普考申論題
111年
[輪機技術] 船用電學與自動控制概要
第 一 題
一、在自動控制系統中，比例積分（PI）控制方法與比例微分（PD）控制方法是常用的控制方法，請分別說明這兩種控制方法的特性。（25 分）
📝 此題為申論題
思路引導 VIP
看到此題應立刻聯想到 PID 控制中各項的物理意義：P（現在誤差）、I（過去誤差累積）、D（未來誤差變化趨勢）。答題時應分別列出 PI 與 PD 的控制律（方程式），並從時域（暫態與穩態響應）、頻域（零極點或頻寬影響）及優缺點進行分段條列式論述，最後可補充船舶實務應用以展現專業深度。
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【破題】 在自動控制系統中，控制器主要用於改善系統的暫態響應（如反應速度、超越量）與穩態響應（如穩態誤差）。比例積分（PI）與比例微分（PD）為最常見的基本控制器結構，兩者分別針對不同的系統性能指標進行優化。 【論述】
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PI與PD控制特性分析
💡 PI 消除穩態誤差但犧牲穩定度；PD 改善暫態響應並增加穩定度。
| 比較維度 | PI 控制 | VS | PD 控制 |
|---|---|---|---|
| 主要目標 | 消除穩態誤差 | — | 改善暫態、增加穩定度 |
| 系統型態 | 增加一階型態 (Type) | — | 不改變系統型態 |
| 補償類型 | 滯後補償 (Lag) | — | 超前補償 (Lead) |
| 相位裕度 | 減少 (穩定度變差) | — | 增加 (穩定度提升) |
| 雜訊影響 | 較具濾波效果 | — | 放大高頻雜訊 |
💬PI 側重精確度 (穩態)，PD 側重反應速度與穩定度 (暫態)。
