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

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。