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Universidad Técnica Particular de Loja PROCESAMIENTO DE SEÑALES Escuela de Electrónica y Telecomunicaciones Carlos Carrión Betancourth EQBYTE.INC [email protected]

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Universidad Técnica Particular de Loja. PROCESAMIENTO DE SEÑALES. Carlos Carrión Betancourth EQBYTE.INC [email protected]. Escuela de Electrónica y Telecomunicaciones. Presentación. Objetivo general - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Universidad Técnica Particular de Loja

Universidad Técnica Particular de Loja

PROCESAMIENTO DE SEÑALES

Escuela de Electrónica

y Telecomunicaciones

Carlos Carrión Betancourth

EQBYTE.INC

[email protected]

Page 2: Universidad Técnica Particular de Loja

Presentación

• Objetivo generalPresentar una introducción a los filtros IIR, sus características, y sus métodos de diseño.

• Temática Introducción a los filtros IIR Método Invariante al Impulso Transformada Bilineal

• MetodologíaSe realizará presentaciones, se hará discusión sobre el tema de presentación, se realizará prácticas con Matlab/Simulink y elementos relacionados.

Page 3: Universidad Técnica Particular de Loja

Contenido de la presentación

• Introducción a los filtros IIR.

• Característica Básicas

• Métodos de diseño de filtros IIR– Método invariante al impulso– Transformación bilineal

Page 4: Universidad Técnica Particular de Loja

Filtros IIR

• Filtros análogos a digitales– Método invariante al impulso– Transformación bilineal

Page 5: Universidad Técnica Particular de Loja

Filtros análogos

Butterworth (butter) Elíptico (ellip)

Page 6: Universidad Técnica Particular de Loja

Filtros análogos

Chebyshev tipo I Chebishev tipo II

Page 7: Universidad Técnica Particular de Loja

Filtros análogos

Bessel

Page 8: Universidad Técnica Particular de Loja

Contenido de la presentación

• Característica Básicas

• Diseño a partir de polos y ceros

• Filtros FIR– Método de las ventanas– Método Optimo

• Filtros IIR– Transformación bilineal– Método invariante al impulso

Page 9: Universidad Técnica Particular de Loja

LPF fc = 2kHz Orden 5

Frecuencia de corte digital es:wc = 2(2000/20000) = 0.2

La frecuencia de corte análoga se halla con la ecuación:c = (2/T)tan(wc/2) (3.1)c = (2/T)tan(0.2/2) = (2/T)tan(0.1) c = 0.6498/TEl valor T puede ser arbitrario, se toma T=1 c = 0.6498

1

12

z

z

Ts

2tan2 1 T

Page 10: Universidad Técnica Particular de Loja

LPF fc = 2kHz Orden 5

Se calcula en Matlab un filtro Butterwoth análogo con Wc = 0.6498, de orden n=5 con la función:

[num,den] = butter(n,Wn,'s') [num,den] = butter(5,0.6498,'s')

La función de transferencia es:

)6()5()4()3()2(

)6()5()4()3()2()1()(

2345

2345

asasasasas

bsbsbsbsbsbsH

1159.05769.04366.12109.21028.2

1159.0)(

2345

ssssssH

Page 11: Universidad Técnica Particular de Loja

LPF fc = 2kHz Orden 5

Aplicar la transformación bilineal:

• Obtener las raices del numerador y denominador con el comando ‘roots’.

• Reemplazar s por z de acuerdo a la empleando la función ‘bilinear de Matlab’.

• z = roots(num);

• p = roots(den);

• [zd,pd,kd] = bilinear(z,p,k,1);

1

12

z

z

Ts

Page 12: Universidad Técnica Particular de Loja

Contenido de la presentación

• Característica Básicas

• Diseño a partir de polos y ceros

• Filtros FIR– Método de las ventanas– Método Optimo

• Filtros IIR– Transformación bilineal– Método invariante al impulso

Page 13: Universidad Técnica Particular de Loja

Método invariante al impulso

H(s) -> h(t) -> h(nT) -> H(z)

En este método la respuesta al impulso del filtro digital es la versión muestreada de la respuesta al impulso del filtro análogo:

Page 14: Universidad Técnica Particular de Loja

Método invariante al impulso

H(s) -> h(t) -> h(nT) -> H(z)

Ejemplo:

H(s) = C/(s-p)

h(t) = Cept

h(nT) = CepnT

10 1

)(

ze

CzCezH

pTn

npnT

Page 15: Universidad Técnica Particular de Loja

Método invariante al impulso

• Se calcula la frecuencia de corte digital wc definida por: wc = 2p (fc/fs)• Se diseña el filtro Butterworth análogo con frecuencia de corte análoga Wc:

wc = WcT, con T=1 => Wc = wc. • Se emplea el comando

[num,den] = butter(N,Wn,'s');• Se expresa H(s) en fracciones parciales con el comando:

[r,p,k] = residue(num,den);• Se realiza la conversión de polos de s a z con T=1:

H(s) = C/(s-p) H(s) = C/(1- (1/z) exp(pT) ) • Se realiza la conversión:• p -> exp(pT)• Luego se obtienen los coeficientes del numerador y denominador en z

empleando el comando:• [nf,df] = residuez(r,p,k);

Page 16: Universidad Técnica Particular de Loja

Para filtros de alto orden

División en fracciones parciales y paso a z

En Matlab:[r,p,k] = residue(a,b); %en s b: num

[r,p,k] = residuez(b,a); %en z

11

ze

C

ps

CpT

)()(1

)(1

ikzip

ir

Page 17: Universidad Técnica Particular de Loja

Ejemplo

Fracciones parciales en s:b=[1 0.1];a=[1 0.2 0.1*0.1+9];[r,p,k] = residue(b,a);r = 0.5000 0.5000p = -0.1000 + 3.0000i -0.1000 - 3.0000i

9)1.0(

1.0)(

2

s

ssHa

31.0

5.0

31.0

5.0)(

jsjssHa

Page 18: Universidad Técnica Particular de Loja

Ejemplo

11

ze

C

ps

CpT

131.0131.0 1

5.0

1

5.0)(

zeezee

zHjTTjTT

)1(

5.0)(

231.031.0131.0131.0

zeeeezeezeezH

jTTjTTjTTjTT

))3cos2(1(

5.0)(

22.011.0

zeTzezH

TT