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Diagrama de blocos com dsp/TikZ para cancelamento de feedback adaptativo

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Diagrama de blocos com dsp/TikZ para cancelamento de feedback adaptativo

Olá amantes do tex gráfico :) Estou tentando desenhar um diagrama no TikZ o mais próximo possível deste: insira a descrição da imagem aqui

Estou usando a biblioteca dsp TikZ e acho que minha tentativa está indo na direção certa; no entanto, há algumas coisas que não consegui configurar corretamente, como você pode ver no MWE

\documentclass{article}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{dsp,chains}
\begin{document}

\begin{tikzpicture}

% Blocks and nodes
\node[dspnodeopen,dsp/label=below] (ns) {$v(t)$}; 
\node[dspmultiplier,left=of ns,fill=gray] (mic) {};
\node[dspadder,left=of mic,left=1.5cm] (add) {};
\node[coordinate,left=of add,left=2.35cm]                  (fp1) {};
\node[dspfilter,above=of fp1,above=1.5cm]                     (gain) {$G$};
\node[coordinate,above=of gain,above=1.5cm]                  (fp2) {};
\node[dspnodefull,right=of fp2,right=2.55cm]                  (adnode) {$u(t)$};
\node[dspfilter,right=of gain,right=1.15cm]                     (adfilt) {$\hat{F}$};
\node[dspsquare,right=of fp2,right=4cm]                  (ls) {};
\node[dspfilter,right=of gain,right=4cm]                  (feedback) {F};
\node[dspnodefull,left=of add]                  (afupd1) {};
\node[coordinate,above=of afupd1,above=1cm]                  (afupd2) {};
\node[coordinate,right=of adfilt,above=3.5cm,right=0.5cm]                  (afupd3) {};
% Connections
\draw[dspconn] (ns) -- (mic);
\draw[dspline] (mic) -- node[midway,below=0.09cm] {$y(t)$} (add);
\draw[dspline] (add) -- node[midway,below] {$d[t,\hat{\mathbf{f}}(t)]$} (fp1);
\draw[dspline,dashed] (afupd1) -- (afupd2);
\draw[dspconn,dashed] (afupd2) -- (afupd3);
\draw[dspconn] (fp1) -- (gain);
\draw[dspline] (gain) -- (fp2);
\draw[dspline] (fp2) -- (adnode);
\draw[dspline] (adnode) -- (ls);
\draw[dspconn] (adnode) -- (adfilt);
\draw[dspconn] (adfilt) -- node[midway,right] {$\hat{y}[t |\hat{\mathbf{f}}(t)]$} (add);
\draw[dspconn] (ls) -- (feedback);
\draw[dspconn] (feedback) -- (mic);

 \end{tikzpicture}

 \end{document}

Esta é a aparência do meu MWE:

insira a descrição da imagem aqui

Ou seja, as coisas que não consegui recriar adequadamente são:

  1. os símbolos do microfone e do alto-falante (aqueles blocos cinza)
  2. o alinhamento vertical dos blocos de filtro
  3. o posicionamento correto da linha olíqua tracejada (deve cortar o bloco com \hat{F} bem no meio)
  4. linhas curvas de e para o bloco de filtro com F
  5. sinais de mais e menos no somador.

Alguém está disposto a ajudar este pobre usuário do TikZ?

Obrigado ;)

Responder1

Uma possibilidade:

\documentclass{article}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{dsp,chains,calc,shapes.geometric}

\begin{document}

\begin{tikzpicture}

% Blocks and nodes
\node[dspnodeopen,dsp/label=below] 
  (ns) {$v(t)$}; 
\node[left=of ns,fill=gray,circle,draw] 
  (mic) {};
\draw ([yshift=8pt]mic.east) -- ([yshift=-8pt]mic.east);
\node[dspadder,left=of mic,left=1.5cm,label={above right:$-$},label={below right:$+$}] 
  (add) {};
\node[coordinate,left=of add,left=2.35cm]
  (fp1) {};
\node[dspfilter,minimum height=2cm,above=of fp1,above=1.5cm]
  (gain) {$G$};
\node[coordinate,above=of gain,above=1.5cm]
  (fp2) {};
\node[dspnodefull,right=of fp2,right=2.55cm]
  (adnode) {$u(t)$};
\node[dspfilter,minimum height=2cm,right=of gain,right=1.15cm] 
  (adfilt) {$\hat{F}$};
\node[draw,right= 4cm of fp2,fill=gray,trapezium,shape border rotate=90,shape border uses incircle]
  (ls) {};
\draw ([yshift=-10pt]ls.west) -- ([yshift=10pt]ls.west);
\node[dspfilter,minimum height=2cm,right=of gain,right=4cm]
  (feedback) {F};
\node[dspnodefull,left=of add]
  (afupd1) {};
\node[coordinate,above=of afupd1,above=1cm]
  (afupd2) {};
\coordinate (aux) at ([yshift=-4pt]adfilt.center);
% Connections

\draw[dspconn] (ns) -- (mic);
\draw[dspconn] (mic) -- node[midway,below=0.09cm] {$y(t)$} (add);
\draw[dspline] (add) -- node[midway,below] {$d[t,\hat{\mathbf{f}}(t)]$} (fp1);
\draw[dspline,dashed] (afupd1) -- (afupd2);
\draw[dspconn,dashed] (afupd2) -- ( $ (afupd2)!2.7cm!(aux) $ );
\draw[dspconn] (fp1) -- (gain);
\draw[dspline] (gain) -- (fp2);
\draw[dspline] (fp2) -- (adnode);
\draw[dspconn] (adnode) -- (ls);
\draw[dspconn] (adnode) -- (adfilt);
\draw[dspconn] (adfilt) -- node[midway,right] {$\hat{y}[t |\hat{\mathbf{f}}(t)]$} (add);
\draw[dspconn] (ls) to[out=0,in=90] (feedback);
\draw[dspconn] (feedback) to[out=-90,in=30] ([yshift=3pt]mic.east);

 \end{tikzpicture}

 \end{document}

insira a descrição da imagem aqui

As respostas para perguntas específicas:

  1. Use formas TikZ padrão. O alto-falante, por exemplo, é simplesmente rotacionado trapeziumda shapes.geometricbiblioteca.

  2. Não há necessidade de ajustes adicionais. Você pode usar a minimum heightchave padrão para os dspfilternós.

  3. Coloquei uma coordenada auxiliar em adfilt.center(ligeiramente deslocada para baixo para evitar que a linha se sobrepusesse ao "F") e depois usei a ( $ (<name1>)!<length>!(<name2>) $ )da biblioteca calc.

  4. Você pode usar to[out=<angle1>,in=<angle2>].

  5. Coloquei os rótulos desejados no addnó.

Em comentário, foi mencionado algum problema com etiquetas cortadas ao incluir a figura de um arquivo externo. Nesse caso, sugiro que você use a standaloneclasse para produzir sua imagem como um arquivo PDF separado que pode ser facilmente incluído em seu documento usando o \includegraphicsmecanismo padrão de graphicx; você pode usar a borderopção autônomo para controlar o preenchimento ao redor de sua figura, caso seja necessário:

Por exemplo, salve o seguinte como, digamos MyImage.tex,:

\documentclass[tikz,border=10pt]{standalone}
\usetikzlibrary{dsp,chains,calc,shapes.geometric}

\begin{document}

\begin{tikzpicture}

% Blocks and nodes
\node[dspnodeopen,dsp/label=below] 
  (ns) {$v(t)$}; 
\node[left=of ns,fill=gray,circle,draw] 
  (mic) {};
\draw ([yshift=8pt]mic.east) -- ([yshift=-8pt]mic.east);
\node[dspadder,left=of mic,left=1.5cm,label={above right:$-$},label={below right:$+$}] 
  (add) {};
\node[coordinate,left=of add,left=2.35cm]
  (fp1) {};
\node[dspfilter,minimum height=2cm,above=of fp1,above=1.5cm]
  (gain) {$G$};
\node[coordinate,above=of gain,above=1.5cm]
  (fp2) {};
\node[dspnodefull,right=of fp2,right=2.55cm]
  (adnode) {$u(t)$};
\node[dspfilter,minimum height=2cm,right=of gain,right=1.15cm] 
  (adfilt) {$\hat{F}$};
\node[draw,right= 4cm of fp2,fill=gray,trapezium,shape border rotate=90,shape border uses incircle]
  (ls) {};
\draw ([yshift=-10pt]ls.west) -- ([yshift=10pt]ls.west);
\node[dspfilter,minimum height=2cm,right=of gain,right=4cm]
  (feedback) {F};
\node[dspnodefull,left=of add]
  (afupd1) {};
\node[coordinate,above=of afupd1,above=1cm]
  (afupd2) {};
\coordinate (aux) at ([yshift=-4pt]adfilt.center);
% Connections

\draw[dspconn] (ns) -- (mic);
\draw[dspconn] (mic) -- node[midway,below=0.09cm] {$y(t)$} (add);
\draw[dspline] (add) -- node[midway,below] {$d[t,\hat{\mathbf{f}}(t)]$} (fp1);
\draw[dspline,dashed] (afupd1) -- (afupd2);
\draw[dspconn,dashed] (afupd2) -- ( $ (afupd2)!2.7cm!(aux) $ );
\draw[dspconn] (fp1) -- (gain);
\draw[dspline] (gain) -- (fp2);
\draw[dspline] (fp2) -- (adnode);
\draw[dspconn] (adnode) -- (ls);
\draw[dspconn] (adnode) -- (adfilt);
\draw[dspconn] (adfilt) -- node[midway,right] {$\hat{y}[t |\hat{\mathbf{f}}(t)]$} (add);
\draw[dspconn] (ls) to[out=0,in=90] (feedback);
\draw[dspconn] (feedback) to[out=-90,in=30] ([yshift=3pt]mic.east);

 \end{tikzpicture}

 \end{document}

Depois de processá-lo, pdflatexvocê obterá um MyImage.pdfarquivo parecido com (a área cinza ao redor da figura não faz parte do pdf resultante):

insira a descrição da imagem aqui

Então você pode usar

\usepackage{graphicx}% in preamble
\includegraphics{MyImage}% in document body

em seu .texarquivo para incluir a imagem. Você pode controlar margens individuais com a boderchave (consulte a documentação independente).

Responder2

Peguei o código do Gonzalo e ajustei-o para resolver a questão 2 (o tamanho dos filtros).

A dspbiblioteca contém um comando \dspfilterwidthque define a largura dos blocos de filtro (é por isso que eles parecem funcionar mal com minimum widthand minimum height, pelo menos nos meus testes).

Então comecei tornando algo um pouco mais amigável e estendendo o dspfilterestilo para obter uma altura específica para os filtros:

\renewcommand{\dspfilterwidth}{8mm}

\newcommand{\dspfilterheight}{1.8cm}
\tikzset{dspfilter/.append style = {minimum height=\dspfilterheight}}

Infelizmente, isso atrapalha o espaçamento de muitos blocos, então analisei o código do nó e ajustei alguns deles para que os blocos se alinhassem, mesmo se você mesmo escolher constantes diferentes.

Também adicionei símbolos do modo matemático ao filtro mais à direita: deve ser $F$em vez de simples Fse você quiser que corresponda ao diagrama original.

Aqui está meu código ajustado:

\documentclass{article}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{dsp,chains,calc,shapes.geometric}

\begin{document}

\begin{tikzpicture}

\renewcommand{\dspfilterwidth}{8mm}
\newcommand{\dspfilterheight}{1.8cm}

\tikzset{dspfilter/.append style = {minimum height=\dspfilterheight}}

\newcommand{\dspvspace}{1.2cm}

% Blocks and nodes
\node[dspnodeopen, dsp/label=below]
  (ns) {$v(t)$}; 
\node[left=of ns, fill=gray, circle, draw]
  (mic) {};
\draw ([yshift=8pt] mic.east) -- ([yshift=-8pt] mic.east);
\node[dspadder, left=of mic, left=2.35cm, label={above right:$-$}, label={below right:$+$}]
  (add) {};
\node[coordinate, left=of add, left=1.8cm]
  (fp1) {};
\node[dspfilter, above=of fp1, above=\dspvspace]
  (gain) {$G$};
\node[coordinate, above=of gain, above=\dspvspace]
  (fp2) {$fp2$};
\node[dspnodefull, above=of add, above=2*\dspvspace+\dspfilterheight-0.5*\dspoperatordiameter-\dspblocklinewidth]
  (adnode) {$u(t)$};
\node[dspfilter, above=of add, above=\dspvspace-0.5*\dspoperatordiameter] 
  (adfilt) {$\hat{F}$};
\node[draw, above=of mic, above=2*\dspvspace+\dspfilterheight-\dspblocklinewidth-0.4cm, fill=gray, trapezium, shape border rotate=90, shape border uses incircle]
  (ls) {};
\draw ([yshift=-10pt] ls.west) -- ([yshift=10pt] ls.west);
\node[dspfilter, above=of ns, above=\dspvspace]
  (feedback) {$F$};
\node[dspnodefull, left=of add, left=0.8cm]
  (afupd1) {};
\node[coordinate, above=of afupd1, above=\dspvspace]
  (afupd2) {};
\coordinate (aux) at (adfilt.center);

% Connections

\draw[dspconn] (ns) -- (mic);
\draw[dspconn] (mic) -- node[midway,below=0.09cm] {$y(t)$} (add);
\draw[dspline] (add) -- node[midway,below] {$d[t,\hat{\mathbf{f}}(t)]$} (fp1);
\draw[dspline,dashed] (afupd1) -- (afupd2);
\draw[dspconn,dashed] (afupd2) -- ( $ (afupd2)!3cm!(aux) $ );
\draw[dspconn] (fp1) -- (gain);
\draw[dspline] (gain) -- (fp2);
\draw[dspline] (fp2) -- (adnode);
\draw[dspconn] (adnode) -- (ls);
\draw[dspconn] (adnode) -- (adfilt);
\draw[dspconn] (adfilt) -- node[midway,right] {$\hat{y}[t |\hat{\mathbf{f}}(t)]$} (add);
\draw[dspconn] (ls) to[out=0,in=90] (feedback);
\draw[dspconn] (feedback) to[out=-90,in=30] ([yshift=3pt]mic.east);

\end{tikzpicture}

\end{document}

e aqui está o que ele produz:

insira a descrição da imagem aqui

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