112年 關務特考 三等 機械工程 自動控制 試卷

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112年公務人員特種考試關務人員、身心障礙人員考試及
112年國 軍 上 校 以 上軍 官 轉 任 公 務人 員 考 試 試 題
考 試 別
:
關務人員考試
等 別
:
三等考試
類 科
:
機械工程
科 目
:
自動控制
考試時間:2小時 座號:
※注意:禁止使用電子計算器。
不必抄題,作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上,於本試題上作答者,不予計分。
本科目除專門名詞或數理公式外,應使用本國文字作答。
代號
:
10570
頁次
:
2
-
1
一、考慮一回授控制系統如下圖,若 1
( 2)
2
( ) K s
G s
s
:
試推導從
R s
到
Y s
的轉移函數
( )
( )
C s
R s
。(10 分)
請判斷能使系統穩定時,K的範圍。若欲使
R s
為步階輸入時,
( )
C s
與
R s
之間的穩態誤差趨近於零,試說明系統穩定時此目標不可能達到。
(15 分)
二、考慮一單位負回授系統如下圖,若 ( 10)
( )
( 1)( 2)( 4)
K s
G s s s s
:
試說明此系統之型態(systemtype),並設計最小之整數 K值以使其步
階響應之穩態誤差能小於參考輸入的 2.5%,並請判斷此設計是否能使
系統穩定。(15 分)
若此設計無法使系統穩定,試說明應採用 P、PI 或PD 控制補償以達成
要求。(10 分)
R(s)
-
+C(s)
G1(s)
G1(s)
s+1
s2+5s+6
G(s)
R(s)Y(s)
-
+
代號:
10570
頁次:
2
-
2
三、如圖所示,一齒輪-齒條機構被用於帶動一機械負荷,包含其慣性( )M、阻
尼( )B與彈簧( )K效應,齒條之質量已被包含於慣性質量 M之內,另齒輪
半徑 r,並帶有轉動慣量( )J與轉軸阻尼( )D。T為所施加之力矩,齒輪之
旋轉角度( )
與物體位移( )x之坐標定義如圖。
推導出以 T為輸入、x為輸出的轉移函數 ( )
( )
X s
T s 。(10 分)
當4J, 8D,2r,1M時,設計 B與K之值以使系統的主極點具
有阻尼比(damping ratio)為 0.5 且自然頻率為 3。若設法將齒輪改成極
輕因而 J可忽略不計,且系統其他參數均不變,請問此時系統的阻尼比
與自然頻率將分別如何變化(變大或變小)?(15 分)
四、一轉移函數 1000
( ) ( ) ( )( 1000)
Y K
G s s
U s a s
:
若當輸入 ( ) 2cos(3 )u t t時,輸出 ( ) 6cos(3 )
6
y t t
,依此資訊估算 K與
a之值。(10 分)
概略畫出系統 ( )G s 之奈氏圖(Nyquist plot),估算系統之增益邊限
(gainmargin)與相位邊限(phasemargin),並標註於奈氏圖上。(15 分)
M
B
K
T,
J, D
x
radius = r
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