Kejuruteraan Kawalan 1: soalan latihan dan soalan peperiksaan

Kursus pertama dalam kawalan suap balik: transformasi Laplace dan fungsi pindahan, gambar rajah blok, sambutan fana, kestabilan dengan kriteria Routh–Hurwitz dan lokus punca, ralat keadaan mantap, kawalan PID dan sambutan frekuensi. Kebanyakan soalan peperiksaan bermula daripada fungsi pindahan dan meminta kutub, gandaan atau spesifikasi.

Pek ulang kaji kilat (PDF)Lembaran formula, langkah kaedah dan soalan latihan dengan penyelesaian penuh, sedia untuk dicetak.

Topik dalam kursus ini

  1. Transformasi Laplacepasangan jadual dan teorem nilai · transformasi songsang dengan pecahan separa · PBS dan fungsi pindahpengiraan
  2. Gambar rajah bloksiri, selari dan suap balik · fungsi pindah gelung tertutup dan ralat · gangguan, kestabilan dan kutubpengiraan
  3. Sambutan langkahsistem peringkat pertama · parameter peringkat kedua · sistem fizikal dan reka bentukpengiraan
  4. Kestabilan: Routh–Hurwitz & lokus puncaTatasusunan Routh dan pengiraan kutub · julat K untuk kestabilan · lokus puncapengiraan
  5. Ralat keadaan mantap & kawalan PIDjenis sistem dan pemalar ralat · ralat keadaan mantap dan gandaan · Reka bentuk P, PI dan PDpengiraan
  6. Plot Bode dan marginpenapis dan asimptot · magnitud dan fasa · margin kestabilanpengiraan

Tip peperiksaan untuk Kejuruteraan Kawalan 1

  • Tulis polinomial ciri gelung tertutup dahulu: kestabilan, redaman dan lokus punca semuanya datang daripadanya.
  • Kira kutub pada s = 0 sebelum anda mengira ralat keadaan mantap: jenis sistem memberitahu anda ralat yang mana satu terhingga.
  • Bandingkan penyebut tertib kedua dengan s² + 2ζωₙs + ωₙ² untuk membaca nisbah redaman dan frekuensi tabii.

Contoh penyelesaian

Transformasi LaplaceMudah
t (s)f(t)f(∞) = ?

Isyarat f(t) mempunyai transformasi Laplace F(s) = 28/(s(s² + 2s + 23)). Gunakan teorem nilai akhir untuk mencari nilai f(∞) yang dicapai f(t).

F(s) = 28/(s(s² + 2s + 23))

Cari nilai f(∞)

Tunjukkan petunjuk
  1. Teorem nilai akhir: f(∞) = lim s·F(s) untuk s → 0.
  2. Semak dahulu bahawa semua kutub s·F(s) terletak dalam separuh satah kiri, supaya f(t) benar-benar menetap.
  3. s·F(s) = 28/(s² + 2s + 23).
Tunjukkan jawapan dan penyelesaian langkah demi langkah

Transformasi Laplace: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt menukarkan terbitan kepada pendaraban dengan s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Pasangan piawai: 1 ↔ 1/s, e−at ↔ 1/(s + a), t·e−at ↔ 1/(s + a)², sin ωt ↔ ω/(s² + ω²), cos ωt ↔ s/(s² + ω²), dan anjakan s → s + σ mendarabkan fungsi masa dengan e−σt. Untuk menyongsangkan F(s) nisbah, pecahkan kepada pecahan separa: reja bagi kutub ringkas p ialah A = [(s − p)·F(s)] pada s = p. Teorem nilai akhir: f(∞) = lims→0 s·F(s), sah hanya apabila semua kutub s·F(s) terletak dalam separuh satah kiri. Teorem nilai awal: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Semak bahawa teorem itu terpakai

Teorem hanya sah apabila f(t) menetap; kutub pada paksi khayal atau dalam separuh satah kanan akan memberikan jawapan yang salah.

Kutub s·F(s): s² + 2s + 23 = 0, semuanya dalam separuh satah kiri.

Nilai akhir

f(∞) = lims→0 s·F(s) = lims→0 28/(s² + 2s + 23) = 28/23 = 1.217

Jawapan

f(∞) = 1.217
Gambar rajah blokSederhana
R(s)+1(s + 3)(s + 2)(s + 4)G(s)C(s)−

Gelung suap balik negatif unit mempunyai G(s) = 1(s + 3)/((s + 2)(s + 4)). Satu langkah bersaiz 2 dikenakan pada rujukan. Cari ralat keadaan mantap ess.

G(s) = 1(s + 3)/((s + 2)(s + 4))R = 2

Cari nilai ess

Tunjukkan petunjuk
  1. Pemalar ralat kedudukan Kₚ = G(0).
  2. Ralat keadaan mantap bagi langkah bersaiz A: A/(1 + Kₚ).
  3. Kₚ = 1·3/(2·4) = 0.375.
Tunjukkan jawapan dan penyelesaian langkah demi langkah

Aljabar gambar rajah blok: blok bersiri didarab (G₁·G₂), blok selari ditambah (G₁ + G₂), dan gelung dengan laluan hadapan G dan laluan suap balik H dipermudah kepada T = G/(1 + G·H) bagi suap balik negatif dan G/(1 − G·H) bagi suap balik positif. Permudahkan gelung dalam dahulu, kemudian bergerak ke luar. Kutub gelung tertutup ialah punca persamaan cirian 1 + G(s)H(s) = 0. Bagi gelung yang stabil, masukan langkah bersaiz A memberikan keluaran keadaan mantap A·T(0); dengan suap balik unit, ralat keadaan mantap kepada langkah ialah A/(1 + Kp) dengan Kp = G(0).

Pemalar ralat kedudukan

Kₚ = G(0) = 1·3/(2·4) = 0.375

Ralat keadaan mantap

ess = A/(1 + Kₚ) = 2/(1 + 0.375) = 1.455

Jawapan

ess = 1.455

Cara latihan berfungsi

  • “Berlatih kursus ini” mencampurkan soalan daripada semua topiknya, seperti peperiksaan sebenar.
  • Setiap soalan mempunyai nilai baharu, jadi anda mempelajari kaedah dan bukannya jawapan.
  • Buntu? Buka petunjuk kecil dahulu, dan penerangan penuh hanya apabila anda memerlukannya.
  • Peperiksaan percubaan adalah bermasa dan tanpa petunjuk, dan anda mendapat skor serta semakan penuh pada akhirnya.

Kalkulator untuk kursus ini

Kursus berkaitan