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moea_joint_essay 107年 [儀電] 計算機概論、自動控制

第 二 題

📖 題組:
如【圖 3】所示之系統,請回答下列問題:(20 分)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (二)

若設計規格的增益邊限(Gain Margin)為 20 dB,則 K 的設定值應為多少?(10 分)
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求相位交越頻率 w_pc:令 L(jw) = K / [(jw)(-w^2 + 7jw + 12)] = K / [-7w^2 + jw(12 - w^2)]。 當相角為 -180 度時,虛部為 0 (w > 0):

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首先求取系統的相位交越頻率 (Phase Crossover Frequency, $\omega_{pc}$),將 $s = j\omega$ 代入開迴路轉移函數: $G(j\omega) = \frac{K}{j\omega(j\omega + 4)(j\omega + 3)} = \frac{K}{-7\omega^2 + j\omega(12 - \omega^2)}$ 當相位角為 $-180^\circ$ 時,系統處於相位交越頻率 $\omega_{pc}$,此時分母的虛部必為 0(且 $\omega > 0$):

小題 (一)

為使系統穩定,試求 K 值可調整的範圍為何?(10 分)
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開迴路轉移函數 L(s) = K / [s(s+4)(s+3)] = K / (s^3 + 7s^2 + 12s)。 閉迴路特徵方程式 1 + L(s) = 0 => s^3 + 7s^2 + 12s + K = 0。

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由圖 3 可知系統的開迴路轉移函數為: $G(s) = \frac{K}{s(s+4)(s+3)} = \frac{K}{s^3 + 7s^2 + 12s}$ 閉迴路特徵方程式為 $1 + G(s) = 0$:

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