Tín hiệu và hệ thống bài 2 giới thiệu chung về tín hiệu và hệ thống

Tín Hiệu và Hệ Thống
Bài 2: Giới thiệu chung về
tín hiệu và hệ thống
Đỗ Tú Anh

Bộ môn Điều khiển tự động, Khoa Điện

1


Chương 1: Giới thiệu về tín hiệu
và hệ thống
1.1 Khái niệm tín hiệu và hệ thống
1.2 Phân loại tín hiệu
1.3 Kích cỡ của tín hiệu
1.4 Một số phép toán cơ bản
1.5 Một số dạng tín hiệu tiêu biểu
1.6 Tín hiệu chẵn/lẻ
1.7 Hệ thống
1.8 Phân loại hệ thống
1.9 Ghép nối hệ thống-Sơ đồ khối
EE3000-Tín hiệu và hệ thống

2


Hệ thống
ƒ Hệ thống điện-điện tử: radio và vô tuyến, sonar và
radar, định vị và dẫn hướng, thiết bị sinh học, vệ tinh,
theo dõi và điều khiển súng (quân sự), v.v…
ƒ Hệ thống cơ khí: máy phân tích rung chấn, hệ

thống giảm xóc, loa, máy đo gia tốc, v.v…
ƒ Hệ thống chất lỏng, hệ thống nhiệt
ƒ Hệ thống sinh học, hóa học, hạt nhân
ƒ Hệ thống kinh tế, hệ thống công nghiệp
ƒ…
EE3000-Tín hiệu và hệ thống

3


Hệ thống
ƒ Hệ thống: là mô tả toán học một quá trình thực, liên kết tín hiệu
vào (kích thích) với tín hiệu ra (đáp ứng)
ƒ Một hệ thống được đặc trưng bởi một toán tử T làm nhiệm vụ
biến đổi tín hiệu vào thành tín hiệu ra T ( x(t )) = y (t )

x(t )

Hệ thống
T

y (t )

x [ n]

EE3000-Tín hiệu và hệ thống

y [ n]

y1 (t )

x1 (t )

#
xn (t )

Hệ thống
T

Hệ thống
T

#
ym (t )
4


EE3000-Tín hiệu và hệ thống

5
5


EE3000-Tín hiệu và hệ thống

6
6


EE3000-Tín hiệu và hệ thống

7


EE3000-Tín hiệu và hệ thống

8


EE3000-Tín hiệu và hệ thống

9


EE3000-Tín hiệu và hệ thống

10


EE3000-Tín hiệu và hệ thống

11


EE3000-Tín hiệu và hệ thống

12


EE3000-Tín hiệu và hệ thống

13


14


Chương 1: Giới thiệu về tín hiệu
và hệ thống
1.1 Khái niệm tín hiệu và hệ thống
1.2 Phân loại tín hiệu
1.3 Kích cỡ của tín hiệu
1.4 Một số phép toán cơ bản
1.5 Một số dạng tín hiệu tiêu biểu
1.6 Tín hiệu chẵn/lẻ
1.7 Hệ thống
1.8 Phân loại hệ thống
1.9 Ghép nối hệ thống-Sơ đồ khối
EE3000-Tín hiệu và hệ thống

15


Hệ có nhớ/hệ không nhớ
Systems with memory and without memory
ƒ Hệ không nhớ (hệ tĩnh): giá trị của tín hiệu ra ở thời điểm t0 (bất kỳ)
chỉ phụ thuộc vào giá trị của tín hiệu vào tại t0
– Ví dụ: Điện trở lý tưởng

v(t0 ) = Ri (t0 )

ƒ Hệ có nhớ (hệ động): giá trị của tín hiệu ra ở thời điểm t0 (bất kỳ)
phụ thuộc vào cả các giá trị khác, ngoài giá trị tại t0, của tín hiệu vào
– Các giá trị tín hiệu vào khác có thể là quá khứ (t < t0), hoặc tương
lai (t > t0)
t
– Ví dụ: Tụ điện

EE3000-Tín hiệu và hệ thống

1 0
v(t0 ) = ∫ i (t )dt
C −∞

16


Hệ nhân quả/hệ phi nhân quả
Causal and noncausal systems
ƒ Hệ nhân quả: tín hiệu ra ở thời điểm t0 (bất kỳ) chỉ phụ thuộc vào
các giá trị của tín hiệu vào với t ≤ t0
– Đáp ứng không bao giờ đi trước kích thích của nó
– Ví dụ: Tất cả các hệ thống không có nhớ (hệ tĩnh) đều là hệ nhân
quả, điều ngược lại không đúng
Các hệ thống thời gian thực phải là các hệ nhân quả

ƒ Hệ phi nhân quả (hệ tiên đoán): không phải hệ nhân quả
EE3000-Tín hiệu và hệ thống

17

Hệ nhân quả/hệ phi nhân quả
Causal and noncausal systems
ƒ Hệ phi nhân quả

Đáp ứng xuất hiện trước kích thích
ƒ Không thực hiện được hệ thống trong
thời gian thực
ƒ Phải làm trễ để hệ thành nhân quả
EE3000-Tín hiệu và hệ thống

18


Hệ tuyến tính/hệ phi tuyến
Linear and nonlinear systems
ƒ Hệ tuyến tính: thỏa mãn hai tính chất
–Tính cộng (Additivity)

–Tính đồng nhất (Homogeneity)

EE3000-Tín hiệu và hệ thống

19


Hệ tuyến tính/hệ phi tuyến
Linear and nonlinear systems
ƒ Hệ tuyến tính: thỏa mãn nguyên lý xếp chồng (superposition)

T [ a1 x1 (t ) + a2 x2 (t ) ] = a1T [ x1 (t ) ] + a2T [ x2 (t ) ]

– Tín hiệu vào là 0 thì tín hiệu ra là 0
ƒ Hệ phi tuyến: không thỏa mãn nguyên lý xếp chồng

EE3000-Tín hiệu và hệ thống

20


Hệ tuyến tính/hệ phi tuyến
Linear and nonlinear systems

– Điện trở, tụ điện

Tuyến tính

–

Phi tuyến

– y (t ) = 3 x (t ) + 4

Affine

x(t )

Hệ tuyến
tính

w(t )

+

y (t )

y0 (t )
EE3000-Tín hiệu và hệ thống

21


Các ví dụ
ƒ Khuếch đại lý tưởng

ƒ Khuếch đại thực

EE3000-Tín hiệu và hệ thống

22


Các ví dụ
ƒ Mạch điện tử với diode

EE3000-Tín hiệu và hệ thống

23

Các ví dụ
ƒ Điều chế biên độ (Amplitude Modulation-AM)

fc là tần số sóng mang (tần
số trạm radio)
A là hằng số
Tuyến tính

EE3000-Tín hiệu và hệ thống

24


Các ví dụ
ƒ Điều chế tần số (Frequency Modulation-AM)

fc là tần số sóng mang (tần số trạm radio)
A và kf là hằng số

Phi tuyến
EE3000-Tín hiệu và hệ thống

25