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地特三等申論題 109年 [機械工程] 自動控制

第 一 題

📖 題組:
考慮一閉迴路系統,其開迴路轉移函數為: G(jω)H(jω)=-(20+j10ω)/(3+ω²+2jω)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

試繪製波德圖(Bode Plot)。(10分)

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遇到複雜的頻域轉移函數,首要步驟是將其化為標準的「波德形式(時間常數式)」。此題的解題破口在於分母的因式分解,考生可利用反推回 s 域(令 jω = s,則 ω² = -s²)的技巧,快速將系統還原為 G(s)H(s) 並找出隱藏的右半平面極點(RHP Pole)。確立極零點與直流增益後,即可依轉角頻率(Corner frequencies)逐步計算大小斜率與相位貢獻,進而完成繪圖。

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【解題思路】利用變數代換將頻域轉移函數反推至 s 域進行因式分解,找出所有極零點後,轉換為標準波德形式,並依據各轉角頻率繪製大小與相位的漸近線。 【詳解】 Step 1:轉移函數轉換至 s 域與因式分解

小題 (二)

試繪製奈氏圖(Nyquist Plot)。(15分)

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看到奈氏圖繪製題,應首先將開迴路轉移函數有理化,分離出實部與虛部。接著找出 ω=0、ω→∞ 以及與實數軸 (Im=0) 和虛數軸 (Re=0) 交會的關鍵座標,最後利用共軛對稱性質畫出完整封閉曲線並標示方向。

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【解題思路】利用有理化分離轉移函數的實部與虛部,透過代入關鍵頻率(ω=0, 1, ∞)求出與座標軸的交點,並利用奇偶對稱性推導完整奈氏路徑。 【詳解】 一、 轉移函數有理化與實虛部分離

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