Apostolos Fanakis
6 years ago
14 changed files with 419 additions and 350 deletions
@ -1 +1,3 @@ |
|||
*.ms14 (Security copy) |
|||
/report/report.pdf |
|||
/report/report_temp.htm |
|||
|
@ -1 +0,0 @@ |
|||
p yada |
@ -0,0 +1,70 @@ |
|||
// Chapter title |
|||
h2 Εισαγωγή |
|||
br/ |
|||
|
|||
// Chapter description/introduction |
|||
h3 Περίληψη |
|||
p. |
|||
Στην εργασία αυτή ζητήθηκε ο σχεδιασμός τεσσάρων (4) διαφορετικών φίλτρων, ενός κατωδιαβατού, ενός ζωνοπερατού, ενός ζωνοφρακτικού και ενός ανωδιαβατού. Κατά την ανάθεση των φίλτρων, μου ανατέθηκε ο εξής συνδυασμός φίλτρων-τύπων φίλτρου: |
|||
|
|||
figure.block-center.width-15cm |
|||
table.ui.celled.table.teal.striped.center.aligned |
|||
thead |
|||
tr |
|||
th Φίλτρο |
|||
th Τύπος φίλτρου |
|||
tbody |
|||
tr |
|||
td Κατωδιαβατό |
|||
td Αντίστροφο Chebyshev |
|||
tr |
|||
td Ζωνοπερατό |
|||
td Chebyshev |
|||
tr |
|||
td Ζωνοφρακτικό |
|||
td Chebyshev |
|||
tr |
|||
td Ανωδιαβατό |
|||
td Butterworth |
|||
figcaption |
|||
.reference #[span.table-count] |
|||
.caption. |
|||
Συνδυασμός φίλτρων και υλοποιήσεων (τύπων) φίλτρου προς υλοποίηση |
|||
|
|||
|
|||
h3 Σύμβαση ονοματολογίας και ειδικοί όροι |
|||
p. |
|||
Στα πλαίσια της εργασίας γίνεται χρήση των εξής όρων με τις αντίστοιχες σημασίες: |
|||
|
|||
figure.block-center.width-15cm |
|||
table.ui.celled.table.teal.striped.center.aligned.compact |
|||
thead |
|||
tr |
|||
th Όρος |
|||
th Περιγραφή |
|||
tbody |
|||
tr |
|||
td πόλος |
|||
td Μπορεί να εννοείται ζεύγος συζηγών πόλων #[br/](έναντι ενός, μοναδικού πόλου) |
|||
tr |
|||
td LP |
|||
td Low pass filter |
|||
tr |
|||
td BP |
|||
td Band pass filter |
|||
tr |
|||
td BE |
|||
td Band elimination filter |
|||
tr |
|||
td HP |
|||
td High pass filter |
|||
tr |
|||
td LPN |
|||
td Low pass notch filter |
|||
tr |
|||
td HPN |
|||
td High pass notch filter |
|||
figcaption |
|||
.reference #[span.table-count] |
|||
.caption. |
|||
Ειδικοί όροι που χρησιμοποιούνται |
@ -1,37 +1,42 @@ |
|||
// Chapter title |
|||
h2 Κατωδιαβατό φίλτρο Inverse Chebyshev |
|||
br |
|||
br/ |
|||
|
|||
// Chapter description/introduction |
|||
p. |
|||
Με βάση το ΑΕΜ (8261), υπολογίστηκαν οι προδιαγραφές του κατωδιαβατού φίλτρου προς σχεδίαση: |
|||
|
|||
figure.block-center.width-15cm |
|||
table.ui.celled.structured.table.teal.striped.center.aligned |
|||
table.ui.celled.table.teal.striped.center.aligned |
|||
thead |
|||
tr |
|||
th Προδιαγραφή |
|||
th(colspan="2") Τιμή |
|||
th Τιμή |
|||
tbody |
|||
tr |
|||
td f#[sub pass] |
|||
td 1000 |
|||
td 500 |
|||
td Pass frequency (f#[sub p]) |
|||
td 5500 Hz |
|||
tr |
|||
td Pass radial frequency (ω#[sub p]) |
|||
td 34557.519 rad/s |
|||
tr |
|||
td Stop frequency (f#[sub s]) |
|||
td 11550 Hz |
|||
tr |
|||
td f#[sub stop] |
|||
td 1200 |
|||
td 500 |
|||
td Stop radial frequency (ω#[sub s]) |
|||
td 72570.790 rad/s |
|||
tr |
|||
td a#[sub max] |
|||
td(colspan="2") 0.6 |
|||
td Min stop attenuation (a#[sub min]) |
|||
td 23.75 dB |
|||
tr |
|||
td a#[sub min] |
|||
td(colspan="2") 24 |
|||
td Max pass attenuation (a#[sub max]) |
|||
td 0.35 dB |
|||
figcaption |
|||
.reference Πίνακας 1 |
|||
.reference #[span.table-count] |
|||
.caption. |
|||
Προδιαγραφές σχεδίασης κατωδιαβατού φίλτρου |
|||
|
|||
h3 Σχεδίαση φίλτρου |
|||
//h4 Υπολογισμός συνάρτησης μεταφοράς |
|||
//h4 Υλοποίηση συνάρτησης μεταφοράς |
|||
//h4 Ρύθμιση κέρδους |
|||
h3 Μελέτη συνάρτησης μεταφοράς στο Matlab |
|||
h3 Υλοποίηση κυκλώματος στο Multisim |
|||
// Sub-Chapters |
|||
include 1_low_pass_design |
|||
include 1_low_pass_transfer_function_matlab |
|||
include 1_low_pass_transfer_function_multisim |
|||
|
@ -0,0 +1,128 @@ |
|||
h3 Σχεδίαση φίλτρου |
|||
p. |
|||
Για τη σχεδίαση του φίλτρου ακολουθήθηκε η διαδικασία που περιγράφεται στο κεφάλαιο 9 των σημειώσεων του μαθήματος: |
|||
|
|||
figure.block-center.width-15cm |
|||
div.ui.list.ordered.celled.striped |
|||
div.item Υπολογισμός της τάξης του φίλτρου. |
|||
div.item Υπολογισμός της συχνότητας ημίσειας ισχύος. |
|||
div.item Υπολογισμός των πόλων του πρότυπου φίλτρου Chebyshev. |
|||
div.item Υπολογισμός των πόλων του αντίστροφου φίλτρου Chebyshev μέσω αντιστροφής των πόλων Chebyshev. |
|||
div.item Υπολογισμός των μηδενικών της συνάρτησης μεταφοράς. |
|||
div.item Ομαδοποίηση των ζευγών πόλων και μηδενικών ανά δύο. Με τον τρόπο αυτό προκύπτουν φίλτρα notch, LPN ή HPN, ανάλογα με τις σχετικές θέσεις πόλων και μηδενικών. |
|||
div.item Υλοποίηση των φίλτρων notch με βάση τα κυκλώματα του κεφαλαίου 7. |
|||
div.item Κλιμακοποίηση του κυκλώματος με στόχο τη μεταφορά στις πραγματικές συχνότητες και σε στοιχεία με πρακτικές (υλοποιήσιμες) τιμές. |
|||
div.item Έλεγχος των κερδών των μονάδων και ρύθμιση κέρδους με επιβολή απόσβεσης ή ενίσχυσης. |
|||
|
|||
h4 Υπολογισμός συνάρτησης μεταφοράς |
|||
p Αρχικά σχεδιάζεται ένα πρότυπο κατωδιαβατό Chebyshev φίλτρο, το οποίο αργότερα να μετατραπεί στο επιθυμητό αντίστροφο Chebyshev. |
|||
|
|||
p Γίνεται κανονικοποίηση των συχνοτήτων ώστε να επιτευχθεί Ω#[sub s]=1 rad/s: |
|||
|
|||
p.latex-equation. |
|||
$$\Omega_p = \frac{\omega_p}{\omega_s} = \frac{34557.519}{72570.790} = 0.476\frac{rad}{s}$$ |
|||
|
|||
p Υπολογίζεται η τάξη του φίλτρου χρησιμοποιώντας την εξίσωση #[span.course-notes-equation 9-137]: |
|||
|
|||
p.latex-equation. |
|||
$$n = \left \lceil \frac{cos^{-1}\bigg(\sqrt{\frac{10^{\frac{a_{min}}{10}}-1}{10^{\frac{a_{max}}{10}}-1}}\bigg)}{cos^{-1}(\frac{1}{\Omega_p})} \right \rceil = \left \lceil \frac{cos^{-1}\bigg(\sqrt{\frac{10^{2.375}-1}{10^{0.035}-1}}\bigg)}{cos^{-1}(2.1)} \right \rceil = \left \lceil \frac{4.6642}{1.373} \right \rceil = \left \lceil 3.397 \right \rceil = 4$$ |
|||
|
|||
p. |
|||
Από τον παραπάνω τύπο φαίνεται ότι κατά τον υπολογισμό της τάξης του φίλτρου γίνεται στρογγυλοποίηση της τάξης προς τον επόμενο #[strong μεγαλύτερο] ακέραιο. Αυτό γίνεται επειδή δεν είναι δυνατή η υλοποίηση ενός φίλτρου ρητής τάξεως, έτσι είναι απαραίτητο η τάξη να στρογγυλοποιηθή. Η στρογγυλοποίηση είναι σημαντικό να γίνει προς τα επάνω (ceiling) ώστε να επιτευχθούν οι προδιαγραφές του φίλτρου. Μία πιθανή στρογγυλοποίηση προς τα κάτω θα είχε ως αποτέλεσμα την αποτυχία στη σχεδίαση. |
|||
|
|||
p. |
|||
Λόγω της στρογγυλοποίησης αυτής, αναμένεται μάλιστα να υπάρχει υπερκάλυψη σε τουλάχιστον μία από τις προδιαγραφές. Στη συγκεκριμένη περίπτωση, λόγω της επιλογής κανονικοποίησης ως προς την ω#[sub s], αναμένεται να υπάρχει υπερκάλυψη της προδιαγραφής a#[sub max]. |
|||
|
|||
p. |
|||
Στη συνέχεια υπολογίζονται οι παράμετροι ε και α από τις εξισώσεις #[span.course-notes-equation 9-123] και #[span.course-notes-equation 9-92] αντίστοιχα: |
|||
|
|||
p.latex-equation. |
|||
$$\varepsilon = \frac{1}{\sqrt{10^{\frac{a_{min}}{10}}-1}} = \frac{1}{\sqrt{10^{2.375}-1}} = 0.065$$ |
|||
p.latex-equation. |
|||
$$\alpha = \frac{\sinh^{-1}(\frac{1}{\varepsilon})}{n} = \frac{\sinh^{-1}(\frac{1}{0.065})}{n} = 0.857$$ |
|||
|
|||
p. |
|||
Υπολογίζεται η κανονικοποιημένη συχνότητα ημίσειας ισχύος χρησιμοποιώντας την εξίσωση #[span.course-notes-equation 9-139]: |
|||
|
|||
p.latex-equation. |
|||
$$\Omega_{hp} = \frac{1}{cosh(\frac{1}{n}cosh^{-1}(\frac{1}{\varepsilon}))} = \frac{1}{cosh(\frac{1}{4}cosh^{-1}(\frac{1}{0.065}))} = 0.7196\frac{rad}{s}$$ |
|||
|
|||
p και στη συνέχεια μεταφέρεται στη πραγματική συχνότητα: |
|||
|
|||
p.latex-equation. |
|||
$$\omega_{hp} = \Omega_{hp} * \omega_s = 0.7196 * 72570.790 = 52222.58\frac{rad}{s}$$ |
|||
|
|||
p. |
|||
Οι γωνίες Butterworth μπορούν να υπολογιστούν με βάση τον αλγόριθμο Guillemin ή να βρεθούν απευθείας από γνωστούς πίνακες γωνιών Butterworth. Για φίλτρο πέμπτης τάξης, οι γωνίες είναι: |
|||
|
|||
p.latex-equation. |
|||
$$\pm 22.5^\circ$$ και $$\pm 67.5^\circ$$ |
|||
|
|||
p. |
|||
Με βάση τις εξισώσεις #[span.course-notes-equation 9-102] και #[span.course-notes-equation 9-103]: |
|||
|
|||
p.latex-equation. |
|||
$$\sigma_k = -\sinh(\alpha)*\cos(\theta)$$ |
|||
$$\Omega_k = \cosh(\alpha)*\sin(\theta)$$ |
|||
|
|||
p προκύπτουν οι πόλοι #[strong Chebyshev]: |
|||
|
|||
p.latex-equation. |
|||
$$\text{Pole 1: } -0.892\pm0.532\mathrm{i}$$ |
|||
$$\text{Pole 2: } -0.369±1.284\mathrm{i}$$ |
|||
|
|||
p. |
|||
Χρησιμοποιώντας τις εξισώσεις #[span.course-notes-equation 9-150] και #[span.course-notes-equation 9-151]: |
|||
|
|||
p.latex-equation. |
|||
$$\Omega_{0_k} = \sqrt{\sigma_k^2+\Omega_k^2}$$ |
|||
$$Q_k = \frac{1}{2*\cos(\tan^{-1}(\frac{\Omega_k}{\sigma_k}))}$$ |
|||
|
|||
p υπολογίζονται τα ω#[sub 0] και Q των πόλων αντίστοιχα: |
|||
|
|||
p.latex-equation. |
|||
$$\text{Pole 1: } \Omega_0 = 1.038 \text{, }Q = 0.582$$ |
|||
$$\text{Pole 2: } \Omega_0 = 1.336 \text{, }Q = 1.809$$ |
|||
|
|||
p. |
|||
Οι πόλοι αντιστρέφονται χρησιμοποιώντας την εξίσωση #[span.course-notes-equation 9-146] για τον υπολογισμό των ω#[sub 0#[sub k]], ενώ τα Q παραμένουν ίδια: |
|||
|
|||
p.latex-equation. |
|||
$$\omega_{0_k} = \frac{1}{\Omega_{0_k}}$$ |
|||
|
|||
p. |
|||
Από τον μετασχηματισμό προκύπτουν οι πόλοι του #[strong αντίστροφου Chebyshev]: |
|||
|
|||
p.latex-equation. |
|||
$$\text{Pole 1: } \Omega_0 = 0.963 \text{, }Q = 0.582$$ |
|||
$$\text{Pole 2: } \Omega_0 = 0.748 \text{, }Q = 1.809$$ |
|||
|
|||
p. |
|||
Κατά τον μετασχηματισμό προκύπτουν επίσης, με βάση την εξίσωση #[span.course-notes-equation 9-143]: |
|||
|
|||
p.latex-equation. |
|||
$$\omega_{z_k} = \sec\big(\frac{k\pi}{2n}\big) \text{, } k=1,3,5,...$$ |
|||
|
|||
p. |
|||
τα μηδενικά της συνάρτησης μεταφοράς; |
|||
|
|||
p.latex-equation. |
|||
$$\text{Zero 1: } 0\pm1.082\mathrm{i}$$ |
|||
$$\text{Zero 2: } 0\pm2.613\mathrm{i}$$ |
|||
|
|||
p. |
|||
Οι πόλοι και τα μηδενικά του φίλτρου φαίνονται στο παρακάτω διάγραμμα: |
|||
|
|||
figure.block-center.width-15cm |
|||
img(src="1_low_pass/assets/diagrams/inverse_chebyshev_zero_pole.svg").width-19cm |
|||
//- include assets/diagrams/inverse_chebyshev_zero_pole.svg |
|||
figcaption |
|||
.reference #[span.plot-count] |
|||
.caption. |
|||
Πόλοι και μηδενικά του αντίστροφου Chebyshev |
|||
|
|||
h4 Υλοποίηση συνάρτησης μεταφοράς |
|||
p. |
|||
|
|||
h4 Ρύθμιση κέρδους |
|||
p. |
@ -0,0 +1 @@ |
|||
h3 Μελέτη συνάρτησης μεταφοράς στο Matlab |
@ -0,0 +1 @@ |
|||
h3 Υλοποίηση κυκλώματος στο Multisim |
After Width: | Height: | Size: 37 KiB |
@ -1,2 +0,0 @@ |
|||
plugins: |
|||
- mathjax |
@ -0,0 +1,2 @@ |
|||
plugins: |
|||
- mathjax |
Binary file not shown.
File diff suppressed because one or more lines are too long
Loading…
Reference in new issue