1 o Exame 10 de Janeiro de 2005 Nota: Resolva os problemas do exame em folhas separadas. Justifique todas as respostas e explique os seus

Transcrição

1 i

2 Sinais e Sisemas (LERCI) o Exame 0 de Janeiro de 005 Noa: Resolva os problemas do exame em folhas separadas. Jusifique odas as resposas e explique os seus cálculos.

3 Problema.. Represene graficamene o sinal: em que u() é a função escalão uniário., x() = u( ) u( ), 0 x() = u( + ), < 0 x(). Considere sisemas em que a saída se relaciona com a enrada x aravés das equações: w () = x( ) w () = x( ) w 3 () = Par(x( )) w () = x( ) Classifique cada um dos sisemas quano à linearidade e invariância emporal. w () = x( ) w () = x( ) w 3 () = Par(x( )) = x( ) + x ( ) w () = x( ) sisema linear e invariane no empo sisema linear mas variane no empo (-) sisema linear mas variane no empo (-) sisema não linear (módulo) e variane no empo () 3. Esboce o sinal de saída de cada sisema da alínea anerior quando a enrada for o sinal x() definido na primeira alínea. w_() w_() w_3() w_()

4 Problema. Considere uma plaaforma elevaória para cargas que recebe como enrada um sinal de comando elécrico x() correspondene à alura em meros em que se preende elevar a plaaforma, e que é modelada por um sisema cujo sinal de saída correspondene à alura da plaaforma. Suponha que ese sisema em a seguine resposa ao escalão s() = ( e /τ )u(). Deermine a resposa ao impulso do sisema. h() = d d s() = τ e /τ u(). Dimensione τ por forma a que a plaaforma ao receber uma enrada de x() = 3u() ainge a alura de,97 meros em 3 segundos (considere que e.6 = 0,0).,97 = ( e 3/τ ) e 3/τ = 0,0 τ = 5s 3. Deermine uma expressão para a evolução da alura da plaaforma ao longo do empo quando o sinal de conrolo for x() = ( e 3 )u() y() = h() x() = 5 e /5 u() ( e 3 )u() ( ) ( ) = 5 e /5 u() u() 5 e /5 u() e 3 u() = s() 0 5 e τ/5 e 3( τ) dτ = s() e 3 e τ/5 dτ 5 0 = s() e 3 ( e /5 ) u() ( = 5 e /5 + ) e 3 u() 3

5 Problema 3. Considere um sisema discreo linear e invariane no empo caracerizado pela seguine resposa em frequência: H(e jω ) = e jω 3e jω. Deermine a equação às diferenças que relaciona x(n), o sinal de enrada do sisema, com o sinal de saída y(n). y(n) y(n ) = x(n) x(n ) 3. Deermine a resposa do sisema ao sinal x (n) = ( ) n u(n) X (ω) = e jω Y (ω) = e jω ( 3 e jω )( e jω ) y (n) = = e jω e jω ( ) n ( ) n u(n) 3 u(n) 3 3. Usando o resulado da alínea anerior calcule a resposa do sisema ao sinal: ( ) n x (n) = [u(n) u(n )] x (n) = x (n) ( ) ( ) n u(n ) = x (n) 6 x (n ) y (n) = y (n) 6 y (n )

6 Problema. Considere a composição em cascaa de dois sisemas conínuos lineares e invarianes no empo: x() y() z() S S Sabe-se que o sisema S em como resposa em frequência:, ω < 5π H ( jω) = 0, caso conrário. Sabendo que no sisema S a enrada x e a saída y se relacionam pela equação diferencial: dy() + y() = x() 0π d deermine H ( jω), a resposa em frequência do sisema S. Uma vez que se raa de um SLIT: x() = e jω y() = H (ω)e jω aplicando as propriedades da CTFT: 0π ( jω)h (ω)e jω + H (ω)e jω = e jω H (ω) = + j ω 0π. Considere que a enrada x é o sinal periódico x() = cos(0π) + sin(0π). Deermine o período dese sinal e os coeficienes da sua série de Fourier. O sinal é periódico com período T = 0, s e ω 0 = 0π. Pela fórmula de Euler: x() = e j0π + e j0π + j e j0π j0π e j é fácil concluir:, k = j X k =, k = j, k = 0, caso conrário 3. Deermine o sinal z à saída da composição dos dois sisemas quando a enrada for o sinal da alínea anerior (se não resolveu a primeira alínea considere H ( jω) = j ω 0π ) A série de Fourier da saída será z() = k= H(k0π)X k e jk0π como H(ω) = H (ω)h (ω) = H (ω)h (ω) e H(0π) = H (0π) = 0 H(0π) = H (0π) = + j 0π 0π = e jπ/ = ( j) enão z() = e jπ/ e j0π + e jπ/ j0π e = 5 cos(0π π/)

7 Problema 5. Considere o sisema discreo esável, linear e invariane no empo caracerizado pela seguine função de ransferência: H (z) = + 5 z + z 5 z + z. Deermine a localização dos seus pólos e zeros. Indique a região de convergência. Pólos: 5 5 z + z ± 5 = z = z = z = / Zeros: z + z ± 5 = z = z = z = / Para o sisema ser esável a ROC em de incluir a circunferência de raio uniário: / < z <. Deermine a resposa do sisema ao impulso uniário. Como o grau do numerador não é inferior ao do denominador é preciso fazer a divisão polinomial anes da decomposição em fracções simples: H (z) = + 5 z + z 5 z + z 5z = + 5 z + z = + 0/3 0/3 + z z h(n) = δ(n) 0 ( ) n u(n) ()n u( n ) 3. Considere ambém o sisema: H (z) = H (z) z z Usando os respecivos mapas de pólos e zeros compare H (e jω ) com H (e jω ). Analize a causalidade dos dois sisemas. O sisema juno em cascaa em um zero em z = que anula o pólo de H e adiciona um novo pólo em z = /. Relacionando os módulos da DTFT H (e jω ) = H (e jω jω e ) e jω = H (e jω ) e jω = H (e jω ) ( e jω ) ( e jω ) Ambos os sisemas êm o mesmo módulo da resposa em frequência. O sisema H é esável e não causal mas o sisema H é esável e causal porque em odos os pólos no inerior da circunferência de raio uniário. 6