{"id":2905,"date":"2022-01-28T17:37:06","date_gmt":"2022-01-28T17:37:06","guid":{"rendered":"https:\/\/techgoggler.com\/it\/?p=2905"},"modified":"2022-11-15T15:38:52","modified_gmt":"2022-11-15T15:38:52","slug":"classificazione-trasformazione-segnali-controllo-digitale","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/techgoggler.com\/it\/classificazione-trasformazione-segnali-controllo-digitale\/","title":{"rendered":"Classificazione e trasformazione dei segnali nel controllo digitale"},"content":{"rendered":"<p>Con riferimento allo schema di un sistema di controllo digitale diretto (DDC) si pu\u00f2 osservare che esso risulta composto, nella maggior parte dei casi, da una parte (attuatore, processo e trasduttore) tempo continua, mentre il regolatore \u00e8 tempo discreto.<\/p>\n<p>Inoltre, sono presenti segnali di vario tipo, digitali all&#8217;interno del regolatore e analogici all&#8217;esterno. Compito dell&#8217;interfaccia \u00e8 quello di provvedere alla conversione dei segnali. E&#8217; necessario quindi, caratterizzare in modo matematico queste conversioni di segnale.<\/p>\n<h2>Classificazione dei segnali nel tempo<\/h2>\n<ul>\n<li><strong>Segnale deterministico<\/strong>. E&#8217; rappresentato da una funzione reale di variabile reale nella quale la variabile indipendente \u00e8 il tempo che verr\u00e0 indicato con t.<\/li>\n<li><strong>Segnali tempo-continui<\/strong>. La variabile indipendente t assume tutti i valori di un insieme continuo, ad esempio l&#8217;intero asse reale. L&#8217;espressione formale \u00e8 s=s(t).<\/li>\n<li><strong>Segnali tempo-discreti<\/strong>. La variabile t assume valori in un insieme numerabile {t<sub>k<\/sub>} ove k \u00e8 un numero intero. Essi sono rappresentati con s=s(t<sub>k<\/sub>) oppure come sequenza temporale {s<sub>k<\/sub>}. Nella maggior parte delle applicazioni gli istanti t<sub>k<\/sub> distano tra loro di un intervallo fisso T: in tal caso si usa anche la notazione s=s(kT) oppure s=s(k).<\/li>\n<\/ul>\n<h2>Classificazione dei segnali in ampiezza<\/h2>\n<ul>\n<li><strong>Segnali continui in ampiezza<\/strong>. La variabile dipendente assume tutti i valori in un insieme continuo.<\/li>\n<li><strong>Segnali discreti in ampiezza (o quantizzati)<\/strong>. La variabile dipendente assume valori in un insieme numerabile che, nella maggioranza dei casi, \u00e8 finito.<\/li>\n<\/ul>\n<p>I segnali deterministici possono quindi essere classificati in:<\/p>\n<ul>\n<li><strong>Segnali analogici<\/strong>. Segnali continui nel tempo e in ampiezza.Ad esempio l&#8217;uscita controllata della catena DDC, l&#8217;uscita di un potenziometro ecc.<\/li>\n<li><strong>Segnali quantizzati<\/strong>. Segnali tempo continui e discreti in ampiezza, come, ad esempio, i segnali di comando dell&#8217;attuatore che sono ottenuti dalla conversione digitale-analogica del dato numerico elaborato dall&#8217;algoritmo.<\/li>\n<li><strong>Segnali digitali (o numerici)<\/strong>. Segnali discreti sia nel tempo che in ampiezza, come, ad esempio, i dati elaborati dall&#8217;algoritmo di controllo di un anello DDC.<\/li>\n<li><strong>Segnali discreti<\/strong>. Segnali discreti nel tempo e continui in ampiezza. Ad esempio, la frequenza istantanea di un treno di impulsi che vengono generati negli istanti di tempo t<sub>k<\/sub> e definita da:<br \/>\n<img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-74e7bb13622c948552b7f747b069c26f_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#102;&#40;&#107;&#41;&#61;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#49;&#125;&#123;&#116;&#95;&#123;&#107;&#125;&#45;&#116;&#95;&#123;&#107;&#45;&#49;&#125;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"32\" width=\"144\" style=\"vertical-align: -11px;\"\/>\n<\/li>\n<\/ul>\n<h2>Trasformazione dei segnali<\/h2>\n<p>Le principali conversioni di segnali in un anello DDC sono le seguenti nel dominio del tempo e della ampiezza.<\/p>\n<p>Nel dominio del tempo:<\/p>\n<ul>\n<li><strong>campionamento<\/strong>. Da tempo continuo a tempo discreto.<\/li>\n<li><strong>interpolazione<\/strong>. Da tempo discreto a tempo continuo.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Nel dominio dell&#8217;ampiezza:<\/p>\n<ul>\n<li><strong>quantizzazione<\/strong>. Da continuo a discreto in ampiezza.<\/li>\n<\/ul>\n<h2>Il campionamento<\/h2>\n<p>Si definisce campionamento ideale l&#8217;operazione che trasforma un segnale tempo continuo s=s(t) in segnale tempo discreto s(t<sub>k<\/sub>) secondo la:<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-d690982cbb85c828116a35ee383eee5f_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#115;&#40;&#116;&#95;&#123;&#107;&#125;&#41;&#61;&#92;&#105;&#110;&#116;&#95;&#123;&#45;&#92;&#105;&#110;&#102;&#116;&#121;&#32;&#125;&#94;&#123;&#43;&#92;&#105;&#110;&#102;&#116;&#121;&#32;&#125;&#115;&#40;&#116;&#41;&#92;&#100;&#101;&#108;&#116;&#97;&#32;&#40;&#116;&#45;&#116;&#95;&#123;&#107;&#125;&#41;&#100;&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"31\" width=\"273\" style=\"vertical-align: -8px;\"\/> <\/p>\n<p>dove &delta;(t) \u00e8 la funzione impulsiva (di Dirac). Il campionamento viene indicato negli schemi a blocchi come un interruttore che si chiude negli istanti t<sub>k<\/sub>.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/01\/idealsampler.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/01\/idealsampler.jpg\" alt=\"Ideal sampling\" width=\"267\" height=\"103\" class=\"alignnone size-full wp-image-2926\" \/><\/a><\/p>\n<p>Nel caso di discontinuit\u00e0 di s(t) in t<sub>k<\/sub> , per convenzione viene considerato il limite destro, cio\u00e8:<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-5731b201628b949373c29c69a9b527d3_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#115;&#40;&#116;&#95;&#123;&#107;&#125;&#41;&#61;&#92;&#100;&#105;&#115;&#112;&#108;&#97;&#121;&#115;&#116;&#121;&#108;&#101;&#32;&#92;&#108;&#105;&#109;&#95;&#123;&#116;&#32;&#92;&#116;&#111;&#32;&#116;&#95;&#123;&#107;&#43;&#125;&#125;&#115;&#40;&#116;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"37\" width=\"170\" style=\"vertical-align: -19px;\"\/> <\/p>\n<p>Se T=t<sub>k<\/sub>-t<sub>k-1<\/sub> \u00e8 costante, il campionamento viene denominato uniforme e T \u00e8 il periodo di campionamento. In un anello di regolazione DDC viene effettuato un campionamento del segnale analogico di retroazione (ed eventualmente anche di quello di riferimento) da parte dell&#8217;interfaccia di ingresso. Il campionamento caratterizza il controllo digitale rispetto a quello analogico, ed \u00e8 presente in tutte le elaborazioni digitali dei segnali anche in settori diversi, come ad esempio le telecomunicazioni o le misure digitali.<\/p>\n<h2>Interpolazione<\/h2>\n<p>La conversione di un segnale a tempo discreto in uno a tempo continuo viene denominata interpolazione e consiste nel fornire un segnale di uscita nell&#8217;intervallo di tempo compreso tra due istanti nei quali \u00e8 definito il segnale di ingresso. Lo schema di interpolatore pi\u00f9 semplice \u00e8 quello che utilizza un <strong>interpolatore polinoomiale di ordine zero<\/strong> H<sub>0<\/sub> (zero order holder <strong>ZOH <\/strong>o semplicemente holder).<\/p>\n<p>Questo opera secondo la:<\/p>\n<p>y(t)=s(t<sub>k<\/sub>) con t<sub>k<\/sub>&le;t&lt;t<sub>k+1<\/sub> come illustrato nella figura:<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/01\/zoh.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/01\/zoh.jpg\" alt=\"zero order holder\" width=\"551\" height=\"178\" class=\"alignnone size-full wp-image-2930\" srcset=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/01\/zoh.jpg 551w, https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/01\/zoh-300x97.jpg 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 551px) 100vw, 551px\" \/><\/a><\/p>\n<p>Questo tipo di interpolatore \u00e8 il pi\u00f9 usato nei sistemi di controllo DDC e rappresenta l&#8217;operazione compiuta dall&#8217;interfaccia di uscita dal sistema a &micro;P per convertire il dato elaborato dall&#8217;algoritmo in un segnale analogico di comando per l&#8217;attuatore. Come si pu\u00f2 notare l&#8217;uscita viene aggiornata solo in istanti discreti nel tempo.<\/p>\n<p>Un altro schema di interpolazione \u00e8 quello che ricorre a un interpolatore del primo ordine H<sub>1<\/sub> (detto anche lineare) nel quale il segnale tempo discreto di ingresso s(t<sub>k<\/sub>) viene trasformato in quello tempo continuo di uscita y(t) secondo la:<\/p>\n<p>y(t)=m(t<sub>k<\/sub>)(t-t<sub>k<\/sub>)+s(t<sub>k<\/sub>) ove t<sub>k<\/sub>&le;t&lt;t<sub>k+1<\/sub> <\/p>\n<p>dove:<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-184d6f08aa2577aeeed130ee5515023f_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#109;&#40;&#116;&#95;&#123;&#107;&#125;&#41;&#61;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#115;&#40;&#116;&#95;&#123;&#107;&#125;&#41;&#45;&#115;&#40;&#116;&#95;&#123;&#107;&#45;&#49;&#125;&#41;&#125;&#123;&#116;&#95;&#123;&#107;&#125;&#45;&#116;&#95;&#123;&#107;&#45;&#49;&#125;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"36\" width=\"203\" style=\"vertical-align: -11px;\"\/> <\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/01\/h1.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/01\/h1.jpg\" alt=\"Interpolatore H1\" width=\"678\" height=\"148\" class=\"alignnone size-full wp-image-2939\" srcset=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/01\/h1.jpg 678w, https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/01\/h1-300x65.jpg 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 678px) 100vw, 678px\" \/><\/a><\/p>\n<p>Un andamento pi\u00f9 dolce dell&#8217;uscita potrebbe essere ottenuto mediante un interpolatore del primo ordine predittore H<sub>ip<\/sub> <\/p>\n<p>Per t<sub>k<\/sub>&le;t&lt;t<sub>k+1<\/sub> <\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-9ce45ac768a589bfd45528d61456fa22_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#121;&#40;&#116;&#41;&#61;&#115;&#40;&#116;&#95;&#123;&#107;&#125;&#41;&#43;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#115;&#40;&#116;&#95;&#123;&#107;&#43;&#49;&#125;&#41;&#45;&#115;&#40;&#116;&#95;&#123;&#107;&#125;&#41;&#125;&#123;&#116;&#95;&#123;&#107;&#43;&#49;&#125;&#45;&#116;&#95;&#123;&#107;&#125;&#125;&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"38\" width=\"270\" style=\"vertical-align: -13px;\"\/> <\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/01\/hip.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/01\/hip.jpg\" alt=\"Interpolatore predittore del primo ordine\" width=\"400\" height=\"244\" class=\"alignnone size-full wp-image-2940\" srcset=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/01\/hip.jpg 400w, https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/01\/hip-300x183.jpg 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 400px) 100vw, 400px\" \/><\/a><\/p>\n<p>ci\u00f2 implica la conoscenza a t<sub>k<\/sub> dell&#8217;ingresso a t<sub>k+1<\/sub>. Naturalmente ci\u00f2 non \u00e8 possibile e, di conseguenza, \u00e8 necessario ritardare il segnale di un intervallo di campionamento, cio\u00e8:<\/p>\n<p>per t<sub>k<\/sub>&le;t&lt;t<sub>k+1<\/sub><\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-8235bab2b9024040827bd243f283b7f2_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#121;&#40;&#116;&#41;&#61;&#115;&#40;&#116;&#95;&#123;&#107;&#45;&#49;&#125;&#41;&#43;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#115;&#40;&#116;&#95;&#123;&#107;&#125;&#41;&#45;&#115;&#40;&#116;&#95;&#123;&#107;&#45;&#49;&#125;&#41;&#125;&#123;&#116;&#95;&#123;&#107;&#125;&#45;&#116;&#95;&#123;&#107;&#45;&#49;&#125;&#125;&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"36\" width=\"293\" style=\"vertical-align: -11px;\"\/> <\/p>\n<h2>Quantizzazione<\/h2>\n<p>Si definisce quantizzazione il processo di discretizzazione dell&#8217;ampiezza di un segnale (continuo o discreto nel tempo). Ci\u00f2 corrsiponde a una operazione non lineare sul segnale di ingresso che, per i cosiddetti quantizzatori lineari, pu\u00f2 essere rappresentata dalla seguente caratteristica:<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/01\/quant.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/01\/quant.jpg\" alt=\"Quantizzazione\" width=\"437\" height=\"330\" class=\"alignnone size-full wp-image-2941\" srcset=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/01\/quant.jpg 437w, https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/01\/quant-300x227.jpg 300w, https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/01\/quant-326x245.jpg 326w, https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/01\/quant-80x60.jpg 80w\" sizes=\"auto, (max-width: 437px) 100vw, 437px\" \/><\/a><\/p>\n<p>ovvero:<\/p>\n<p>Q[s]=n per <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3aebd9c8c978b0148ad1e1e35cc36490_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#40;&#110;&#45;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#49;&#125;&#123;&#50;&#125;&#41;&#113;&#92;&#108;&#101;&#113;&#32;&#115;&#60;&#32;&#40;&#110;&#43;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#49;&#125;&#123;&#50;&#125;&#41;&#113;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"29\" width=\"242\" style=\"vertical-align: -8px;\"\/> <\/p>\n<p>dove n \u00e8 un numero intero e q viene definito passo di quantizzazione o quanto. L&#8217;uscita di un quantizzatore \u00e8 quindi una misura numerica dell&#8217;ingresso espressa, in un opportuno codice, come multipla dell&#8217;unit\u00e0 di misura rappresentata dal quanto q. Un esempio di quantizzatore \u00e8 quello di un encoder di tipo assoluto, nel quale l&#8217;uscita \u00e8 un numero binario, generalmente in codice Gray o binario riflesso, che indica di quanti angoli elementari (quanti) il disco ha ruotato rispetto a una prefissata posizione di zero.<\/p>\n<p>In un sistema DDC l&#8217;operazione di quantizzazione \u00e8 presente nell&#8217;interfaccia di ingresso per i segnali di controreazione analogici, ed eventualmente anche per quelli di riferimento.<\/p>\n<h2>In conclusione<\/h2>\n<p>Sulla base delle definizioni dei segnali e delle loro trasformazioni \u00e8 possibile tracciare il seguente diagramma che indica le trasformazioni che legano i vari tipi di segnale.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/01\/segnali-trasformazioni.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/01\/segnali-trasformazioni.jpg\" alt=\"Trasformazioni tra i segnali\" width=\"678\" height=\"353\" class=\"alignnone size-full wp-image-2936\" srcset=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/01\/segnali-trasformazioni.jpg 678w, https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/01\/segnali-trasformazioni-300x156.jpg 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 678px) 100vw, 678px\" \/><\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<div class=\"mh-excerpt\"><p>Classificazione e trasformazione dei segnali coinvolti in un sistema di controllo digitale diretto (DDC)  <a class=\"mh-excerpt-more\" href=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/classificazione-trasformazione-segnali-controllo-digitale\/\" title=\"Classificazione e trasformazione dei segnali nel controllo digitale\"><\/a><\/p>\n<\/div>","protected":false},"author":10,"featured_media":2952,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[115],"tags":[122,215],"class_list":{"0":"post-2905","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","5":"has-post-thumbnail","7":"category-automatica","8":"tag-controlli","9":"tag-learning"},"yoast_head":"<!-- This site is optimized with the Yoast SEO plugin v27.4 - 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