預覽課程

自動控制_201609

 

課程特色

本課程為全國機械及電機等科系必修課程,並為高普考、研究所考試、博士資格考等必考科目。

課程之參考用書廣為國內各大專院校指定使用。

 

關於課程

對於電機、電子、機械、航空或化工等工程相關領域而言,自動控制課程為基本之要求,且在這些領域的應用上相當頻繁。本課程首先介紹控制系統基本架構及原理,然後使用一些應用實例舉例說明,再進一步介紹所使用之數學基礎,其中主要探討拉氏轉換及其基本定理,以及如何針對各種不同之系統建立各種系統之傳輸函數和狀態變數,包括電機、電子、機械系統等,並就所探討之系統建立狀態空間表示式,且就狀態空間表示式及傳輸函數間如何作轉移,最後就不同之輸入信號,分析其輸出響應曲線,並探討各種系統之響應特性,分析其穩定性。

再來,就談到線性系統的穩定度分析。線性系統的穩定度分析為控制系統設計中的重要步驟,此部分先介紹兩種(1)BIBO穩定,與(2)漸近穩定原理。在古典控制中,利用羅斯赫維茲方法來判定特性方程式根的分布情況,決定系統的穩定性。時域的分析是控制系統入門最重要的一個方式。線性非時變系統中,首先針對穩態響應,進行了解,此分析中系統的型式(type)的階數是一重要參數;接續針對一階與兩階系統考慮其暫態響應,了解其暫態規格參數,進行數學分析與推導;後續再針對轉移函數,在其中加入極點與零點,對暫態的影響,進行分析了解。根軌跡分析是以系統增益為變數,將閉迴路根在複數平面上移動所繪製的圖形。起先對複數平面進行了解,繪製其根軌跡分支路徑,漸近線與交點,實數線切入點,虛軸交叉點,離開角與到達角,最後將繪製整體根軌跡與根輪廓圖。

接下來說到頻率域分析,頻率域分析為傳統控制理論與控制系統設計重要的基礎技術。這部分先是介紹頻率域分析的基礎概念與頻率響應規格指標,可用以評估頻率域系統控制器設計的性能;爾後,介紹奈奎氏準則以及增益與相位邊限,可用以評估回授控制系統設計的相對穩定性。此外,波德圖為頻率域分析的重要工具,本課程亦介紹波德圖的繪製基礎與技巧,可用以建構系統轉移函數的近似頻率響應。增益-相位圖為頻率響應的綜合表示,整合尼可氏圖則可應用於回授控制系統設計。

控制系統設計單元則是先介紹回授控制系統設計的基礎概念,並由此延伸介紹常用的回授控制器(PID控制器/相位超前落後控制器/前饋控制器)設計,再進行永磁式直流(PMDC)馬達控制實驗-從介紹永磁式直流馬達控制方式,到以步階/斜坡/弦波響應探討控制器設計對馬達輸出性能的影響;實驗內容涵蓋 PID 控制器、相位領前/落後控制器、凹陷控制器、前授控制、次迴路控制實驗等。

最後,談到狀態變數基礎理論、可控制性與可觀測性、狀態回授控制設計與觀測器設計。狀態變數提供動態系統另一種分析與設計方法。有別於古典控制理論侷限於線性非時變系統,且僅描述系統外部輸出入關係(轉換函數),狀態空間分析卻廣用於線性與非線性、時變與非時變系統,是種更完整的內部描述法。此外,狀態空間分析法應用線性代數與微分方程數學,描述系統狀態變數與狀態方程式,並以向量矩陣式表示,可精簡數學模型,且易於使用電腦計算分析,適合進行現代與最佳控制設計。

 

課程關鍵字

古典控制理論、狀態空間分析與設計

 

平台建議修習課程

進階:工業自動化控制元件設計與應用、從信號與系統到控制、機器人學

 

課程單元與排程

 

週次日期授課單元
19/12 - 9/18單元一:自動控制基礎概念

單元二:數學基礎

29/19 - 9/25單元三:方塊圖與訊號流程圖
39/26 - 10/2單元四:物理系統模式化
410/3 - 10/9單元五:穩定性分析
510/10 - 10/16單元六:控制系統時間暫域分析
610/17 - 10/23單元七:控制系統時間穩域分析
710/24 - 10/30單元八:根軌跡分析(I)
810/31 - 11/6單元九:根軌跡分析(II)
911/7 - 11/13期中測驗
1011/14 - 11/20單元十:控制系統頻率域分析(I)
1111/21 - 11/27單元十一:控制系統頻率域分析(II)
1211/28 - 12/4單元十二:控制系統設計
1312/5 - 12/11 
1412/12 - 12/18單元十四:狀態變數基礎理論(I)
1512/19 - 12/25單元十五:狀態變數基礎理論(II)
1612/26 - 1/1單元十六:可控制性與可觀測性
171/2 - 1/8單元十七:狀態回授控制設計(I)
181/9 - 1/15單元十八:狀態回授控制設計(II)
191/16 - 1/22期末測驗

 

成績評量標準

本課程為DeltaMOOCx認證課程,完成以下項目者,將可取得證書乙張:

• 課程全數觀賞完,參與期中期末考試並達平均60分標準。

課程資訊

課程費用    免費

瀏覽人次    4558

報名人次    433

資料處理中...
圖片上傳中...