TIDSDISKRETA SYSTEM SYSTEMEGENSKAPER. Minne Kausalitet Tidsinvarians. Linjäritet Inverterbarhet Stabilitet. System. Tillämpad Fysik och Elektronik 1

Relevanta dokument
DIGITALA FILTER. Tillämpad Fysik Och Elektronik 1. Frekvensfunktioner FREKVENSSVAR FÖR ETT TIDSDISKRET SYSTEM. x(n)= Asin(Ωn)

DIGITALA FILTER DIGITALA FILTER. Tillämpad Fysik Och Elektronik 1

SYSTEM. Tillämpad Fysik Och Elektronik 1 SYSTEMEGENSKAPER. Minne Kausalitet Tidsinvarians. Linjäritet Inverterbarhet Stabilitet. System.

Spektrala Transformer

System. Z-transformen. Staffan Grundberg. 8 februari 2016

DT1130 Spektrala transformer Tentamen

Impulssvaret Betecknas h(t) respektive h(n). Impulssvaret beskriver hur ett system reagerar

Tentamen i TMA 982 Linjära System och Transformer VV-salar, 27 aug 2013, kl

Digitala filter. FIR Finit Impulse Response. Digitala filter. Digitala filter. Digitala filter

1. Vi har givet två impulssvar enligt nedan (pilen under sekvenserna indikerar den position där n=0) h 1 (n) = [ ]

FÖRELÄSNING 13: Analoga o p. 1 Digitala filter. Kausalitet. Stabilitet. Ex) på användning av analoga p. 2 filter = tidskontinuerliga filter

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Sammanfattning av föreläsningarna 15-18, 30/11-12/

Resttentamen i Signaler och System Måndagen den 11.januari 2010, kl 14-19

Laplace, Fourier och resten varför alla dessa transformer?

Exempelsamling Grundläggande systemmodeller. Klas Nordberg Computer Vision Laboratory Department of Electrical Engineering Linköping University

Kan vi beskriva ett system utan någon fysikalisk kännedom om systemet?

LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA Institutionen för Elektro- och Informationsteknik

Exempelsamling Grundläggande systemmodeller. Klas Nordberg Computer Vision Laboratory Department of Electrical Engineering Linköping University

Laboration i tidsdiskreta system

DT1130 Spektrala transformer Tentamen

RÄKNEEXEMPEL FÖRELÄSNINGAR Signaler&System del 2

Tentamen ssy080 Transformer, Signaler och System, D3

LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA Inst. for Elektro- och Informationsteknik. SIGNALBEHANDLING I MULTIMEDIA, ETI265 Inlämningsuppgift 1 (av 2), Task 1 (out of 2)

Implementering av digitala filter

GRUNDKURS I SIGNALBEHANDLING (454300), 5sp Tentamen

Laplace, Fourier och resten varför alla dessa transformer?

Innehåll. Innehåll. sida i

Miniräknare, formelsamling i signalbehandling.

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 5

DT1120/DT1130 Spektrala transformer Tentamen

TSDT15 Signaler och System

DT1130 Spektrala transformer Tentamen

Elektronik 2018 EITA35

Föreläsning 10, Egenskaper hos tidsdiskreta system

LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA Inst. för Elektro- och Informationsteknik

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet KÅRA T1 T2 U2 U4

TSDT08 Signaler och System I Extra uppgifter

Övningsuppgifter. Digital Signal Processing. Övningar med svar och lösningar. Mikael Swartling Nedelko Grbic Bengt Mandersson. rev.

Kompletterande räkneuppgifter i Spektrala Transformer Komplex analys, sampling, kvantisering, serier och filter Laura Enflo & Giampiero Salvi

Diskreta signaler och system

Miniräknare och en valfri formelsamling i signalbehandling eller matematik. Allowed items: calculator, DSP and mathematical tables of formulas

TSDT18/84 SigSys Kap 4 Laplacetransformanalys av tidskontinuerliga system. De flesta begränsade insignaler ger upphov till begränsade utsignaler

( ), så kan du lika gärna skriva H ( ω )! ( ) eftersom boken går igenom laplacetransformen före

Introduktion Digitala filter. Filter. Staffan Grundberg. 12 maj 2016

Kompletterande material till föreläsning 5 TSDT08 Signaler och System I. Erik G. Larsson LiU/ISY/Kommunikationssystem

DT1130 Spektrala transformer Tentamen

Miniräknare och en valfri formelsamling i signalbehandling eller matematik. Allowed items: calculator, DSP and mathematical tables of formulas

Tentamen i ESS 010 Signaler och System E3 V-sektionen, 16 augusti 2005, kl

Digital Signalbehandling i Audio/Video

Vad gör vi när vi bara har en mätserie och ingen elegant matematisk funktion? Spektrum av en samplad signal. Trunkering i tiden

Signal- och bildbehandling TSBB03

Föreläsning 8, Introduktion till tidsdiskret reglering, Z-transfomer, Överföringsfunktioner

Signal- och bildbehandling TSBB03

Spektrala Transformer

Signal- och bildbehandling TSBB14

Kryssproblem (redovisningsuppgifter).

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet G33(1) TER4(63)

i(t) C i(t) = dq(t) dt = C dy(t) dt y(t) + (4)

Signal- och bildbehandling TSEA70

Signal- och bildbehandling TSBB14

REGLERTEKNIK Laboration 5

Lösningar till Övningsuppgifter

2F1120 Spektrala transformer för Media Tentamen

Passiva filter. Laboration i Elektronik E151. Tillämpad fysik och elektronik UMEÅ UNIVERSITET Ulf Holmgren. Ej godkänd. Godkänd

Spektrala Transformer

LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA Inst. for Elektro- och Informationsteknik

Signal- och bildbehandling TSBB03, TSBB14

Digital signalbehandling Digitalt Ljud

Tillämpad Fysik Och Elektronik 1

6. Stabilitet. 6. Stabilitet

FÖRELÄSNING 13: Tidsdiskreta system. Kausalitet. Stabilitet. Egenskaper hos ett linjärt, tidsinvariant system (LTI)

Övningar med Digitala Filter med exempel på konstruktion och analys i MatLab

Reglerteknik AK. Tentamen 24 oktober 2016 kl 8-13

A

Signal- och bildbehandling TSBB14

Ämnesområde Hörselvetenskap A Kurs Signalteori, 7,5 hp Kurskod: HÖ1007 Tentamenstillfälle

Välkomna till Reglerteknik Föreläsning 2

Tentamen i Reglerteknik. 7,5 hp varav tentamen ger 4,5 hp

AKTIVA FILTER. Laboration E42 ELEKTRO. UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Sverker Johansson Rev 1.0.

6. Stabilitet. 6. Stabilitet. 6. Stabilitet. 6.1 Stabilitetsdefinitioner. 6. Stabilitet. 6.2 Poler och stabilitet. 6.1 Stabilitetsdefinitioner

Sammanfattning TSBB16

Introduktion till Digitala filter

62n 105n) c) cos(3πn) d) sin(3n) e) sin(π. 1.8 Ett analogt elektrokardiogram (EKG) innehåller frekvenser upp till 100 Hz.

Digital Signalbehandling

Signal- och bildbehandling TSBB03

Frekvensplanet och Bode-diagram. Frekvensanalys

ÖVNINGSTENTAMEN Modellering av dynamiska system 5hp

Laborationsprojekt i digital ljudsyntes

Tentamen ssy080 Transformer, Signaler och System, D3

Filter. Mätteknik. Ville Jalkanen, TFE, UmU. 1

Signal- och bildbehandling TSEA70

Vad gör vi när vi bara har en mätserie och ingen elegant matematisk funktion?

Signal- och bildbehandling TSBB14

Reglerteknik I: F6. Bodediagram, Nyquistkriteriet. Dave Zachariah. Inst. Informationsteknologi, Avd. Systemteknik

Reglerteknik. Kurskod: IE1304. Datum: 12/ Tid: Examinator: Leif Lindbäck ( )

Syntes av digitala filter

Miniräknare och formelsamling i signalbehandling. [Allowed items on exam: calculator and DSP table of formulas ]

Reglerteknik I: F2. Överföringsfunktionen, poler och stabilitet. Dave Zachariah. Inst. Informationsteknologi, Avd. Systemteknik

REGLERTEKNIK Laboration 4

LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA Inst. för Elektro- och Informationsteknik

Transkript:

TIDSDISKRETA SYSTEM TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 1 SYSTEMEGENSKAPER x[n] System y[n] Minne Kausalitet Tidsinvarians Linjäritet Inverterbarhet Stabilitet TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 2 Tillämpad Fysik och Elektronik 1

Minne. Ex. System utan minne Ex. System med minne y[n] = k*x[n] y[n] = kx[n] + k 2 x[n-1] Kausalitet. y[n] bildas enbart av nuvarande och tidigare värden på x (Ex. x[n], x[n-1], x[n-2], osv). Tidsinvarians. Test: Om x[n] y[n] och x[n-n 0 ] y[n-n 0 ] så är systemet tidsinvariant TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 3 EXEMPEL Är följande system systemet linjärt? Systemekvation: y[n] = x[n+1] - x[n-1] x 1 [n] y 1 [n] = x 1 [n+1] - x 1 [n-1] x 2 [n] y 2 [n] = x 2 [n+1] - x 2 [n-1] x 3 [n] y 3 [n] = x 3 [n+1] - x 3 [n-1] TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 4 Tillämpad Fysik och Elektronik 2

STABILITET Ett system sägs vara BIBO*-stabilt om och endast om alla begränsade insignaler resulterar i en begränsad utsignal * BIBO, Bounded input - bounded output TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 5 IMPULSSVAR Ett LTI-systems impulssvar h är systemets utsignal för en impulsformad insignal δ vid n=0. LTI-system Tidsdiskret: δ[n] 1 h[n] n n TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 6 Tillämpad Fysik och Elektronik 3

FALTNING (TIDSDISKRET) x[n] LTI-system y[n] Tidsdiskret: x[n] är en godtycklig signal och δ [n] är en enhetspuls. TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 7 0 x[n] = 0 0 0 0 0 0 x[-4]δ[n+4] + x[-3]δ[n+3] + x[-2]δ[n+2] + x[-1]δ[n+1] + x[0]δ[n] + x[1]δ[n-1] + TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 8 Tillämpad Fysik och Elektronik 4

Vi inför H som systemets påverkan av insignalen TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 9 EXEMPEL. x[n] LTI-system y[n] x[0]=1 x[1]=1 x[2]=1 x[n]=0 f.ö. h[1]=1 h[2]=1.5 h[3]=2 h[n]=0 f.ö. Beräkna utsignalssekvensen y[n] för den givna insignalssekvensen x[n] då impulssvaret är h[n]. TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 10 Tillämpad Fysik och Elektronik 5

2 1 x[n] 2 1 h[n] n n 2 1 x[k] k 2 1 h[-k] k h[n-k] n-3 n-2 n-1 n TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 11 2 1 x[k] k 2 1 x[k] k h[1-k] h[2-k] -2-1 0 1 2 k -2-1 0 1 2 k TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 12 Tillämpad Fysik och Elektronik 6

På samma sätt fås övriga y[n]. y[1]=1 y[2]=2.5 y[3]=4.5 y[4]=3.5 y[5]=2 y[n]=0 om n<1 eller n>5 y[n] 1 n TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 13 Kan naturligtvis även utföras med MATLAB: n= 0:5; x=[1 1 1]; h=[0 1 1.5 2]; y=conv(x,h); stem(n,y); 5 4 3 2 1 0 0 1 2 3 4 5 TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 14 Tillämpad Fysik och Elektronik 7

KAUSALA SYSTEM Ett system vars utsignal endast beror på nuvarande och tidigare insignaler (inga framtida) sägs vara kausalt. TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 15 STABILA SYSTEM Ett system är stabilt om en begränsad insignal alltid ger en begränsad utsignal (BIBO). TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 16 Tillämpad Fysik och Elektronik 8

BLOCKDIAGRAM Sammankoppling av tre grundläggande operationer: Skalär multiplikation. y[n]=cx[n] Addition. y[n]=x[n]+u[n] Tidsshift y[n]=x[n-1] TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 17 Multiplikation: x[n] c y[n]=cx[n] Addition: x[n] Σ y[n]=x[n]+u[n] u(t) u[n] Fördröjning: x[n] D y[n]=x[n-1] TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 18 Tillämpad Fysik och Elektronik 9

EXEMPEL BLOCKDIAGRAM y[n]+0.5 y[n-2]= x[n-1]- 0.2x[n-2]=w[n] y[n]=-0.5 y[n-2]+ w[n] x[n] D w[n] Σ y[n] x[n-1] x[n-2] D 1-0.2 Σ -0.5 y[n-2] D D y[n-1] TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 19 Z-TRANSFORMEN Z-transformen passar digitala system. Har egenskaper som linjäritet m.m. Kan i vissa fall visa om ett system är stabilt eller inte. hyggligt lätt att använda... TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 20 Tillämpad Fysik och Elektronik 10

Allmän linjär differensekvation: Def. av Z-transform: TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 21 Med Z-transformen kan man uttrycka insignaler och utsignaler, t.ex. X(z) resp. Y(z), eller överförings-funktioner H(z) Systemsambandet mellan insignalen X(z) och utsignalen Y(z) är enkelt: Y(z) = H(z)X(z) TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 22 Tillämpad Fysik och Elektronik 11

Z-TRANSFORMERING. Det finns två olika sätt att transformera dvs. beräkna X(z) från x[n] Man tar uttrycket för transformen ur en tabell. Man beräknar uttrycket med hjälp av definitionen av z-transformen. TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 23 ATT TRANSFORMERA MED TABELL. Ex. Beräkna transformen X(z) då x[n] är ett enhetssteg x[n] = q[n] Lösning ur tabell TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 24 Tillämpad Fysik och Elektronik 12

Ex. Beräkna transformen X(z) då x[n] är ett fördröjt enhetssteg x[n] = u[n-1] Lösning: Kombinera tidigare exempel med satsen om fördröjning TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 25 Lägg märke till att en fördröjning (1 steg) blir en mutiplikation med faktorn z -1. x[n] D x[n-1] X(z) z -1 z -1 X[z] TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 26 Tillämpad Fysik och Elektronik 13

Ex. Beräkna transformen X(z) då x[n] är signalen: x[n] 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 1 2 3 4 n 5 6 7 8 TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 27 Lösning: Kombinera satsen om fördröjning x[n-k] med satsen om linjäritet ax[n] + by[n] Det ger: TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 28 Tillämpad Fysik och Elektronik 14

ATT TRANSFORMERA MED FORMEL. Definition för z-transformen: Ex. z-transformera signalen: x[n] = 1, 2, 3, 0, 0,.. (x[0] = 1) övriga x[n] = 0 TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 29 Sätt in värden för x[n] i definitionen TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 30 Tillämpad Fysik och Elektronik 15

Z-TRANSFORMEN AV EN ENHETSPULS TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 31 Z-TRANSFORMEN AV EN STEGFUNKTION summa för geometrisk talserie. TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 32 Tillämpad Fysik och Elektronik 16

INVERSTRANSFORMERING Normal arbetsgång är att partialbråksuppdela uttrycket för z-transformen och därefter identifiera standard -uttryck ur tabeller Ex. Inverstransformera uttrycket: TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 33 Partialbråksuppdelning ger: Identifiering ut tabell ger: TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 34 Tillämpad Fysik och Elektronik 17

Man kan i vissa fall få helt andra uttryck, som beskriver samma signal. Om man tar uttrycket: TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 35 Då man bryter ut z -1 och partialbråksuppdelar får man ett annat uttryck. Detta ger då givetvis en annan transform: Det innebär att dessa uttryck motsvarar samma signal. Detta är bra att veta, då man jämför den egna lösningen med facit. TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 36 Tillämpad Fysik och Elektronik 18

SAMBAND MELLAN INSIGNALER OCH UTSIGNALER Vi har ett system, som innehåller ett fördröjnings-element och en tapp för återkoppling: x[n] Σ S y[n] = x[n-1]+0,5y[n-1] 0,5y[n] 0,5 TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 37 Motsvarande schema ritad med z-transformen för in och ut-signalerna X(z) Σ z -1 Y(z) = z -1 (X(z)+0,5Y(z)) 0,5Y(z) 0,5 TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 38 Tillämpad Fysik och Elektronik 19

TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 39 Det återkopplade systemet kan alltså ersättas med: X(z) H(z) Y(z) Överföringsfunktionen TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 40 Tillämpad Fysik och Elektronik 20

Ex. Beräkna impulssvaret för detta system! TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 41 Man kan beräkna utsignalen y[n] på tre olika sätt: 1. Med hjälp av differensekvationen. Mata in en etta x[0]=1 och räkna på steg för steg. 2. Faltning. Då måste man först beräkna h[n] 3. Invers z-transformation TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 42 Tillämpad Fysik och Elektronik 21

STABILITETSREGEL I TIDSDISKRETA FALLET Ett LTI system H(z)=B(z)/A(z) är stabilt om systemets poler, dvs nollställen till polynomet A(z), ligger inom enhetscirkeln i komplexa planet j Stabilt -1 +1 TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 43 -j Frekvensfunktioner x(n)= Asin(Ωn) y(n) H(z) TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 44 Tillämpad Fysik och Elektronik 22

NORMERAD VINKELFREKVENS OBS! Ω kallas för den normerade vinkelfrekvensen. Då antas samplingsfrekvensen vara = 1 Hz nyquistfrekvensen är 0.5 Hz och nyquistvinkelfrekvensen = π rad/s Alltså - π< Ω< π TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 45 Vad händer om vi har en samplingsfrekvens f samp =1000 Hz? Svar: Använd normerad vinkelfrekvens som vanligt och korrigera på slutet. Exempel: Vårt tidsdiskreta filter har ett max för Ω=π/4 Det svarar då mot frekvensen f = f samp *Ω/2 π =125 Hz TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 46 Tillämpad Fysik och Elektronik 23

FREKVENSSVAR FÖR ETT TIDSDISKRET SYSTEM Impulssvaret h[n] är givet som TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 47 1.5 1 0.5 -π 1 0 π Ω Låga frekvenser dämpas. Högpass-filter! 0-1 -π 0 π Ω TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 48 Tillämpad Fysik och Elektronik 24

STABILITETSREGEL I TIDSDISKRETA FALLET Ett LTI system H(z)=B(z)/A(z) är stabilt om systemets poler, dvs nollställen till polynomet A(z), ligger inom j enhetscirkeln i komplexa planet Stabilt -1 +1 -j TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 49 KOMPLEXA POLER Poler utanför reella axeln är alltid komplexkonjugerade j x -1 +1 -j x TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 50 Tillämpad Fysik och Elektronik 25

POLERNAS BELOPP OCH ARGUMENT zp = Re jω0 j Ω0 ger resonsvinkelfrekvens R resonansens styrka R x Ω0-1 +1 -j x TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 51 abs(h) Ω0 π/2 π ω TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 52 Tillämpad Fysik och Elektronik 26

DIGITALA FILTER Digitala filter förekommer t.ex.: I Photoshop och andra PC-programvaror som filtrerar. I apparater med signalprocessorer, t.ex. mobiltelefoner, bärbara CD-spelare m.m. TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 53 DIGITALA FILTER Man kan filtrera för att nå ett flertal olika ändamål. För ljud kan man tänka sig: Eko Vibrato Körsimulering Lågpassfiltrering Distordering Transformering (växla frekvens) TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 54 Tillämpad Fysik och Elektronik 27

DIGITALA FILTER Det finns två olika typer av linjära digitala filter FIR - icke rekursivt filter, FIR = Finite Impulse Response IIR - rekursivt filter, IIR = Infinite Impulse Response TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 55 FIR - FILTER Ett FIR-filter med N st tappar har matematiska uttrycket Överföringsfunktionen blir: TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 56 Tillämpad Fysik och Elektronik 28

FIR - filter x[n] Ett FIR-filter med tre tappar: h[0] y[n] S Z -1 Z -1 Z -1 h[1] h[2] h[3] S S S TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 57 FIR - FILTER Ett FIR-filter har ändlig impulsrespons. Om man skickar in en enhetspuls, blir utsignalen noll efter N antal klockcykler. De är på grund av detta stabila. De är faslinjära. Alla frekvenskomponenter har samma tidsfördröjning. TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 58 Tillämpad Fysik och Elektronik 29

EXEMPEL. MEDELVÄRDESFILTER (FIR) Utsignalen från filtret skall vara medelvärdet av de tre senaste insignalerna Överföringsfunktionen: TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 59 Impulssvar: Utsignalen blir noll efter ett ändligt antal steg ( = 3) TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 60 Tillämpad Fysik och Elektronik 30

Stegsvar: TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 61 Frekvensegenskaper: LP-filter! (i detta exempel) TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 62 Tillämpad Fysik och Elektronik 31

IIR-FILTER Ett IIR-filter har ett matematiskt uttryck: Filtrets överföringsfunktion med tre tappar TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 63 IIR-FILTER x[n] b[0] S y[n] Z -1 b[1] S a[1] Z -1 Z -1 b[2] S a[2] Z -1 Z -1 b[3] S a[3] Z -1 TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 64 Tillämpad Fysik och Elektronik 32

IIR-FILTER Avsevärt mer effektiva om man ser på beräkningstider för filtret Stabiliteten kan vara sämre än för FIR De är inte faslinjära som FIR-filter IIR har poler. Dessa avgör stabiliteten. TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 65 EXEMPEL IIR-FILTER Vi gör en negativ återkoppling av halva föregående utsignal. Överföringsfunktion TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 66 Tillämpad Fysik och Elektronik 33

Impulssvar: Utsignalen avtar (filtret är stabilt). Utsignalen når dock exakt noll först efter ett oändligt antal steg. TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 67 Stegsvar: TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 68 Tillämpad Fysik och Elektronik 34

Frekvenssvarssvar: HP-filter! (i detta exempel) TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 69 FILTERDESIGN I MATLAB (FDATOOL) I Matlab finns ett grafiskt användargränssnitt för design och analys av filter. Verktyget startas genom att skriva fdatool i Matlab. TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 70 Tillämpad Fysik och Elektronik 35

EXEMPEL: DESIGN AV LÅGPASSFILTER I det grafiska användargränssnittet fdatool väljer man typen av filter, t ex lågpass-, högpass-, bandpass- eller bandstoppfilter. I detta fall väljs lågpassfilter. Därefter väljs designmetod (FIR eller IIR). I detta fall väljs FIR. TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 71 EXEMPEL: DESIGN AV LÅGPASSFILTER Därefter väljs filtrets ordning. Man kan välja att låta programmet finna det filter med lägst ordning som uppfyller de uppställda kriterierna. Därefter ges samplingsfrekvens, övre gräns för passbandet samt undre gräns för stoppbandet. TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 72 Tillämpad Fysik och Elektronik 36

EXEMPEL: DESIGN AV LÅGPASSFILTER Därefter ges maximalt rippel i passbandet samt dämpningen i stopbandet. 0 Mag (db) f (Hz) TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 73 EXEMPEL: DESIGN AV LÅGPASSFILTER När all nödvändig information om filtret är given kan filtret designas. Filtret kan analyseras i det grafiska användargränssnittet. Bland annat kan grafer över överföringsfunktionens belopp och fas göras. Filterkoefficienterna kan även exporteras till Matlab. TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 74 Tillämpad Fysik och Elektronik 37