Μετάβαση στο περιεχόμενο

Θεωρία Σημάτων και Συστημάτων — Φεβρουάριος 2021 (α)

Η μεταγραφή προέρχεται από τα αρχεία fevrouarios_2021.pdf (αρχικό PDF χωρίς επίπεδο κειμένου, μεταγραφή ελεγμένη σελίδα προς σελίδα), Screenshot_2021-02-18_095445.png, Screenshot_2021-02-18_095528.png και unknown.png.

fevrouarios_2021.pdf (σελ. 1-15)

Σημείωση: η σελίδα 8 έως 11 του αρχείου περιέχει σημειωμένες επιλογές απαντήσεων φοιτητή, που δεν μεταγράφονται.

Πώς συνδέονται τα σήματα \(x(t)\) και \(y(t)\) που περιγράφονται στα παρακάτω σχήματα;

[Σχήμα: Δύο διαγράμματα σημάτων \(x(t)\) και \(y(t)\) σε συνάρτηση με το \(t\). Το \(x(t)\) είναι τριγωνικός παλμός με κορυφή στο \(t=0\) και μηδενίζεται στα \(t=-2\) και \(t=1\). Το \(y(t)\) είναι τριγωνικός παλμός με κορυφή στο \(t=2\) και μηδενίζεται στα \(t=1\) και \(t=4\).]

  • [ ] y(t)=x(-t+2)
  • [ ] y(t)=x(t+3)
  • [ ] y(t)=x(-t+3)
  • [ ] y(t)=x(-(t+3))

Το παρακάτω σύστημα

\[y(t) = \frac{1}{T} \int_t^{T+t} x(t - \tau) d\tau\]

είναι:

  • [ ] Γραμμικό και Χρονικά Αμετάβλητο
  • [ ] Γραμμικό και Χρονικά Μεταβαλλόμενο
  • [ ] Μη Γραμμικό και Χρονικά Αμετάβλητο
  • [ ] Μη Γραμμικό και Χρονικά Μεταβαλλόμενο

Αν

\[H(e^{j\omega}) = e^{-j60\omega}\]

ποιό σχήμα από τα παρακάτω αντιστοιχεί στην κρουστική απόκριση \(h(n)\) του διακριτού χρόνου συστήματος;

[Σχήμα: Τρία διαγράμματα κρουστικής απόκρισης διακριτού χρόνου. (a) Παλμός με τιμή 1 στο \(n=60\). (b) Παλμός με τιμή 1 στο \(n=-60\). (c) Δύο παλμοί με τιμή 1 στα σημεία \(n=-60\) και \(n=60\).]

  • [ ] a
  • [ ] b
  • [ ] c

Αν \(x(t) = \sum_{-\infty}^\infty \delta(t - nT)\) με \(T = \frac{2\pi}{\Omega_0}\), τότε

  • [ ] \(X(j\Omega) = \Omega_0 \sum_{n=-\infty}^\infty \delta(\Omega - n\Omega_0)\)
  • [ ] \(X(j\Omega) = \Omega_0 \sum_{n=0}^\infty \delta(\Omega - n\Omega_0)\)
  • [ ] \(X(j\Omega) = \Omega_0 \sum_{n=-\infty}^\infty \delta(\Omega + n\Omega_0)\)
  • [ ] \(X(j\Omega) = \Omega_0 \sum_{n=0}^\infty \delta(\Omega + n\Omega_0)\)

Αν

\[H(s) = \frac{s}{s^2 + \Omega_0^2}, \ Re\{s\} < 0\]

ποια από τις παρακάτω τιμές είναι σωστή;

  • [ ] \(h(0^-) = 1\)
  • [ ] \(h(0^-) = 0\)
  • [ ] \(h(0^-) = \frac{1}{\Omega_0^2}\)
  • [ ] \(h(0^-) = \Omega_0^2\)

Ποια η περιοχή σύγκλισης του Μετασχηματισμού \(\mathbb{Z}\) του σήματος διακριτού χρόνου

\[x(n) = \alpha^n u(n) - \beta^n u(-(n+1)), |\beta| > |\alpha|\]
  • [ ] \(z : |\alpha| < z < |\beta|\)
  • [ ] \(z : |\beta| < z < |\alpha|\)
  • [ ] \(z : |z| > |\beta|\)
  • [ ] \(z : |z| < |\alpha|\)

Αν η συρρικνούμενη συνάρτηση μεταφοράς ενός αιτιατού συστήματος είναι

\[H(s) = \frac{s - 3}{(s^2 - 9)(s^2 + 2s + 1)}\]

το σύστημα είναι:

  • [ ] ΦΕΦΕ ευσταθές
  • [ ] Ασταθές
  • [ ] Ασυμπτωτικά ευσταθές
  • [ ] Κρίσιμα ευσταθές

Δίνεται το σύστημα στο χώρο κατάστασης

\[A = \begin{bmatrix} 3 & 1 \\ 0 & -3 \end{bmatrix}, \ b = \begin{bmatrix} 3 \\ 3 \end{bmatrix}, \ c = \begin{bmatrix} -1 \\ 2 \end{bmatrix}\]

Το σύστημα είναι:

  • [ ] Ευσταθές
  • [ ] Ασταθές με δυνατότητα σταθεροποίησης
  • [ ] Ασταθές χωρίς δυνατότητα σταθεροποίησης
  • [ ] Ευσταθές και παρατηρήσιμο

Με ποιά από τις παρακάτω κρουστικές αποκρίσεις μπορεί να αντικατασταθεί η κρουστική απόκριση του παραπάνω συστήματος;

[Σχήμα: Σύστημα σε σειρά αποτελούμενο από βαθμίδα \(\exp()\) με είσοδο \(x(t)\) και έξοδο \(y(t)\), ακολουθούμενο από βαθμίδα \(\ln()\) με είσοδο \(y(t)\) και έξοδο \(z(t)\).]

  • [ ] \(\delta(t)\)
  • [ ] \(u(t)\)
  • [ ] \(\delta'(t)\) (πρώτη παράγωγος της \(\delta(t)\))
  • [ ] \(x(0)\delta(t)\)

Αν

\[A = \begin{bmatrix} \alpha_1 & 2 \\ 0 & 1 \end{bmatrix}, \ b = \begin{bmatrix} 2 \\ -2 \end{bmatrix}, \ c = \begin{bmatrix} 1 \\ c_2 \end{bmatrix}\]

Ποιές από τις παρακάτω τιμές εξασφαλίζουν ότι το σύστημα είναι παρατηρήσιμο και ελέγξιμο;

  • [ ] \(a_1 = 2 \text{ και } c_2 = 2\)
  • [ ] \(a_1 > 2 \text{ και } c_2 = 2\)
  • [ ] \(a_1 > 3 \text{ και } c_2 = 2\)
  • [ ] \(a_1 = 3 \text{ και } c_2 > 2\)

Αν η σχέση εισόδου - εξόδου ενός συστήματος είναι

\[y(t) = x(\alpha t), \ \mu\epsilon \ 0 < \alpha < 1\]

το σύστημα είναι :

  • [ ] Γραμμικό και Χρονικά Αμετάβλητο
  • [ ] Μη γραμμικό και Χρονικά Αμετάβλητο
  • [ ] Γραμμικό και Χρονικά Μεταβαλλόμενο
  • [ ] Μη γραμμικό και Χρονικά Μεταβαλλόμενο

Ερώτηση 10 / 10 (Πολλαπλής Επιλογής (Μοναδική Απάντηση) — 1 βαθμός)

Δίνεται το σύστημα στο χώρο κατάστασης

\[A = \begin{bmatrix} 3 & 2 \\ 0 & -1 \end{bmatrix}, \ b = \begin{bmatrix} 2 \\ -2 \end{bmatrix}, \ c = \begin{bmatrix} 1 \\ 3/2 \end{bmatrix}\]

Το σύστημα είναι:

  • [ ] Παρατηρήσιμο και Ελέγξιμο
  • [ ] Μόνο Παρατηρήσιμο
  • [ ] Μόνο Ελέγξιμο
  • [ ] Ούτε Παρατηρήσιμο ούτε Ελέγξιμο

Αν

\[H(e^{j\omega}) = e^{-j60\omega}\]

ποιό σχήμα από τα παρακάτω αντιστοιχεί στην κρουστική απόκριση \(h(n)\) του διακριτού χρόνου συστήματος;

[Σχήμα: Τρία διαγράμματα κρουστικής απόκρισης διακριτού χρόνου. (a) Παλμός με τιμή 1 στο \(n=60\). (b) Παλμός με τιμή 1 στο \(n=-60\). (c) Δύο παλμοί με τιμή 1 στα σημεία \(n=-60\) και \(n=60\).]

  • [ ] a
  • [ ] b
  • [ ] c

Τι εκφράζει η ακόλουθη σχέση

\[h(t) = c^t L^{-1}\{(sI - A)^{-1}\}b + d\delta(t)\]
  • [ ] Απόκριση μηδενικής εισόδου
  • [ ] Απόκριση συχνότητας
  • [ ] Απόκριση μηδενικής κατάστασης
  • [ ] Συνάρτηση Μεταφοράς
  • [ ] Κρουστική απόκριση

Ερώτηση 8 / 10 (Πολλαπλής Επιλογής (Μοναδική Απάντηση) — 1 βαθμός)

Αν η συρρικνούμενη συνάρτηση μεταφοράς ενός αιτιατού συστήματος είναι

\[H(s) = \frac{s - 3}{(s^2 - 9)(s^2 + 2s + 1)}\]

το σύστημα είναι:

  • [ ] ΦΕΦΕ ευσταθές
  • [ ] Ασταθές
  • [ ] Ασυμπτωτικά ευσταθές
  • [ ] Κρίσιμα ευσταθές

Screenshot_2021-02-18_095445.png

Αν \(X(j\Omega)\), \(Y(j\Omega)\) γενικευμένοι μετασχηματισμοί Fourier και \(j\Omega X(j\Omega) = j\Omega Y(j\Omega)\) τι από τα παρακάτω ισχύει;

  • [ ] \(X(j\Omega) = Y(j\Omega)\)
  • [ ] \(X(j\Omega) = Y(j\Omega) + \lambda\delta(\Omega)\)
  • [ ] \(X(j\Omega) = Y(j\Omega) + \lambda\)
  • [ ] \(X(j\Omega) = Y(j\Omega) + \lambda u(\Omega)\)

Screenshot_2021-02-18_095528.png

Αν $\(H(z) = \frac{z}{z-\alpha}, \ 0 < \alpha < 1, \ |z| > |\alpha|\)$

ποιο απο τα παρακάτω ισχύει;

  • [ ] Το σύστημα είναι αιτιατό και μη γραμμικό
  • [ ] Το σύστημα είναι Γραμμικό Χρονικά Αμετάβλητο και αιτιατό
  • [ ] Το σύστημα είναι αντιαιτιατό
  • [ ] Το σύστημα είναι μη γραμμικό

unknown.png

Δίνεται η είσοδος $\(x(t) = \sin(\Omega_0 t)\)$ και η έξοδος ενός συστήματος $\(y(t) = \cos(\Omega_0 t - \frac{\pi}{2}).\)$ Το σύστημα είναι: - [ ] Μόνο Γραμμικό - [ ] Μόνο Χρονικά Αμετάβλητο - [ ] Γραμμικό και Χρονικά Αμετάβλητο - [ ] Μη γραμμικό

Λύσεις (⚪ AI, μη επαληθευμένο)

Κατάσταση: ⚪ AI, μη επαληθευμένο Πηγή: λύσεις AI (antigravity-gemini, gemini-3.7-flash, sonnet), ανεξάρτητη επανάληψη και αντιπαραβολή· καμία δεν έχει ελεγχθεί από άνθρωπο

Προσοχή

Λύση από AI — ελέγξτε την· δεν έχει επαληθευτεί από άνθρωπο. Η ένδειξη «δύο λύσεις συμφωνούν» δεν σημαίνει ότι η απάντηση είναι σωστή.

AI λύσεις — 2021-02-a

Οι λύσεις γράφτηκαν από μοντέλα AI και δεν έχουν ελεγχθεί από άνθρωπο. Η αρίθμηση ακολουθεί το αρχείο θεμάτων.

Θέμα 1

Αξιοπιστία: μία λύση AI, δεν έχει αντιπαραβληθεί με δεύτερη · εμπιστοσύνη λύτη: υψηλή

Το \(x\) έχει κορυφή στο \(0\) (αριστερό σκέλος μήκους 2, δεξί 1)· το \(y\) κορυφή στο \(2\) (αριστερό 1, δεξί 2). Τα σκέλη έχουν αντιστραφεί, άρα \(y(t)=x(-t+c)\). Κορυφή: \(-2+c=0\Rightarrow c=2\). Έλεγχος: \(y(1)=x(1)=0\), \(y(4)=x(-2)=0\). \(y(t)=x(-t+2)\)

Θέμα 2

Αξιοπιστία: μία λύση AI, δεν έχει αντιπαραβληθεί με δεύτερη · εμπιστοσύνη λύτη: υψηλή

Με \(s=t-\tau\): \(y(t)=\frac1T\int_{-T}^{0}x(s)\,ds\). Είναι γραμμικό (ολοκλήρωμα του \(x\)). Η έξοδος δεν εξαρτάται από το \(t\), άρα μετατόπιση της εισόδου δεν μετατοπίζει την έξοδο: η απόκριση στο \(x(\cdot-t_0)\) είναι \(\frac1T\int_{-T}^0x(s-t_0)ds\neq y(t-t_0)\). Γραμμικό και χρονικά μεταβαλλόμενο.

Θέμα 3 (και επανάληψη, Θέμα 13)

Αξιοπιστία: μία λύση AI, δεν έχει αντιπαραβληθεί με δεύτερη · εμπιστοσύνη λύτη: υψηλή

\(H=e^{-j60\omega}\) είναι καθυστέρηση 60 δειγμάτων: \(h(n)=\delta(n-60)\). Σχήμα (a).

Θέμα 4

Αξιοπιστία: μία λύση AI, δεν έχει αντιπαραβληθεί με δεύτερη · εμπιστοσύνη λύτη: υψηλή

Ο συρμός δ έχει σειρά Fourier με \(c_k=1/T=\Omega_0/2\pi\), άρα \(X(j\Omega)=2\pi\sum_k c_k\delta(\Omega-k\Omega_0)\). \(X(j\Omega)=\Omega_0\sum_{n=-\infty}^{\infty}\delta(\Omega-n\Omega_0)\) (1η επιλογή).

Θέμα 5

Αξιοπιστία: μία λύση AI, δεν έχει αντιπαραβληθεί με δεύτερη · εμπιστοσύνη λύτη: χαμηλή

\(H(s)=\frac12\left[\frac1{s-j\Omega_0}+\frac1{s+j\Omega_0}\right]\) με \(\mathrm{Re}\,s<0\), δηλ. περιοχή αριστερά των πόλων (αντιαιτιατό): \(h(t)=-\cos(\Omega_0t)\,u(-t)\), άρα \(h(0^-)=-1\). Καμία επιλογή δεν είναι \(-1\)· πιθανότατα η 1η (\(|h(0^-)|=1\)), αν ο εξεταστής αγνόησε το πρόσημο. \(h(0^-)=-1\) (πλησιέστερη επιλογή: «=1») — αβέβαιο.

Θέμα 6

Αξιοπιστία: μία λύση AI, δεν έχει αντιπαραβληθεί με δεύτερη · εμπιστοσύνη λύτη: υψηλή

Το \(\alpha^nu(n)\) συγκλίνει για \(|z|>|\alpha|\), το \(-\beta^nu(-n-1)\) για \(|z|<|\beta|\). Τομή: \(|\alpha|<|z|<|\beta|\) (1η επιλογή).

Θέμα 7 (και επανάληψη, Θέμα 15)

Αξιοπιστία: μία λύση AI, δεν έχει αντιπαραβληθεί με δεύτερη · εμπιστοσύνη λύτη: μέτρια

Απλοποίηση του \((s-3)\): \(H(s)=\frac1{(s+3)(s+1)^2}\), πόλοι \(-3,-1,-1\) στο αριστερό ημιεπίπεδο ⇒ φραγμένη είσοδος–φραγμένη έξοδος. Επειδή δίνεται μόνο η συνάρτηση μεταφοράς, ο απλοποιημένος πόλος \(s=3\) μπορεί να υπάρχει κρυμμένος στην κατάσταση, οπότε ασυμπτωτική (εσωτερική) ευστάθεια δεν εξασφαλίζεται. ΦΕΦΕ ευσταθές.

Θέμα 8

Αξιοπιστία: μία λύση AI, δεν έχει αντιπαραβληθεί με δεύτερη · εμπιστοσύνη λύτη: υψηλή

Ιδιοτιμές \(3,-3\) ⇒ ασταθές. Ελεγξιμότητα: \([b\;Ab]=\begin{bmatrix}3&12\\3&-9\end{bmatrix}\), \(\det=-63\ne0\) ⇒ ελέγξιμο ⇒ σταθεροποιήσιμο (έλεγχος με Python). Ασταθές με δυνατότητα σταθεροποίησης.

Θέμα 9

Αξιοπιστία: μία λύση AI, δεν έχει αντιπαραβληθεί με δεύτερη · εμπιστοσύνη λύτη: υψηλή

\(z=\ln(e^{x})=x\): το σύστημα σε σειρά είναι ταυτότητα, \(h(t)=\delta(t)\).

Θέμα 10

Αξιοπιστία: μία λύση AI, δεν έχει αντιπαραβληθεί με δεύτερη · εμπιστοσύνη λύτη: υψηλή

Ελεγξιμότητα: \(\det[b\;Ab]=4a_1-12\neq0\iff a_1\ne3\). Παρατηρησιμότητα: \(\det\begin{bmatrix}c^T\\c^TA\end{bmatrix}=2+c_2-a_1c_2\ne0\). Για \(c_2=2\): \(4-2a_1\neq 0\iff a_1\ne2\). Επιλογές: (α) \(a_1=2,c_2=2\) ⇒ μη παρατηρήσιμο· (β) περιλαμβάνει \(a_1=3\) ⇒ δεν εξασφαλίζεται ελεγξιμότητα· (δ) \(a_1=3\) ⇒ μη ελέγξιμο. \(a_1>3\) και \(c_2=2\) (3η επιλογή). (Επαλήθευση με Python.)

Θέμα 11

Αξιοπιστία: μία λύση AI, δεν έχει αντιπαραβληθεί με δεύτερη · εμπιστοσύνη λύτη: υψηλή

Γραμμικό (η κλιμάκωση χρόνου είναι γραμμική πράξη). Η είσοδος \(x(t-t_0)\) δίνει \(x(\alpha t-t_0)\), ενώ \(y(t-t_0)=x(\alpha t-\alpha t_0)\) — διαφορετικά. Γραμμικό και χρονικά μεταβαλλόμενο.

Θέμα 12

Αξιοπιστία: μία λύση AI, δεν έχει αντιπαραβληθεί με δεύτερη · εμπιστοσύνη λύτη: υψηλή

\([b\;Ab]=\begin{bmatrix}2&2\\-2&2\end{bmatrix}\), \(\det=8\ne0\) ⇒ ελέγξιμο. \(\begin{bmatrix}c^T\\c^TA\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}1&3/2\\3&1/2\end{bmatrix}\), \(\det=-4\neq0\) ⇒ παρατηρήσιμο. Παρατηρήσιμο και ελέγξιμο.

Θέμα 14

Αξιοπιστία: μία λύση AI, δεν έχει αντιπαραβληθεί με δεύτερη · εμπιστοσύνη λύτη: υψηλή

Η σχέση είναι ο αντίστροφος Laplace της \(c^T(sI-A)^{-1}b+d\). Κρουστική απόκριση.

Θέμα 16

Αξιοπιστία: μία λύση AI, δεν έχει αντιπαραβληθεί με δεύτερη · εμπιστοσύνη λύτη: υψηλή

\(j\Omega(X-Y)=0\). Επειδή \(\Omega\delta(\Omega)=0\), η \(X-Y\) μπορεί να είναι πολλαπλάσιο του \(\delta(\Omega)\) (σταθερά στο πεδίο του χρόνου). \(X(j\Omega)=Y(j\Omega)+\lambda\delta(\Omega)\).

Θέμα 17

Αξιοπιστία: μία λύση AI, δεν έχει αντιπαραβληθεί με δεύτερη · εμπιστοσύνη λύτη: υψηλή

\(H(z)=\frac{z}{z-\alpha}\), \(|z|>\alpha\) ⇒ \(h(n)=\alpha^nu(n)\), δεξιόπλευρη (αιτιατή)· η \(H(z)\) περιγράφει ΓΧΑ σύστημα, ευσταθές (\(\alpha<1\)). Γραμμικό, χρονικά αμετάβλητο και αιτιατό.

Θέμα 18

Αξιοπιστία: λύθηκε με βάση τις φωτογραφίες του θέματος· μία λύση AI

Επιλογή: Γραμμικό και Χρονικά Αμετάβλητο (3η επιλογή).

Αιτιολόγηση

Από την τριγωνομετρική ταυτότητα: $\(\cos\left(\Omega_0 t - \frac{\pi}{2}\right) = \sin(\Omega_0 t)\)$ προκύπτει ότι η έξοδος ταυτίζεται με την είσοδο: $\(y(t) = x(t)\)$ Η σχέση \(y(t) = x(t)\) περιγράφει το σύστημα ταυτότητας, το οποίο ικανοποιεί τόσο την αρχή της υπέρθεσης (γραμμικότητα: \(T\{a x_1 + b x_2\} = a x_1 + b x_2 = a T\{x_1\} + b T\{x_2\}\)) όσο και τη χρονική αμεταβλητότητα (\(T\{x(t - t_0)\} = x(t - t_0) = y(t - t_0)\)). Επιπλέον, η διατήρηση της συχνότητας \(\Omega_0\) χωρίς παραγωγή αρμονικών είναι χαρακτηριστική ιδιότητα των ΓΧΑ συστημάτων (\(H(j\Omega_0) = 1\)).

Παρατήρηση: Από αυστηρή μαθηματική άποψη, ένα μεμονωμένο ζεύγος εισόδου-εξόδου δεν αποδεικνύει τη συμπεριφορά για κάθε είσοδο (θα μπορούσε να υπάρχει παθολογικό μη γραμμικό σύστημα που να συμπίπτει στη συγκεκριμένη είσοδο). Εφόσον όμως στο τεστ πολλαπλής επιλογής δεν υπάρχει επιλογή «δεν μπορεί να προσδιοριστεί», θεωρείται ως νόμος του συστήματος η ταυτότητα \(y(t) = x(t)\), οδηγώντας μονοσήμαντα στην επιλογή «Γραμμικό και Χρονικά Αμετάβλητο».

✔ Επιβεβαίωσε · ✖ Βρήκα λάθος


✖ Βρήκα λάθος στη μεταγραφή