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moea_joint_essay 100年 [儀電] 計算機概論、自動控制

第 一 題

📖 題組:
七、如下【圖 1】所示的控制系統。
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

當 $K$ 從零變化到無窮大時,請畫出此系統的根軌跡圖(root loci)。(5分)
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由方塊圖推導開迴路轉移函數 G(s)H(s),找出極點、零點,計算漸近線中心、分離點等來描繪根軌跡。

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根據方塊圖,可得系統前向轉移函數與回授之乘積(開迴路轉移函數)為:$G(s)H(s) = \frac{K}{s(s+1)}$。

  1. 極點 (poles) 位於:$s = 0, -1$。零點數量為0。
  2. 根軌跡分支在實數軸上的範圍:在 $[0, -1]$ 區間內。

小題 (二)

決定 $K$ 值為何?會使此閉迴路的極點(poles)有阻尼比(damping ratio, $\zeta$)為 0.5。(5分)
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寫出閉迴路特徵方程式,將給定的阻尼比代入二階系統標準式以反推特徵值 K。

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系統閉迴路特徵方程式為:$1 + G(s)H(s) = 0 \implies s(s+1) + K = 0 \implies s^2 + s + K = 0$。 對照二階標準方程式 $s^2 + 2\zeta\omega_n s + \omega_n^2 = 0$:

  1. $2\zeta\omega_n = 1$

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