免費開始練習
高考申論題 109年 [機械工程] 自動控制

第 二 題

📖 題組:
一個不具有零點之二階系統的單位步階響應(Unit Step Response)如下圖所示:
題組圖片
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (二)

試決定該二階系統之單位斜坡響應(Unit Ramp Response)之時間函數。(10分)

思路引導 VIP

本題重點在於從時域的步階響應圖中反推出系統的轉移函數。看到此題,應先找穩態值以決定直流增益,接著透過振盪週期與過衝量求出阻尼比 (ζ) 與自然頻率 (ωn)。得到轉移函數後,再將其乘上單位斜坡輸入 (1/s^2),透過部分分式展開及逆拉氏轉換求得斜坡響應的時間函數。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

【解題思路】由步階響應圖讀取穩態值、振盪週期與過衝量,藉此求得阻尼比 $\zeta$ 與自然頻率 $\omega_n$ 以建立系統轉移函數,再乘上單位斜坡輸入 $1/s^2$ 進行部分分式展開及逆拉氏轉換。 【詳解】 已知:不具零點之二階系統轉移函數標準式為 $G(s) = \frac{K\omega_n^2}{s^2 + 2\zeta\omega_n s + \omega_n^2}$。

小題 (一)

試找出該二階系統之拉普拉斯轉換(Laplace Transform),須說明決定該拉普拉斯轉換的理由。(15分)

思路引導 VIP

考生看到這題時,應立即聯想到「由時域響應反推轉移函數」的標準解題流程。第一步:從圖中找出穩態響應值以決定系統的直流增益 (DC Gain);第二步:找出峰值時間 (Tp) 與最大超越量 (Mp) 的數值;第三步:代入二階系統性能指標公式反解出阻尼比 (ζ) 與自然頻率 (ωn),即可構建完整的系統拉氏轉換模型。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

【解題思路】利用二階系統單位步階響應圖形擷取穩態響應值、峰值時間與最大超越量,代入性能指標公式反推阻尼比(ζ)與自然頻率(ωn),進而建構系統的轉移函數。 【詳解】 已知:

🏷️ 相關主題

線性系統響應與穩態分析
查看更多「[機械工程] 自動控制」的主題分類考古題

📝 同份考卷的其他題目

查看 109年[機械工程] 自動控制 全題