразования обоих сигналов будут иметь вид X ( z )=1, Y ( z )= H ( z ). Тогда передаточная функция фильтра

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.28).

Это означает, что передаточная функция линейного дискретного фильтра есть ни что иное как z -преобразование импульсной характеристики. Если записать передаточную функцию в виде

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.29),

то видно, что коэффициенты bk совпадают с k -ми выборками импульсной характеристики и следовательно

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.30).

Таким образом, импульсную характеристику можно вычислить как обратное z -преобразование передаточной функции.

Фильтром с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтром) называется фильтр, у которого импульсная характеристика представляет собой конечный дискретный сигнал, т.е. может принимать отличные от нуля значения лишь при n =0, 1, …, N -1.

Фильтром с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ-фильром) называется фильтр, у которого импульсная характеристика может принимать отличные от нуля значения на бесконечном множестве значений n =0, 1, …

Нерекурсивный фильтр всегда является КИХ-фильтром, в то время как рекурсивный фильтр может быть как КИХ так и БИХ фильтром.

Линейный дискретный фильтр физически реализуем, если его выходной сигнал не опережает входного, т.е. в любой момент n выходной сигнал y ( n ) зависит лишь от значений входного сигнала в моменты, предшествующие n и не зависит от его значений в последующие моменты. Критерием физической реализуемости линейного дискретного фильтра является равенство нулю отсчетов импульсной характеристики при отрицательных значениях моментов отсчетов, т.е. h ( n )=0 при n

Фильтр называется устойчивым, если при любых начальных условиях реакция фильтра на любое ограниченное воздействие x ( n ) также ограничена, т.е. если Импульсная характеристика по разностному уравнениюдля всех n , то Импульсная характеристика по разностному уравнениютоже для всех n , причем A и B – постоянные, не зависящие от n . Из выражения (8.24) следует, что если x ( n ) – ограничено, т.е. Импульсная характеристика по разностному уравнениюдля всех n , то абсолютное значение выходного сигнала

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.31).

Значит, критерием устойчивости дискретного фильтра является абсолютная сходимость ряда отсчетов импульсной характеристики.

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.32).

Можно показать, что условие (8.32) является не только достаточным но и необходимым условием устойчивости фильтра. Однако неопсредственное использование этого условия для проверки устойчивости практически затруднено. Поэтому рассмотрим другую формулировку критерия устойчивости. Если представить передаточную функцию фильтра в общем виде (8.30), то можно сделать вывод о том, что

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.33).

Если Импульсная характеристика по разностному уравнению, то

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.34).

Это значит, что в устойчивом фильтре H ( z ) конечна во всех точках z -плоскости, где Импульсная характеристика по разностному уравнению, и, следовательно, передаточная функция H ( z ) не должна иметь особых точек полюсов при Импульсная характеристика по разностному уравнению, т.е. на и вне единичного круга z -плоскости. Таким образом, фильтр будет устойчивым только тогда, когда все полюсы H ( z ) расположены внутри единичного круга z -плоскости.

Найдем преобразования Фурье входного и выходного сигнала линейного дискретного фильтра

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.35).

Здесь суммирование производится от n =0 так как предполагается, что x ( n )=0 и y ( n )=0 при n

Частотной характеристикой дискретного фильтра называется отношение

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.36).

частотная характеристика совпадает с передаточной функцией на единичной окружности z -плоскости, т.е. при Импульсная характеристика по разностному уравнению. Поэтому для рекурсивного фильтра получим

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.37),

а для нерекурсивного фильтра

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.38).

В общем случае H ( e j w T ) – комплексная функция, которая может быть записана в виде

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.39),

где A ( w ) – модуль частотной характеристики – амплитудно-частотная характеристика (АЧХ), j ( w ) – аргумент частотной характеристики – фазочастотная характеристика (ФЧХ), R ( w )= A ( w ) cos j ( w ), J ( w )= A ( w ) sin j ( w ) – вещественная и мнимая части частотной характеристики. Производная от ФЧХ

Импульсная характеристика по разностному уравнению(8.40)

называется групповым временем замедления (ГВЗ).

Из теории дискретных систем вытекают ряд важных свойств частотных характеристик линейных дискретных фильтров.

1. Все частотные характеристики дискретных фильтров являются непрерывными периодическими функциями частоты с периодом w d =2 p / T .

2. Для вещественных фильтров, т.е. фильтров, передаточные функции которых имеют только вещественные коэффициенты, АЧХ A ( w ) и ГВЗ t ( w ) представляют собой четные функции частоты, а ФЧХ j ( w ) – нечетную функцию частоты.

Из этого следует, что требования к частотным характеристикам достаточно задавать лишь на интервале полупериода Импульсная характеристика по разностному уравнению.

Под цифровым фильтром понимают дискретный фильтр, описываемый уравнением (8.8) и реализованный программным путем с помощью микропроцессора или аппаратным путем в виде специализированного цифрового вычислительного устройства, состоящего из элементов памяти (регистров), сумматоров, умножителей и устройств управления.

Сигналы на входе и на выходе цифрового фильтра являются цифровыми, т.е. последовательностями чисел. Каждое из этих чисел представляется в виде двоичного кода определенной конечной разрядности. В цифровом фильтре в соответствии с алгоритмом (8.8) выполняются операции пересылки, сложения и умножения кодов. При этом алгоритм функционирования (8.8) реализуется неточно. Ошибки цифровой фильтрации обусловлены, во-первых, квантованием входных и выходных сигналов, во-вторых, квантованиемкоэффициентов фильтра и, в-третьих, конечной разрядностью операционных устройств, вследствие чего имеет место округление результатов арифметических операций. Таким образом, выбранная структура цифрового фильтра, разрядность входных и выходных сигналов, разрядность арифметических устройств влияют на точность работы устройства идолжны выбираться таким образом, чтобы результирующая ошибка цифрового фильтра не превышала допустимой величины.

Другим важным критерием качества цифрового фильтра является его быстродействие, определяемое минимальным временем, необходимым для вычисления одного отсчета выходного сигнала. Очевидно, что это время должно быть не больше периода дискретизации сигналов.

Цифровые фильтры могут иметь свойства как КИХ так и БИХ фильтров. В обоих случаях фильтры имеют свои преимущества и недостатки.

Преимущества КИХ фильтров:

1. КИХ фильтры могут иметь линейную ФЧХ.

2. КИХ фильтры, реализованные по нерекурсивному алгоритму всегда устойчивы.

3. Для КИХ фильтров, реализованных по нерекурсивному алгоритму шумы квантования можно сделать приемлемо малыми.

4. КИХ фильтры могут быть реализованы по рекурсивному алгоритму, если это необходимо.

Недостатки КИХ фильтров:

1. Длительность импульсной характеристики КИХ фильтра, несмотря на то, что она конечна, может оказаться достаточно большой для достижения резкого спада частотной характеристики на границе зоны пропускания.

2. Разработка КИХ фильтров более сложна чем разработка БИХ фильтров с аналогичными характеристиками.

Преимущества БИХ фильтров:

1. БИХ фильтры могут быть использованы для реализации цифровых аналогов классических видов аналоговых фильров, таких как фильтры Баттерворта, Чебышева и т.д.

2. При аналогичных характеристиках, БИХ фильтры имеют более простую реализацию по сравнению с КИХ фильтрами.

Недостатки БИХ фильтров:

1. БИХ фильтры более чувствительны к конечной разрядности вычислений, которая приводит у них к появлению колебаний т.н. «предельных циклов».

2. За исключением специального случая, когда все полюса передаточной функции лежат на единичной окружности z -плоскости, невозможно построить реализуемый стабильный БИХ фильтр, имеющий точно линейную ФЧХ.

Видео:Основы ЦОС: 24. КИХ и БИХ фильтры (ссылка на скачивание скриптов в описании)Скачать

Основы ЦОС: 24. КИХ и БИХ фильтры (ссылка на скачивание скриптов в описании)

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Цифровая обработка сигналов

Часть1 §1 Дискретизация непрерывных сигналов

Возникновение ЦОС – пятидесятые годы. В это время ЭВМ впервые стали применяться для моделирования аналоговых (непрерывных) сигналов (моделирование может быть использовано для обработки реальных сигналов). Для этого сигнал записывался на магнитную ленту и потом обрабатывался на ЭВМ. Время обработки измерялось в часах, время записи – в секундах.

В шестидесятые годы изобретен алгоритм Фурье, быстрое преобразование Фурье. В результате свертку сигнала можно было заменить произведением спекторов этих сигналов, что ускоряло обработку сигналов на несколько порядков и в результате появляется возможность обработки сигналов в реальном масштабе времени.

В семидесятые и восьмидесятые годы развитие микроэлектроники позволило запараллеливать вычислительные операции (развернуть процесс в пространстве). В результате скорость обработки сигналов резко возросла и процесс обработки сигналов стали более широкополосным. ЦОС в настоящее время применяется в различных областях техники, где она нужна.

§1 Дискретизация непрерывных сигналов.

Цифровые системы связи вырабатывают дискретные сигналы, которые получаются из непрерывных путем дискретизации.

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Импульсная характеристика по разностному уравнениюИмпульсная характеристика по разностному уравнениюИмпульсная характеристика по разностному уравнению Импульсная характеристика по разностному уравнению

fg – частота дискретизации

Т – интервал дискретизацииИмпульсная характеристика по разностному уравнению

X ( t ) – непрерывный (аналоговый) сигнал

X ( n Т) – дискретный сигнал

X ( n Т) = X ( n ) = Xn = < X 0; X 1; X 2; … > – обозначения дискретного сигнала.

Импульсная характеристика по разностному уравнению – формула связи дискретного и аналогового сигналов.

Импульсная характеристика по разностному уравнениюИмпульсная характеристика по разностному уравнению – дискретная Импульсная характеристика по разностному уравнению– функция.

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Импульсная характеристика по разностному уравнению – периодическая последовательность Импульсная характеристика по разностному уравнению– функции, следующая с интервалом T .

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Импульсная характеристика по разностному уравнению

§2 Связь спектров дискретных и непрерывных сигналов.

Пусть Импульсная характеристика по разностному уравнениюИмпульсная характеристика по разностному уравнению – спектр дискретного сигнала x ( n Т);

Импульсная характеристика по разностному уравнению ( jω ) – спектр исходного аналогового сигнала x ( t ).

Для установления связи между спектрами воспользуемся прямым преобразованием Фурье: Импульсная характеристика по разностному уравнению

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Раскладываем в ряд Фурье:

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Fl – амплитуда гармоник.

Определим Fl используя формулу связи между спектрами периодических и непериодических сигналов.

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Импульсная характеристика по разностному уравнению

В силу линейности операции в этом выражении знаки Импульсная характеристика по разностному уравнениюи Импульсная характеристика по разностному уравнениюможно поменять местами.

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Воспользуемся теоремой смещения (теорема о спектрах).

Если Импульсная характеристика по разностному уравнению, то :

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Формула связи спектров дискретного и аналогового сигналов имеет вид:

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Вывод: спектр дискретного сигнала равен сумме равно-смещенных спектров аналогового сигнала, сдвинутых на величину кратных Импульсная характеристика по разностному уравнению.

Полученный результат продемонстрируем на графиках.

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Если Импульсная характеристика по разностному уравнению, то спектр дискретного и аналогового сигналов совпадает ( X ( jω ) и Xa ( jω ) совпадают) на интервале [-0.5 ωg ;0.5 ωg ]. В результате x ( t ) аналоговый сигнал можно восстановить применением ФНЧ с частотой среза ωс=0.5ω g .

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Если ωв>0.5ω g , то смежные спектры перекрываются и возникают ошибки наложения, погрешности (не устранимые), поэтому восстановить такой сигнал можно только с искажением (искажения могут оказаться значительными).

§3 Преобразования Фурье и Лапласа для дискретных сигналов.

Формула Фурье для дискретного сигнала:

Импульсная характеристика по разностному уравнениюИмпульсная характеристика по разностному уравнению – прямое преобразование Фурье.

Импульсная характеристика по разностному уравнению – обратное преобразование Фурье.

Сигнал x ( nT ) нормирован по отношению к X . Импульсная характеристика по разностному уравнению

После денормирования сигнала формулу записываем в виде:

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Импульсная характеристика по разностному уравнению
Импульсная характеристика по разностному уравнению

Устремляем T к нулю. Если Импульсная характеристика по разностному уравнению, то T вырождается в непрерывную переменную Импульсная характеристика по разностному уравнению

Денормированные формулы прямого и обратного преобразования Фурье для непрерывных сигналов:

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Это доказывает справедливость формулы Фурье для дискретного сигнала. Переменную ω можно распространить на всю плоскость комплексного переменного: Импульсная характеристика по разностному уравнениюИмпульсная характеристика по разностному уравнению , и тогда формулы Фурье для дискретного сигнала заменяются формулами Лапласа.

Импульсная характеристика по разностному уравнениюИмпульсная характеристика по разностному уравнению

Импульсная характеристика по разностному уравнению – прямое преобразование.

Импульсная характеристика по разностному уравнению – обратное преобразование.

§4 Z – преобразования.

Изображение по Лапласу дискретных сигналов X ( p ) является функцией трансцендентной, что значительно затрудняет частотный анализ дискретных сигналов. Переменную p , находящуюся в показателе экспоненты, заменяют:

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Импульсная характеристика по разностному уравнению X ( p ) заменяется на рациональную функцию, что упрощает частотный анализ.

X ( Z ) – Z -изображение дискретного сигнала x ( nT ).

Если в формулах Лапласа сделать замену:

Импульсная характеристика по разностному уравнению

В результате получаем формулы Z -преобразования:

Импульсная характеристика по разностному уравнению – прямое Z -преобразование.

Импульсная характеристика по разностному уравнению – обратное Z -преобразование.

Рассмотрим особенности перехода от плоскости комплексного переменного p = σ + jω к плоскости комплексного переменного Z = x + jy .

Импульсная характеристика по разностному уравнению , пусть σ=0, т.е. p = jω тогда: Импульсная характеристика по разностному уравнению

где Импульсная характеристика по разностному уравнению

Если ω=0.5ω g , то Импульсная характеристика по разностному уравнению .

Если ω = ωg , то Импульсная характеристика по разностному уравнению.

При увеличении переменной ω, переменная Z осуществляет многократное перемещение по единичной окружности.

По изображению X ( Z ) можно получить спектр дискретного сигнала, для этого вместо Z надо подставить:

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Импульсная характеристика по разностному уравнению

Точкам в левой полуплоскости комплексного переменного p соответствуют значения переменной внутри единичного круга на плоскости Z .

🎦 Видео

Основы ЦОС: 18. Преобразование Фурье (ссылки на скачивание скриптов в описании)Скачать

Основы ЦОС: 18. Преобразование Фурье (ссылки на скачивание скриптов в описании)

С чего начать цифровые фильтрыСкачать

С чего начать цифровые фильтры

Основы ЦОС: 22. АЧХ и ФЧХ (ссылки на скачивание скриптов в описании)Скачать

Основы ЦОС: 22. АЧХ и ФЧХ (ссылки на скачивание скриптов в описании)

Основы ЦОС: 23. Цифровые фильтры (ссылка на скачивание скриптов в описании)Скачать

Основы ЦОС: 23. Цифровые фильтры (ссылка на скачивание скриптов в описании)

Цифровые фильтры - основы, принципы, примерыСкачать

Цифровые фильтры - основы, принципы, примеры

Идеальный газ в молекулярно-кинетической теории | Физика 10 класс #28 | ИнфоурокСкачать

Идеальный газ в молекулярно-кинетической теории | Физика 10 класс #28 | Инфоурок

✓ Обратная функция | матан #024 | Борис ТрушинСкачать

✓ Обратная функция | матан #024 | Борис Трушин

Обратная функция. 10 класс.Скачать

Обратная функция. 10 класс.

ЦОС 4 Цифровые фильтры БИХ и КИХСкачать

ЦОС 4 Цифровые фильтры БИХ и КИХ

Идеальный газ. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов. 10 класс.Скачать

Идеальный газ. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов. 10 класс.

Введение в цифровую обработку сигналов. Ч. 3. Цифровые фильтры Ч.4. Цифровая обработка сигналов и MLСкачать

Введение в цифровую обработку сигналов. Ч. 3. Цифровые фильтры Ч.4. Цифровая обработка сигналов и ML

ЦОС в РЗиА. Цифровые фильтры Часть 1. Банных П. Ю.Скачать

ЦОС в РЗиА.  Цифровые фильтры  Часть 1.  Банных П. Ю.

Семинар по ЦОС: Проектирование КИХ-фильтраСкачать

Семинар по ЦОС: Проектирование КИХ-фильтра

Семинар по ЦОС: Проектирование КИХ-фильтра с помощью FilterDesignerСкачать

Семинар по ЦОС: Проектирование КИХ-фильтра с помощью FilterDesigner

Теория автоматического управления. Лекция 5. Дискретные САУ. Свойства передаточных функций ДСАУСкачать

Теория автоматического управления. Лекция 5. Дискретные САУ. Свойства передаточных функций ДСАУ

цос п2Скачать

цос п2
Поделиться или сохранить к себе: