Kennis nodig voor: analoge filters, meet- & regeltechniek, automatisatie, image processing, digital signal processing 1, digital signal processing 2

Transcriptie

1 Signalen en systemen Analge systemen Digitale systemen Situering van het OPO binnen de pleiding Vrkennis: Signaaltransfrmaties Kennis ndig vr: analge filters, meet- & regeltechniek, autmatisatie, image prcessing, digital signal prcessing 1, digital signal prcessing 2 Niveau: verdiepend Diplmavrwaarde: bachelr, schakelprgramma Opleidingsfase: derde fase Werkvrm: cllege Nagestreefde cmpetenties Kennis en inzicht K1 Wetenschappelijk-disciplinaire basiskennis en inzicht bezitten Ingenieursvaardigheden (I) I1 Prblemen analyseren en plssen I2 Ontwerpen en/f ntwikkelen Generieke vaardigheden (G) G1 Infrmatie verwerven en verwerken G2 Cmmuniceren met vakgenten en niet-vakgenten G3 Kritisch reflecteren Nagestreefde leerresultaten 1. Tepassingsgerichte kennis, inzicht en vaardigheden hebben p het gebied van de ingenieurswetenschappen en ingenieurstechnieken. 2. Vanuit inzicht in de basistherie en -methden vr het schematiseren en mdelleren van prcessen f systemen, praktische ingenieurstechnische prblemen plssen. 3. Implementatiegericht en analytisch prbleemplssend denken, ntwerpen, ntwikkelen en creatief innveren met aandacht vr de peratinele implicaties van de specifieke casus. 4. Blijk geven van een nderzekattitude: nauwkeurigheid, kritische reflectie, wetenschappelijke en technische nieuwsgierigheid, verantwrding van gemaakte keuzes.

2 5. Wetenschappelijke en discipline-eigen terminlgie crrect hanteren in de vr de pleiding relevante talen. Nagestreefde dmeinspecifieke cmpetenties/leerresultaten Analge systemen: 1. De student kent begrippen zals cnvlutie, crrelatie, (ideale) regeneratie van een analg signaal uit de samples. Hij kan deze k tepassen. 2. De student kent dwnsampling en upsampling en het gevlg ervan p het spectrum. 3. De student kent DFT en FFT. Hij kan deze k tepassen. 4. De student kent de gevlgen van sampling in het frequentiedmein. Hij/zij weet he snel men met samplen m ene signaal te kunnen recnstrueren en dit zwel vr een nrmaal signaal als vr een signaal met een beperkte bandbreedte ergens in het spectrum (speciale uitdrukking, niet de Nyquist frequentie!). 5. De student kent de vrwaarden vr een niet-vervrmend systeem. Hij/zij kan deze tepassen p ideale (analge) filters. 6. De student kan een systeem (met en znder terugkppeling) analyseren (stabiliteit,...) in het tijdsdmein, frequentiedmein (Bde diagramma, fase en versterkingsmarge) en Laplace dmein (wrtellijnen, Ruth-Hurwitz). 7. De student kent de rl van plen en nulpunten. Hij/zij kan p basis van de kennis van de plen en nulpunten (grafisch) vrspellen he het systeem zich zal gedragen. 8. De student kan een eenvudig analg actief en/f passief filter ntwerpen. 9. De student kan MATLAB gebruiken m eenvudige prblemen p te lssen. 10. De student kent de belangrijkste eigenschappen van Furier, Laplace (en Z) transfrmatie. De student kent de eigenschappen van transferfuncties, het verband tussen vermenigvuldigen en cnvlueren in de verschillende dmeinen. 11. De student kent begrippen zals fase en grepvertraging, peridieke functies (verband cntinue tijd en discrete tijd), Digitale systemen: 1. De student kan een systeem analyseren (stabiliteit) in het Z dmein. 2. De student kan een LP, HP, BP, BS tijdsdiscreet filter IIR filter p verschillende manieren (zeker via de bilineaire transfrmatie) ntwerpen (verschillende type blkschema s) (eventueel p basis van een gekend tijdscntinu ntwerp): a. impulse invariant design en step invariant design b. difference equatin apprximatin (t differential equatins) c. direct substitutin d. matched z transfrm e. bilinear transfrmatin met de vr- (stabiliteit) en nadelen (warping) 3. De student kan een grafische bepaling den van de frequentierespns van een signaal p basis van de kennis van plen en nulpunten. 4. De student kent de vrwaarden vr een niet vervrmend filter en kan hieruit de vertraging van het systeem bepalen. 5. De student kan een eenvudig tijdsdiscreet (IIR) laagdrlaat- en hgdrlaatfilter ntwerpen. 6. De student kent de eigenschappen van een lpend gemiddelde filter.

3 7. De student kent het verband tussen de cëfficiënten van de differentievergelijking, de transferfunctie en het blkschema. 8. De student kan verschillende srten transferfuncties herkennen en kent er de eigenschappen van: a. ideale magnitude respns b. bunded real transfer functie c. allpass transfer functie d. zer phase transfer functie e. linear phase transfer functie f. minimum phase en maximum phase transfer functie 9. De student kent de basis IIR en FIR structuren. 10. De student kan de frequentiekarakteristiek uitrekenen vr FIR filters met symmetrische cëfficiënten (bijvrbeeld een lpend gemiddelde filter). 11. De student kan een FIR filter ntwerpen. 12. De student kan MATLAB gebruiken m eenvudige prblemen p te lssen. EVC kandidaten lezen 'de student' als 'de EVC kandidaat'. Implementatie van cmpetenties en leerresultaten De leerstf biedt de wetenschappelijke-disciplinaire basiskennis en inzichten aan. Het ntwerp van een systeem f het nderzek van de kenmerken van een systeem zijn hierbij cruciaal. De cmpetenties wrden nagestreefd dr de vraag en antwrd pbuw van de hrclleges (indien het mgelijk is, want niet alle inhud is vr deze werkwijze geschikt) waarbij de student als het ware zelf de plssing van een prbleem kan vinden f de gemaakte keuzes beter begrijpt. Hierdr leert hij eveneens cmmuniceren met anderen. De student verwerkt daarna de verwrven kennis en inzichten vr de tetsing. De ingenieurscmpetenties en de gewenste leerresultaten wrden nagestreefd in de leerinhud van het OPO. Vral het vak analge filters is belangrijk als aanverwant vak vr het ntwerp van digitale filters. Het vak signaaltransfrmaties levert de wiskundige grndslag. Er wrden vldende efeningen met praktische prblemen aangebden m de leerinhuden en cmpetenties te realiseren. Drdat Engelstalige handbeken wrden gebruikt, leert de student de juiste terminlgie k in het Engels (wat vr deze pleiding de meest relevante taal is). Studiemateriaal Analge systemen: Signals and Systems: Analysis Using Transfrm Methds and MATLAB, secnd editin M.J. Rberts ISBN:

4 Digitale systemen: Signal Prcessing First James Mc Clellan, Rnald Schafer, Mark Yder ISBN: en Digital Signal Prcessing: A Cmputer Based Apprach, 4 e Sanjit K. Mitra ISBN: Evaluatie Evaluatievrm: tijdens de examenperide: schriftelijk examen Gebruik van leermateriaal tijdens het examen: geslten bek, rekenmachine Vraagvrm: pen vragen De leerstf biedt de wetenschappelijke-disciplinaire basiskennis en inzichten aan die vanzelfsprekend zal wrden geëxamineerd. Vanzelfsprekend is de vlledige leerinhud te kennen vr het examen. Met het examen kan de student aantnen dat hij infrmatie, ideeën, prblemen en plssingen kan cmmuniceren met de dcent (als specialist) in de terminlgie van het vakgebied (vb. Engelstalige vaktermen,...). Het examen is een klein wetenschappelijk rapprt. De antwrden meten dus lgisch wrden pgebuwd en met rde gefrmuleerd zdat denk- en redeneervaardigheid, kritische reflectie, het verwerven en verwerken van infrmatie en prbleemplssend vermgen wrden aangetnd. Er wrdt de ndige aandacht besteed aan niet-talige cmmunicatie: men kan veel beter antwrden met een figuur (schakeling, blkschema, principeschema,...) en enkele begeleidende zinnen. Er met eveneens de ndige aandacht wrden besteed aan het zveel mgelijk vrkmen van taal- en spelfuten. Een hele reeks mgelijke examenvragen zijn ter beschikking. Op Tled staan een aantal herhalingsvragen en efeningen die zeer nuttig zijn als vrbereiding p het examen. Op het examen wrdt minstens één grtere efening gevraagd m de gewenste cmpetenties (ntwerpen-ntwikkelen, ) en leerresultaten z ged mgelijk na te gaan. Kennis en inzichten wrden nagegaan in een aantal theretische vragen. De efening ver de leerstf van het eerste semester mvat (meestal) de analyse p stabiliteit van een feedbacksysteem (systeem met terugkppeling) in het Laplace dmein. Ruth-Hurwitz en wrtellijnen zijn ndig bij deze analyse. MATLAB kan eveneens wrden gebruikt. De efening ver de leerstf van het tweede semester mvat (meestal) het ntwerp van een IIR (m.b.v. de bilineaire transfrmatie en prewarping) f een FIR filter. De transferfunctie en blkschema zijn daarbij gevraagd.

5 Vlgende nderwerpen verdienen speciale aandacht (zie k de nagestreefde leerresultaten): Analge systemen (eerste semester): Signalen (rechthek, impuls, sync,...) Impulsrespns en het verband met Furier, Laplace en Z dmein transferfuncties. Peridische functies in cntinu en discreet tijdsdmein LTI systemen, causaliteit Cnvlutie Crrelatie Laagdrlaat, hgdrlaat, bandpas en bandsper filters. Furier dmein: Bde diagramma, fase- en versterkingsmarge Upsampling en dwnsampling in het discrete tijdsdmein Discrete Furier transfrmatie, Fast Furier transfrmatie Feedback Stabiliteitsanalyse in Laplace dmein: plen en nulpunten, Ruth-Hurwitz en wrtellijnen Grafische interpretatie van de transferfunctie (Laplace dmein) i.f.v. de ligging van plen en nulpunten Eenvudige MATLAB cde Digitale systemen (tweede semester): Stabiliteit in het Z dmein Grafische interpretatie van de transferfunctie (Z dmein) i.f.v. de ligging van plen en nulpunten Technieken m een systeem beschreven in het Laplace dmein te vertalen naar een systeem in het Z dmein. Welke prblemen kunnen ptreden? (impulse invariant ntwerp en stap invariant ntwerp, benadering afgeleide, directe substitutie, matched z transfrmatie, bilineare transfrmatie met prewarping) Srten transferfuncties met bijhrende kenmerken: begrensd, allpass, lineaire fase, zer fase, kamfilter,.... FIR filters: transferfunctie, niet-vervrmende filters, frequentiekarakteristiek, implementaties, ntwerp eenvudig filter. Gibbs fenmeen IIR filters: transferfunctie, blkschema (verschillende implementatievrmen), ntwerp via bilineaire transfrmatie en een analg filter Eenvudige MATLAB cde Bij een EVC aanvraag wrden andere evaluatievrmen gebruikt.