C2a - saper calcolare i parametri per ottenere YT usando AO

A2a – Ripresa organizzativa
1/2- ripresa obiettivi del gruppo A
• Dare informazioni logistiche e organizzative sul
modulo
–Contenuti, struttura, calendario di massima
–Materiale didattico
–Esercitazioni laboratorio
–Homework
–Modalità d’ esame e criteri di valutazione
–Auto-verifica dei prerequisiti
• Avviare al metodo di scomposizione top-down di un
sistema e addestrare ad individuarne i moduli
funzionali
• Presentare i tipi di segnale presenti in un sistema, con
le loro caratteristiche e parametri
A2a – Ripresa organizzativa
2/2- obiettivi lezione A2
• Quali sono i tipi di segnale in un sistema ELN
• Quali sono i parametri che descrivono un segnale
• Come si rappresenta un segnale dei domini del
tempo e della frequenza
• Quale differenza sussiste tra segnali analogici e
digitali
• Come appare tale differenza, considerando
- il segnale affetto da rumore,
- la degradazione del segnale e suo recupero
• Quali sono i vantaggi della tecnologia digitale.
N.B. ci interessiamo soltanto dei segnali elettrici
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A2b – Diversi tipi di segnali presenti nel RAV
1/12- analisi segnali non elettrici in CD del modello architetturale
set_c non è un segnale elettrico,
vel_c non è un
è l’azione dell’operatore sulla
segnale elettrico,
manopola del datore
di set
vel_c è la velocità
set_c
dell’albero
operatore
all_c
sistema
controllo
velocità
0
pompa
Cfr
all_c non è un segnale
TM_all_c
elettrico, è il segnale
acustico emesso dalla antenna
sirena (800Hz)
Cfr non è un
segnale elettrico,
è la coppia
frenante applicata
dalla pompa al
motore
A2b – Diversi tipi di segnali presenti nel RAV
2/12- analisi segnali elettrici in CD del modello architetturale
vel_c
set_c
operatore
all_c
sistema
controllo
velocità
0
pompa
Cfr
TM_all_c
antenna TM_all_c è un segnale
elettrico sinusoidale,
che pilota l’antenna
trasmittente f=1GHz
V=100V FM
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vel è la
tensione di
3/12- analisi segnali in MID0 del modello architetturale misura della
TM_all_c velocità
trasmetf<10Hz, 0..10V
A2b – Diversi tipi di segnali presenti nel RAV
all_c
titore RF
6
sirena
allarme
5
dinamo
tachim.
4
vel
all
vel_c
all_son
set_c
regolatore
velocità
com
1
datore di
set
set è una tensione set
2
lentamente variabile, f<1Hz,
0..10V
Amp.Pot
e motore
3
Cfr
com è la tensione prop.
al comando motore,
f>10Hz, -10..10V
A2b – Diversi tipi di segnali presenti nel RAV
all è la tensione
4/12- analisi segnali in MID0 del modello architetturale che informa
TM_all_c‘allarme presente’
trasmete modula il
titore RF
trasmettitore
sirena
dinamo
6
1 bit 0..14V
all_c allarme
5
all
tachim.
4
vel
vel_c
all_son
set_c
datore di
set
2
regolatore
velocità
com
1
set
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Amp.Pot
e motore
3
Cfr
all_son è la tensione di
pilotaggio sirena f=800Hz
V=24V
A2b – Diversi tipi di segnali presenti nel RAV
err_i è la
5/12- analisi segnali in MID1 del modello architetturale tensione di
errore integrata
err è la tensione di misura
circuito f<1Hz, -10..10V
dell’errore f<10Hz, -10..10V
integrat.
1.3
vel
set
circuito
differenz
err
err_p
err i è la
tensione di errore
circuito
circuito
amplific. err p amplificata
sommat.
f<1Hz,
-10..10V
1.2
1.5
1.1
all_son
all
com
circuito
allarme
circuito err d
derivat.
1.4 err_d è la tensione
di errore derivata
f<100Hz, -10..10V
1.6
A2b – Diversi tipi di segnali presenti nel RAV
6/12- forma d’onda in f(t) di segnale acustico
Nei circuiti associati alla sirena sono presenti segnali audio
v(t) = V sen (ω
ωt + ϕ)
V = valore di picco in V
ω = pulsazione in rad/s, (frequenza f = ω/2π,
ω/2π in Hz)
ϕ = fase in rad
Esempio: all_son (f=800Hz V=24V
v(t) = 34 sen(5000t + ϕ)
v(t)
t
1.25 ms
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efficaci!
)
A2b – Diversi tipi di segnali presenti nel RAV
7/12- forma d’onda in f(t) di segnale continuo lentam. variabile
Nei circuiti associati a sensori ed attuatori sono presenti
segnali continui lentamente variabili
Esempio: vel (f<10Hz V=0..10V )
10V
v(t)
0.1s
t
A2b – Diversi tipi di segnali presenti nel RAV
8/12- forma d’onda in f(t) di segnale radio
Nei circuiti associati all’antenna sono presenti segnali RF
v(t) = V sen (ω
ωt + ϕ)
V = valore di picco in V
ω = pulsazione in rad/s, (frequenza f = ω/2π,
ω/2π in Hz)
ϕ = fase in rad
Esempio: TM_all_c (f=1GHz V=100V )
v(t) = 141 sen(6.28109 t + ϕ)
v(t)
t
1ns
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A2b – Diversi tipi di segnali presenti nel RAV
9/12- forma d’onda in f(t) di segnale digitale
Nei circuiti di allarme sono presenti segnali di tipo digitale
(numerico).
Un segnale digitale binario è un segnale analogico che usa
solo due livelli di tensione per rappresentare i due livelli
logici 0/1 (meglio H/L->High/Low).
Esempio: all
1bit 0->Low->allarme assente 1->High->allarme presente
Vsoglia
! Low
"!H" ! Low
A2b – Diversi tipi di segnali presenti nel RAV
10/12- forma d’onda in f(ω) di segnale acustico
Lo spettro del segnale acustico all_son (f=800Hz V=24V)
è formato da una sola riga a 5 krad/s
Il suono è più efficace se ricco di armoniche:
V(V) 5
10
15
20
ω (krad/s)
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A2b – Diversi tipi di segnali presenti nel RAV
11/12- forma d’onda in f(ω) di segnale continuo lentam. variabile
Lo spettro del segnale vel (f<10Hz V=0..10V )
è continuo, non essendo periodica la f.d.o.
ed occupa una zona di ω inferiore a 63 rad/s
V(V)
ω (rad/s)
100
A2b – Diversi tipi di segnali presenti nel RAV
12/12- forma d’onda in f(ω) di segnale radio
Lo spettro del segnale RF
TM_all_c (f=1GHz V=100V )
è formato da una riga a 6.28 Grad/s per la portante
La modulazione aggiunge uno spettro molto stretto
conseguenza della modulazione
V(V)
ω (Grad/s)
10
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A2c – Considerazioni sui segnali analogici
1/2- relazione fra rappresentazioni in f(t) ed in f(ω)
v(t)
A(ω
ω)
ω
t
ω
t
A2c – Considerazioni sui segnali analogici
2/2- relazione fra rappresentazioni in f(t) ed in f(ω)
A(ω
ω)
v(t)
ω
t
ω
t
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A2d - Ripresa organizzativa
1/6- ripresa obiettivi lezione A2
• Quali sono i tipi di segnale in un sistema ELN
• Quali sono i parametri che descrivono un segnale
• Come si rappresenta un segnale dei domini del
tempo e della frequenza
• Quale differenza sussiste tra segnali analogici e
digitali
• Come appare tale differenza, considerando
- il segnale affetto da rumore,
- la degradazione del segnale e suo recupero
• Quali sono i vantaggi della tecnologia digitale.
A2d – Confronto fra analogico e digitale
2/6- il segnale analogico
Il segnale analogico è continuo
• è definito per qualsiasi valore di tempo
entro un dato intervallo di tempo
• può assumere qualsiasi valore di ampiezza
entro un dato intervallo di ampiezza
I parametri che definiscono un segnale analogico sono:
• l’intervallo di ampiezza,
» valore max e min
» eventuale componente continua
• il contenuto spettrale
» limiti di banda,
» forma dello spettro
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A2d – Confronto fra analogico e digitale
3/6- rappresentazione del segnale analogico
A(t)
t
A(ω
ω)
ω
A2d – Confronto fra analogico e digitale
4/6- il segnale digitale
Il segnale digitale è discreto, come una sequenza di
numeri
• è definito solo per alcuni valori di tempo
entro un dato intervallo di tempo
• può assumere solo alcuni valori di ampiezza
entro un dato intervallo di ampiezza
t =
8
01000
0
10
01010
1
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20
10100
2
15
01111
3
12
01100
4 ms
A2d – Confronto fra analogico e digitale
5/6- rappresentazione del segnale digitale
MSB
LSB
0
1
2
3
4
01000
01010
10100
01111
01100
µs
A2d – Confronto fra analogico e digitale
6/6- conformazione del segnale digitale
Il segnale può comprendere uno o più bit (N)
I diversi bit possono essere inviati
• sequenzialmente
(bit su unico filo, in tempi successivi)
• parallelamente
(bit su più fili nello stesso tempo)
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A2e - Ripresa organizzativa
1/4- ripresa obiettivi lezione A2
• Quali sono i tipi di segnale in un sistema ELN
• Quali sono i parametri che descrivono un segnale
• Come si rappresenta un segnale dei domini del
tempo e della frequenza
• Quale differenza sussiste tra segnali analogici e
digitali
• Come appare tale differenza, considerando
- il segnale affetto da rumore,
- la degradazione del segnale e suo recupero
• Quali sono i vantaggi della tecnologia digitale.
A2e – Considerazioni sul rumore
2/4- segnale analogico e rumore
• A ogni segnale analogico è sempre sovrapposto un
rumore
• Il rumore non trasporta informazione utile
• Ogni passo di amplificazione o elaborazione
aggiunge rumore
• Per il segnale analogico il rumore determina una
degradazione dell’informazione, fino a rendere
irrecuperabile l’informazione originaria
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A2e – Considerazioni sul rumore
3/4- segnale digitale e rumore
Il cosiddetto segnale digitale è un segnale analogico
a soli due livelli.
Anche il segnale digitale è affetto da rumore.
Dal segnale digitale degradato da rumore è possibile il
recupero dell’informazione originaria, entro ampi limiti.
Il metodo per il recupero si fonda sulla comparazione del
segnale degradato con una soglia fissa: il risultato della
comparazione è un segnale digitale “ripulito” dal disturbo.
A2e – Considerazioni sul rumore
4/4- ricostruzione del segnale digitale
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A2f - Ripresa organizzativa
1/4- ripresa obiettivi lezione A2
• Quali sono i tipi di segnale in un sistema ELN
• Quali sono i parametri che descrivono un segnale
• Come si rappresenta un segnale dei domini del
tempo e della frequenza
• Quale differenza sussiste tra segnali analogici e
digitali
• Come appare tale differenza, considerando
- il segnale affetto da rumore,
- la degradazione del segnale e suo recupero
• Quali sono i vantaggi della tecnologia digitale.
A2f - Vantaggi della tecnologia digitale
1/m- recupero dell’informazione dal rumore
• Per un segnale digitale gli effetti del rumore non sono
cumulativi, perchè il segnale può essere ripristinato a
intervalli regolari lungo la catena di elaborazione.
• Ciò consente di eseguire sul segnale catene di
operazioni complesse.
• Perchè non vi sia perdita di informazione il rumore
deve essere limitato.
Simulatori degli effetti del rumore sui segnali analogici e
digitali disponibili sul sito
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A2f - Vantaggi della tecnologia digitale
1/m- conversioni A/D e D/A
I segnali fisici sono prevalentemente analogici.
L’interfaccia col mondo esterno di un sistema sarà
prevalentemente analogica.
I sistemi di elaborazione sono prevalentemente digitali.
E’ necessario e possibile convertire un segnale analogico
in digitale (numerico) con un modulo di
CONVERSIONE ANALOGICO/DIGITALE (A/D)
e convertire un segnale digitale (numerico) in analogico
con un modulo di
CONVERSIONE DIGITALE/ANALOGICO (D/A)
A2f - Vantaggi della tecnologia digitale
1/m- conversioni A/D e D/A
La maggior parte dei sistemi elettronici comprende:
• interfacce analogiche verso il mondo esterno
(front-end, sensori)
• conversione A/D
• trattamento del segnale numerico
• conversione D/A
• interfacce analogiche verso il mondo esterno
(back-end, attuatori)
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A2f - Vantaggi della tecnologia digitale
1/m- sistemi di elaborazione
A2f - Vantaggi della tecnologia digitale
1/m- il nostro sistema RAV
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A2f - Vantaggi della tecnologia digitale
1/m- il nostro sistema RAV
microelaboratore
di controllo
MOTORE
regolato
DINAMO
di misura
Vm=K(Vn-Vn')
ALBERO
rotante a n
DATORE
DI SET
Vn'
Vn
A2f - Vantaggi della tecnologia digitale
1/m- la specifica del SW del nostro sistema RAV
vel
set
calcola
l’errore err
1.1
genera
allarme
all
1.6
27/11/01 19.03 A2_dia_bis.doc rev.A Pagina 17 di 17
elabora
modo
integrat.
1.3
err i
elabora
err p componi
modo
modi
proporz.
1.2
1.5
elabora err d
modo
derivat.
1.4
com