Procesado digital de señales - I

Fundamentos para comunicaciones y control

Procesado digital de señales - I

Fundamentos para comunicaciones y control

Bertran Albertí, Eduard

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El procesado digital de señales es una disciplina muy joven cuyas aplicaciones están en auge. Así, se registran constantemente nuevos avances que no dejan obsoletos a los anteriores, y los nuevos conocimientos se derivan pronto en herramientas habituales. Por ello, una obra sobre procesado digital sólo puede ser de tamaño reducido si se centra en las teorías o en algunas de sus aplicaciones. De lo contrario, resultaría comprensible sólo para lectores ya familiarizados con su contenido, salvo que se obviaran los fundamentos imprescindibles para adquirir la suficiente capacidad individual. Esta obra básica presenta y conecta teorías, tecnologías y aplicaciones, tres ámbitos fundamentales en ingeniería. Y como el primer material de consulta de un nuevo profesional suele ser el texto trabajado previamente en la etapa escolar, el lector hallará extensiones que van más allá del alcance meramente introductorio. Se tratan unificadamente las herramientas básicas de procesado digital para aplicaciones de comunicaciones y de control, y se evitan en lo posible los enfoques sesgados por el campo de aplicación.

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Índice

Introducción. Evolución histórica. Señales, sistemas y procesado de la señal. Comparación entre el procesado analógico y el digital. Aplicaciones. Señales, sistemas y procesado de la señal. Tipos de señales según su continuidad en tiempo o en amplitud. Sistemas analógicos y discretos. Comparación entre los sistemas analógicos y los digitales. Niveles de aplicación. La cadena básica de procesado digital. Tipos de procesadores. Subsistema completo de adquisición. Algunos ejemplos de sistemas de procesado digital. Ejemplos introductorios. Realización digital de un filtro analógico (primera aproximación)....Generación de un eco de una señal analógica. Modelos de señales discretas. Clasificación de señales.Operaciones elementales. Representación de señales discretas. Señales básicas. Clasificación de señales discretas. Según la cantidad de información de que se dispone. Según su contenido energético. Según su periodicidad. Según su simetría. Según el número de variables independientes. Operaciones elementales con señales discretas Transformaciones de la variable independiente n......Operaciones muestra a muestra. Modelado de sistemas discretos. Representación de un sistema discreto en el dominio temporal. Representación analítica. Representaciones gráficas. Clasificación de sistemas. Lineales / no lineales. Invariantes en el tiempo / variantes en el tiempo. Estáticos / dinámicos. Causales / no causales. De respuesta impulsional finita (FIR) / de respuesta impulsional infinita (IIR). Estables / inestables. Inversibles / no inversibles. Observables. Controlables (alcanzables) .Sistemas MA, AR, ARMA, ARX y ARMAX. Ejercicios. Muestreo y cuantificación. Introducción. Introducción a los conversores A/D. Conversores D/A. Muestreo de señales analógicas. Muestreo ideal. Muestreo natural (Chopper. Muestreo real (con ZOH. Reconstrucción de la señal muestreada. Filtrado ideal. Filtrado práctico. Aprovechando el ZOH de salida. Cambiando el ZOH por un operador de orden 1 (FOH. Efectos del muestreo en sistemas de lazo abierto y de lazo cerrado. Selección práctica del período de muestreo. Muestreo de señales paso banda. Señales paso banda. Muestreo de señales paso banda. Muestreo en frecuencia intermedia. Cuantificación. Aspectos elementales. Error de cuantificación. Cuantificación de una señal senoidal. Cuantificación de una señal aleatoria (gausiana. Cuantificación no uniforme. Fundamentos de la modulación por codificación de pulsos (PCM ). Aplicación en telefonía. Aproximaciones por tramos en telefonía. Codificación diferencial de pulsos. Moduladores delta y delta-sigma. Transmisión asíncrona. Ejercicios.......Señales y sistemas discretos. Introducción. Caracterización en el dominio temporal. Sistemas LTI. Respuesta impulsional. Convolución discreta. Álgebra elemental de bloques. Ejemplos de respuestas impulsionales habituales. Aspectos básicos del análisis de sistemas LTI .Sistemas definidos mediante ecuaciones en diferencias finitas. Diagrama de simulación (programación) de ecuaciones en diferencias. Elementos básicos. Alternativas de representación. Diagramas de programación: tipos de realizaciones. Análisis en el dominio transformado. Transformada Z. Respuesta de un sistema LTI a exponenciales complejas. Relación entre las transformadas de las secuencias de entrada y de salida en unsistema LTI Definición. Transformada Z unilateral: relación con la transformada de Laplace. Ejemplos de obtención de transformadas Z. Transformada de una secuencia finita y causal. Transformada de una secuencia finita y no causal. Transformada de un secuencia finita y no causal, con respuesta bilateral. Transformada del impulso unitario. Transformadas de secuencias de duración infinita. Transformada de un escalón unitario . Transformada de una secuencia exponencial. Transformada de dos funciones potenciales. Transformada de un secuencia infinita orientada a izquierdas. Transformada de un secuencia infinita bilateral. Tabla de transformadas Z .Convergencia de la transformada Z. Estabilidad .Propiedades de la transformada Z. Linealidad. Desplazamiento en el tiempo. Inversión del eje de tiempos. Teorema del valor inicial. Teorema del valor final. Convolución de secuencias. Multiplicación por una secuencia exponencial. Diferenciación de X(z). Transformada Z de una ecuación en diferencias. Polos y ceros de la función detransferencia. Relación entre la posición de los polos y la respuesta impulsional. Transformada Z inversa. Diagramas de programación en paralelo y en cascada. Función de transferencia de un sistema realimentado . Simplificación de esquemas de bloques Ejercicios. Sistemas de control digital. Introducción. Ventajas de los sistemas realimentados. El lazo de control. Modelación de plantas analógicas. Ejemplo: control digital de un motor de corriente continua . Análisis. de Jury . Diseño. Técnicas de transformación de diseños analógicos (rediseño digital). Rediseño usando la primera diferencia de retorno. Rediseño usando la transformación bilineal. Reguladores PID. Diseño dead-beat. Determinación de la función de transferencia a partir de modelos descritos en el espacio de estado. Ejercicios.

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