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moea_joint_essay 112年 [儀電] 計算機概論、自動控制

第 二 題

📖 題組:
四、某一控制系統如【圖 3】所示,請回答下列問題:(3 題,每題 5 分,共 15 分)
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (二)

請畫出【圖 3】之信號流程圖。
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將方塊圖轉換為信號流程圖 (Signal Flow Graph)。每個節點代表信號 (如 R(s), E, Y(s)),有向邊代表轉移函數 (增益)。

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信號流程圖 (SFG) 之建構步驟:

  1. 定義節點:R(s)、最外層誤差節點 E、K 後方節點 U、內層加法器後節點 E1、G1(s) 後節點 X1、G2(s) 後節點 X2,以及輸出節點 Y(s)。
  2. 建立有向分支與增益:

小題 (一)

若將【圖 3】簡化成【圖 4】方塊圖,試求 GEQ (s)。
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利用方塊圖化簡或梅森增益公式(Mason's Gain Formula)求出內部迴路的等效轉移函數。找出進入 GEQ(s) 之前的輸入與 1/s 前的輸出關係。

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觀察【圖 3】,扣除最外圍的單位負回授以及前饋增益 K 與 1/s 後,內部結構包含了兩組回授:以 H2(s) 與 H3(s) 為回授路徑。 設 K 後方的加法器輸出為 E1,則: 前向路徑包含 G1(s) 與 G2(s)。

小題 (三)

請寫出【圖 3】之轉移函數 Y(s)/R(s)。
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利用第(一)小題的 GEQ(s) 帶入外部迴路,或直接利用整體的梅森增益公式求閉迴路轉移函數 Y(s)/R(s)。

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由【圖 4】可知,簡化後的系統為一前向增益為 K ⋅ GEQ(s) ⋅ (1/s) 的單位負回授系統。 閉迴路轉移函數 T(s) = Y(s)/R(s) = [K ⋅ GEQ(s) / s] / [1 + K ⋅ GEQ(s) / s] 將 (一) 中所得的 GEQ(s) = G1 G2 / (1 + G1 H2 + G1 G2 H3) 代入:

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