Fundamentos de Sinais e Sistemas: Teoria e Aplicações

O que é um sinal?

É uma função de uma ou mais variáveis que veicula informações sobre a natureza de um fenômeno físico.

• Sinal Unidimensional: Quando a função depende de uma única variável. Um exemplo é o sinal de fala, cuja amplitude varia com o tempo.
• Sinal Multidimensional: Quando a função depende de duas ou mais variáveis. Uma imagem é um exemplo, com as coordenadas horizontais e verticais da imagem representando as duas dimensões.

O que é um sistema?

Uma entidade que manipula um ou mais sinais para realizar uma função, produzindo, assim, novos sinais. A interação entre um sistema e seus sinais associados é ilustrada esquematicamente da seguinte forma:

ENTRADA → SISTEMA → SAÍDA

Exemplo: Em um sistema de reconhecimento automático de quem fala, o sinal de entrada é a fala, o sistema é o computador e o sinal de saída é o reconhecimento da identidade do locutor.

Sistemas de Comunicação

Os elementos fundamentais de um sistema de comunicação são:

• Transmissor: Modifica o sinal da mensagem para uma forma apropriada para ser transmitida por um canal.
• Canal: Pode ser de fibra óptica, cabo coaxial, canal de satélite ou canal de rádio móvel.
• Receptor: Processa a saída do canal para produzir uma estimativa do sinal da mensagem original.

Exemplos: Computador, TV analógica e TV digital.

Sistemas de Controle

O controle de sistemas físicos é generalizado na aplicação de sinais e sistemas em nossa sociedade industrial. O objeto a ser controlado comumente é chamado de planta. Do ponto de vista da engenharia, as duas metas mais importantes são:

1. Regulação: Obtenção de uma resposta satisfatória. Diz-se que uma planta produz uma resposta satisfatória se sua saída segue ou acompanha uma entrada de referência.
2. Desempenho Robusto: Diz-se que um sistema de controle é robusto se ele exibe boa regulação, apesar da presença de perturbações externas (por exemplo, turbulências que afetam o voo de uma aeronave) e na presença de mudanças nos parâmetros da planta devido a condições ambientais.

O controlador impulsiona a planta, cuja saída perturbada impulsiona os sensores. O sinal de realimentação resultante é subtraído da entrada de referência para produzir um sinal de erro, o qual, por sua vez, impulsiona o controlador. A malha de realimentação é, deste modo, fechada.

Exemplos: Piloto automático de aviões, usinas elétricas e robôs.