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moea_joint_essay 105年 [儀電] 計算機概論、自動控制

第 二 題

📖 題組:
【圖 2】為一回授系統:
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (二)

請計算增加系統阻尼比至 0.6 的微分回授常數 K0,及在此情形下輸入單位斜坡函數時的穩態誤差。(6 分)
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將 K0 納入閉迴路轉移函數,推導新的特徵方程式,將指定阻尼比代入求得 K0,再求穩態誤差。

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加入微分回授 $K_0$ 後,等效開迴路為求誤差的前向系統(此處誤差定義為輸入減輸出)。 根據方塊圖推導: $\theta_C(S) = \frac{1}{S(S+2)} [10(\theta_R(S) - \theta_C(S)) - S K_0 \theta_C(S)]$

小題 (一)

在 K0= 0 情形下,請計算系統阻尼比(ξ)和自然頻率(ωn),以及輸入單位斜坡函數時的穩態誤差。(6 分)
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利用圖 2 推導系統轉移函數。K0=0 意味內圈微分回授不存在,只剩外圈單位負回授及 KA=10。比對二階系統標準式得出阻尼比及自然頻率,接著利用極限求穩態誤差。

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由【圖 2】方塊圖可知,圖示中 $K_A=10$。閉迴路系統前向轉移函數為 $G(s) = K_A \cdot \frac{1}{S(S+2)}$,回授包括外圈單位負回授及內圈微分回授 $H(s) = S K_0$。總回授效應相當於 $H_{eq}(S) = 1 + S K_0$。 當 $K_0=0$ 時,$H_{eq}(S) = 1$,轉移函數為: $$T(S) = \frac{10}{S^2 + 2S + 10}$$

小題 (三)

當維持系統的單位斜坡函數輸入時的穩態誤差與(一)相同,且阻尼比維持 0.6,請計算 KA 及 K0 之值。(8 分)
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讓 KA 成為變數,建立特徵方程式後根據阻尼比=0.6 及穩態誤差=0.2 聯立解出 KA 與 K0。

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將原固定的 10 改為變數 $K_A$。系統特徵方程式為: $$S^2 + (2+K_0)S + K_A = 0$$

  1. 穩態誤差條件要求與 (一) 相同,即 $e_{ss} = 0.2$:

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