Dlaczego taki przedmiot na „Automatyce i systemach sterowania”

1. Dlaczego taki przedmiot na „Automatyce i systemach sterowania” Halo świecie! Komputer Systemy czasu rzeczywistego są systemami, które oddziałują wzajemnie z „rzeczywistym światem” “Świat rzeczywisty”

2. Dwie podstawowe klasy Sterownik Wykonać Pomierzyć Proces Systemy sterowania oddziałują na procesy np. fizyczne Przetwarzanie Wyjście Wejście Systemy przetwarzania sygnałów przetwarzają i wytwarzają sygnały w czasie

3. Systemy sterowania • Pralka • Silnik samochodowy i układ hamulcowy • Roboty • Rafineria nafty

4. Systemy przetwarzania sygnałów • Studio nagrań cyfrowych • Komunikacja satelitarna • Kompresja obrazów video • Rozpoznawanie obrazów • Animacje filmowe

5. Modele… W inżynierii, pracujemy dużo z modelami , które pozbawione są nieistotnych szczegółów i można nimi „manipulować” w sposób w jaki nie można tego robić z obiektami rzeczywistymi

6. Sygnały Przykład 1 – napięcie na wyjściu mikrofonu dla słowa „car”: Napięcie mikrofonu [mV]  Sygnał – ciągły w czasie, ciągły w wartości (napięcie mikrofonu)  Czas – zmienna niezależna Czas [ms]  Napięcie mikrofonu – zmienna zależna

7. Przykład 2 – zmiana temperatury ściany budynku o grubości 15 [cm] przy skokowej zmianie temperatury zewnętrznej o 10[K]: Zmiana temperatury [K] Położenie [m]  Sygnał - ciągły w czasie i położeniu, ciągły w wartości (temperatura)  Położenie w ścianie, czas – zmienne niezależne  Temperatura ściany – zmienna zależna

8. Przykład 3 – wartość indeksu giełdowego w pewnym okresie Wartość indeksu [-] Czas [tygodnie]  Sygnał - dyskretny w czasie, ciągły w wartości (wartość indeksu)  Czas – zmienna niezależna  Wartość indeksu – zmienna zależna

9. Przykład 4 – oceny z teorii systemów w pewnym uniwersytecie Liczba ocen [-] Ocena[-]  Sygnał - dyskretny w skali ocen, dyskretny w wartości (liczba ocen)  Skala ocen – zmienna niezależna  Liczba ocen – zmienna zależna

10. Przykład 5 – stopnie szarości obrazu  Sygnał – ciągły w klatce obrazu (współrzędne), ciągły w skali szarości  Współrzędne klatki obrazu – zmienne niezależne  Stopień szarości – zmienna zależna

11. Przykład 6 – zmienność stopni szarości obrazu w czasie Czas[s]  Sygnał – ciągły w klatce obrazu (współrzędne) i w czasie, ciągły w skali szarości  Współrzędne klatki obrazu, czas – zmienne niezależne  Stopień szarości – zmienna zależna

12. Abstrakcja Sygnał – definicja szeroka Sygnał jest funkcją, która reprezentuje informację MODEL Rzeczywistość “Sygnał” Funkcja matematyczna Informacja w formie • wielkości fizycznej(prąd, napięcie, … • wielkości audio-wizualnej • …….

13. Skupimy się na sygnałach, które są funkcjami czasu Sygnał – definicja wąska Sygnał jest funkcją czasu • Np.: •  f – siła działająca na pewna masę • vwy – napięcie wyjściowe pewnego obwodu •  p – ciśnienie akustyczne w pewnym punkcie • Notacje: •  f , vwy, p lub f(), vwy(), p() – sygnał jako całość, funkcja • f(t), vwy(1.2), p(t+2) – wartość sygnału w chwili t, 1.2, t+2 odpowiednio Dla czasu będziemy zwykle używali symboli: t, , t1, . . .

14. Sygnał – określony na dziedzinie Dziedzina sygnału w szerokim sensie: zbiór na którym określony jest sygnał – zbiór zmiennych niezależnych Dziedzina sygnału w wąskim sensie: zbiór na którym określony jest sygnał – zbiór zmiennych niezależnych • Dziedzina sygnału może być: •  ciągła – sygnał ciągły w czasie • dyskretna – sygnał dyskretny w czasie • Powszechne dziedziny: •  wszystkie t tzn. tR •  nieujemne t: t0 (t = 0, oznacza zwykle początkowy punkt obserwacji •  t w pewnym przedziale: a  t  b •  t w równomiernie rozłożonych punktach: t = kh + t0, k = 0, 1, 2, …

15. Sygnał ciągły w czasie x t  R, x(t) = sin(2440t) t Dziedzina sygnału: zbiór liczb rzeczywistych Sygnał dyskretny w czasie - próbkowany x n T n  N, x(n) = sin(2n  440T) Dziedzina sygnału: zbiór liczb naturalnych

16. Sygnał – ma określony wymiar i jednostki miary Wyróżniamy:  sygnały skalarne: u(t) jest liczbą rzeczywistą  sygnały wektorowe: u(t) jest wektorem o pewnym wymiarze Skupimy się na sygnałach skalarnych Jednostki miary to jednostki fizyczne sygnału Np.:  V, mA, m/s, …  czasem jednostka miary jest 1 (sygnał bezmiarowy) lub nie jest on specyfikowany

17. Sygnał – przyjmuje określone wartości Wartości sygnału: zbiór z którego wybierane są wartości sygnału • Sygnał może przyjmować wartości: •  ciągłe – sygnał ciągły co do wartości • dyskretne – sygnał dyskretny co do wartości – sygnał skwantowany • Powszechne dziedziny: • wszystkie wartości rzeczywiste tzn. uR •  wartości rzeczywiste z pewnego przedziału: a  u  b •  wartości wymierne wynikające z kwantyzacji sygnału tzn. uQ

18. Sygnał ciągły w czasie i ciągły co do wartości – sygnał analogowy Głos Amplituda Czas x A/D y Sygnał dyskretny w czasie i dyskretny co do wartości – sygnał cyfrowy Głos komputerowy Amplituda (I16) Indeks

19. Cztery najbardziej nas interesujące kategorie sygnałów: Amplituda Sygnał ciągły w czasie i ciągły co do wartości – sygnał analogowy Czas Sygnał ciągły w czasie i dyskretny co do wartości – sygnał ciągły skwantowany Amplituda Czas Amplituda Sygnał dyskretny w czasie i ciągły co do wartości – sygnał próbkowany Czas Amplituda Sygnał dyskretny w czasie i dyskretny co do wartości – sygnał cyfrowy Czas

20. Układ sterowania cyfrowego Zatrzask i przetwornik A/D Obiekt sterowany Komputer cyfrowy Element wykonawczy Przetwornik D/A Aproksymator Zegar Czujnik i przekształtnik Układ przetwarzania cyfrowego sygnałów Monitor Klawiatura Przetwornik A/D i aproksym. Filtr dolnoprzep. Filtr dolnoprzep. Procesor Przekształtnik sygnału Zatrzask i przetwornik A/D Przekształtnik sygnału Do innego układu cyfrowego przetwarzania sygnałów Modem Pamięć programu Pamięć danych