Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






  • Сервис онлайн-записи на собственном Telegram-боте
    Тот, кто работает в сфере услуг, знает — без ведения записи клиентов никуда. Мало того, что нужно видеть свое расписание, но и напоминать клиентам о визитах тоже. Нашли самый бюджетный и оптимальный вариант: сервис VisitTime.
    Для новых пользователей первый месяц бесплатно.
    Чат-бот для мастеров и специалистов, который упрощает ведение записей:
    Сам записывает клиентов и напоминает им о визите;
    Персонализирует скидки, чаевые, кэшбэк и предоплаты;
    Увеличивает доходимость и помогает больше зарабатывать;
    Начать пользоваться сервисом
  • Теоретичні відомості. Лінійні цифрові фільтри (ЛЦФ) - це лінійні дискретні схеми, призначені для обробки дискретних сигналів в дискретній формі






     

    Лінійні цифрові фільтри (ЛЦФ) - це лінійні дискретні схеми, призначені для обробки дискретних сигналів в дискретній формі. Модель ЛЦФ може бути представлена у вигляді різністного рівняння або у графічній формі у вигляді структурної схеми. Властивості ЛЦФ можуть бути описані за допомогою передавальної функції, а також за допомогою імпульсної або перехідної характеристик.

    Різністні рівняння - це аналог диференціальних рівнянь, які є математичними моделями аналогових схем, складених з LCR-елементів. Різницеве рівняння зазвичай отримують шляхом алгебраїзації| диференціального рівняння аналогового прототипу цифрового фільтру. Алгебраїзация - це перетворення диференціального рівняння в рівняння алгебри (різницеве) в результаті застосування того або іншого чисельного методу рішення диференціальних рівнянь. Наприклад, для RC-кола на рис.2.3, що є простим фільтром низьких частот, диференціальне рівняння має наступний вигляд:

    , (6.1)

    де - вхідний сигнал, - постійна часу кола.

    Перетворимо це диференціальне рівняння в різністне, наприклад, за допомогою явного методу Ейлера. Відповідно до цього методу диференціальне рівняння вигляду

    (6.2)

    приблизно замінюється різницевим рівнянням

    . (6.3)

    Тут використана проста апроксимація похідної кінцевими різницями:

    , (6.4)

    де , – дискретні значення функції для моментів часу і - крок дискретизації. Права частина диференціального рівняння (6.2) береться для моменту часу .

    Перетворивши (6.1) на підставі (6.3), отримаємо різністне рівняння ЛЦФ, відповідне даному RC-колу:

    . (6.5)

    Тут використано позначення: .

    Явний метод Ейлера має обмеження на величину кроку . Для даного RC-кола крок вибирається з умови .

    Різністне рівняння повинне бути доповнене початковими умовами. Для рівняння (6.5) початкова умова при нульових початкових умов задається у вигляді .

    Рішення різністних рівнянь виконується рекурсивно, крок за кроком. Наприклад, рішення рівняння (6.5) за нульових початкових умов представляється у вигляді послідовності наступних кроків:

    (6.6)

    По різницевому рівнянню ЛЦФ можна скласти його структурну схему і, навпаки, по структурній схемі фільтру можна отримати різністне рівняння. При побудові структурних схем ЛЦФ зазвичай використовуються наступні базові елементи:

     


    - суматор ;

     

     
     


    - підсилювач (α > 1) або ослаблювач (α < 1) ;


    - ланка запізнювання .

     

    З використанням даних базових елементів структурна схема ЛЦФ, складена по різністному рівнянню (6.5), має вигляд, показаний на рис. 6.1.

     

     
     

     


    Рисунок 6.1

     

    Для складання передавальних функцій ЛЦФ використовується z-перетворення, що є різновидом дискретного перетворення Лапласа. Передавальна функція ЛЦФ – це відношення z-зображення вихідного сигналу фільтру до z-зображення вхідного сигналу :

    . (6.6)

    Для отримання z-зображення до дискретного сигналу

    (6.7)

    застосовують перетворення Лапласа:

    . (6.8)

    Тут - дельта - функція Дирака.

    Потім оператора замінюють оператором z і отримують формулу прямого z-перетворення:

    . (6.9)

    Відзначимо, що заміна в перетворенні Лапласа комплексної частоти p змінної z, здійснює відображення лівої напівплощини комплексної площини за змінною p у середину круга одиничного радіусу, розташованого в центрі на комплексній площині за змінною z.

    Ряд (6.7) є ряд Лорана, тому по теоремі Коші формула зворотного z-перетворення набуває наступного вигляду:

    . (6.10)

    Інтеграція тут проводиться по контуру ξ, що охоплює все p полюсів функції .

    Алгоритм аналізу ЛЦФ за допомогою z-перетворення включає наступні етапи.

    1. Знаходження z-зображення вхідного дискретного сигналу :

    . (6.11)

    1. Складання передавальної функції ЛЦФ.
    2. Знаходження z-зображення вихідного дискретного сигналу:

    . (6.12)

    1. Знаходження вихідного дискретного сигналу по його z-зображенню :

    . (6.13)

    Тут Z, Z-1 – оператори прямого і зворотного z-перетворення.

    При складанні передавальної функції ЛЦФ по передавальній функції аналогового прототипу використовуються різні апроксимації оператора p оператором . При лінійному перетворенні має місце наступна апроксимація:

    . (6.14)

    При білінійному перетворенні:

    . (6.15)

    Ці співвідношення отримані в результаті розкладання експоненти у степінний ряд, представлений першими двома членами:

    . (6.16)

    Наприклад, RC-коло на рис. 2.3 з передавальною функцією

    (6.17)

    у разі лінійного перетворення (6.14) відповідатиме ЛЦФ з передавальною функцією

    , (6.18)

    де , .

    По передавальній функції і зображенню вхідного сигналу можна скласти z-зображення різністного рівняння. Наприклад, для передавальної функції (6.18) в результаті множення лівої і правої частин виразу (6.12) на знаменник можна отримати:

    . (6.19)

    Цьому рівнянню алгебри з урахуванням теореми запізнювання:

    (6.20)

    відповідатиме різністне рівняння даного ЛЦФ:

    . (6.21)

    Імпульсна характеристика ЛЦФ визначається по співвідношенню:

    . (6.22)

    Наприклад, імпульсна характеристика ЛЦФ з передавальної функції (6.18) може бути отримана з рішення наступного різністного рівняння:

    , (6.23)

    де

    По відомій імпульсній характеристиці за допомогою інтеграла згортки обчислюється реакція ЛЦФ на вхідний сигнал :

    . (6.24)

    Перехідна характеристика ЛЦФ визначається по співвідношенню:

    . (6.25)

    Тут - зображення дискретної одиничної ступінчастої функції.

     






    © 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
    Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
    Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.