PID UTN con Incentivos
Código UTN: CCUTIVM0005195TC
Fecha de Inicio: 01/01/2019 - Fecha de Finalización: 31/12/2021
Dirección: Dr. Eduardo ROMERO
Resumen
Los filtros activos son usados en sistemas electrónicos que requieran manipulación de señales en el dominio de la frecuencia, siendo de gran utilidad en muchísimas aplicaciones tales como electrónica de consumo, instrumental médico, aplicaciones automotrices y comunicaciones, entre otras. Esto ha motivado a las comunidades académicas e industriales a invertir esfuerzo en el desarrollo de topologías de circuitos capaces de sintetizar respuestas bien conocidas como las de Chebyshev, Butterworth, Bessel, etc.
En particular, el filtro bicuadrático de segundo orden es ampliamente utilizado en la industria debido a su flexibilidad y a que permite una implementación relativamente directa (al menos para sistemas idealizados y con pocos objetivos de diseño) de filtros de alto orden. Esto puede hacerse mediante la conexión en cascada de secciones de segundo orden, con eventualmente alguna sección de primer orden. Las secciones son frecuentemente implementadas usando topologías activas RC, que emplean amplificadores operacionales (opamps), resistores y capacitores. Por otro lado, procedimientos de diseño muy bien documentados facilitan el trabajo.
Sin embargo, el proceso para obtener valores apropiados para los componentes pasivos en implementaciones activas RC se ha mantenido complejo debido a las limitaciones presentadas por los procedimientos de diseño convencionales, que no tienen en cuenta la discretización de los valores de los componentes.
Una alternativa para evitar los inconvenientes arriba mencionados es recurrir a las denominadas búsquedas exhaustivas. En este enfoque, el diseñador enumera todas las posibles combinaciones de los valores de las series E para las resistencias y capacitores y evalúa la respuesta del filtro bajo esas combinaciones. Usualmente, aún para filtros de escasos componentes, este método requiere un costo computacional no razonable. Por esta razón, se han comenzado a utilizar métodos de búsqueda inteligente para estos propósitos, que permiten obtener buenos resultados en un tiempo razonable. En este contexto, las metaheurísticas se convierten en una opción muy atractiva.
Hasta el presente, las metaheurísticas han sido utilizadas para secciones bicuadráticas considerando solamente objetivos de diseño de filtros tradicionales, como por ejemplo la respuesta en frecuencia. Solo recientemente, nuestro grupo de trabajo ha reportado resultados preliminares que tienen en cuenta la sensibilidad pasiva de los filtros y que configuran un problema considerablemente más complejo. Este problema de diseño debe ser estudiado en profundidad, considerando además otros aspectos que no se han tenido en cuenta hasta ahora por autores previos. Entre otros, se debe mencionar a la influencia del comportamiento real de los amplificadores operacionales (opamps) involucrados, que hace que las características se desvíen de lo deseado. El impacto del ancho de banda del opamp, su velocidad de crecimiento y su ganancia para DC sobre el resultado final del proceso de diseño no ha sido tenido en cuenta hasta ahora en los procedimientos de diseño basados en heurísticas. Tampoco ha sido tratado el tema de filtros en cascada de segundo orden, lo cual conlleva otros problemas como la distribución de ganancias entre las etapas y el apareo de pares de polos y cero, entre otros.
En el presente proyecto se investigará sobre el desempeño de diferentes metaheurísticas tales como algoritmos genéticos, optimización por enjambre de partículas, colonias de hormigas, entre otras, para tratar con el problema de diseño automático de filtros teniendo en cuenta los factores arriba indicados. Se plantearán extensiones a otros tipos de estructuras para filtros de orden superior como los ladder o los leapfrog.