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申論題資訊

試卷:100年 - 100 鐵路特種考試_高員三級_機械工程:自動控制#45810
科目:國營事業◆自動控制
年份:100年
排序:0

申論題內容

三、考慮一個控制系統的特性方程式如下所示,請利用羅斯法則求出該系統在 s 的右半 平面、左半平面及虛軸上各有幾個特性根?(25 分) 
 s6 + 2s 5 + s 4 − 16s2 − 32s − 16 = 0

詳解 (共 1 筆)

詳解 提供者:hchungw

羅斯法則 (Routh-Hurwitz criterion) 是一種判斷線性時不變系統是否為穩定的方法。穩定性是指系統的任何輸入不會使輸出變得無窮大。通常,我們希望控制系統是穩定的。這意味著當我們應用某個輸入時,系統的反應不會無限大。

羅斯陣列是羅斯法則的一部分,它提供了一種方法來確定系統特性方程的所有根的實部的符號。具體來說,通過構造羅斯陣列並檢查第一列的符號變化,我們可以知道右半s平面中有多少特性根。右半s平面上的根是不穩定的,而左半s平面上的根則是穩定的。

羅斯陣列的構造:

把特性方程的所有係數按s的降冪排列。
在羅斯陣列的第一行和第二行填入這些係數。
使用前面的行來計算後面的行,直到完成整個陣列。
要注意的是,如果羅斯陣列的某一行所有元素都是零,這表示虛軸上有特性根。

從上面給定的特性方程,你可以按照這些步驟建立羅斯陣列,然後查看第一列的正負符號變化,以確定右半s平面中的特性根的數量。

觀察第一列的值的正負變化:1, 2, 1.5, 0.6667, 6.75, 4.49, -30.33。

從上到下,正到負的變化有1次。所以s平面右半部有1個特性根。

由於總共有6個特性根,且右半部有1個,所以左半部有 5 個特性根。

羅斯陣列的第一列中沒有零,所以s平面虛軸上沒有特性根。

總結:
s平面右半部有1個特性根。
s平面左半部有5個特性根。
s平面虛軸上沒有特性根。