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moea_joint_essay 108年 [儀電] 計算機概論、自動控制

第 一 題

📖 題組:
五、如【圖 3】所示,為 G(s)之波德圖(Bode plot),請計算:(20 分)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

(一)轉移函數 G(s) (計算至小數點後第 3 位,以下四捨五入)(10 分)
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從Bode振幅圖可看出:

  1. 低頻起始斜率為 -20 dB/dec,代表有一個原點極點,系統型態含有 1/s。
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由 Bode plot 的漸近線變化特徵分析:

  1. 起始低頻的斜率為 -20 dB/dec,表示系統有一個位於原點的極點 (pole at origin),對應轉移函數項 $\frac{1}{s}$。
  2. 在 $\omega = 3$ rad/sec 時,斜率由 -20 dB/dec 變為 -40 dB/dec,表示在此處增加了一個實數極點,對應轉移函數項 $\frac{1}{\frac{s}{3} + 1}$。

小題 (二)

(二)求此系統之增益邊限(gain margin) (計算至小數點後第 3 位,以下四捨五入)(10 分)
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增益邊際(Gain Margin, GM)定義為相位交越頻率(Phase Crossover Frequency, ω_pc)處的振幅倒數。相位交越頻率是相角等於 -180° 時的角頻率。 G(jω) = K / [jω(1 + jω/3)(1 + jω/8)],其中 K = √10。

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  1. 首先求相位交越頻率 $\omega_{pc}$,即系統相角為 $-180^\circ$ 時的頻率。 $G(j\omega) = \frac{K}{j\omega(1 + j\frac{\omega}{3})(1 + j\frac{\omega}{8})}$ 相角 $\angle G(j\omega) = -90^\circ - \tan^{-1}(\frac{\omega}{3}) - \tan^{-1}(\frac{\omega}{8}) = -180^\circ$

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