什麼是一階系統

轉移函數以 G(s) = K/(1 + Ts) 表示的系統。K 為穩態增益,T 為時間常數。對步階輸入的輸出為 K(1 − e^(−t/T)),在 t = T 時達到終值的約63.2%,3T 時約95%,5T 時約99.3%,沒有過衝。RC電路、熱系統、液位系統等許多常見的系統,都能以這個形式近似。在頻率響應中,以角頻率 1/T 為轉折點,增益以 −20 dB/dec 下降。

日文名稱: 一次遅れ系

「一階系統」出現在1領域的5道練習題中(控制工程基礎等)。

這個名詞所屬的領域: 控制工程基礎

練習一階系統的題目

對某一階系統輸入大小為2的步階,輸出最終穩定在6,並在輸入後0.4 s達到終值的約63%。這個系統的轉移函數為下列何者?

  1. A3/(1 + 0.4s)
  2. B3/(1 + 2.5s)
  3. C6/(1 + 0.4s)
查看答案與解析

正確答案:A. 3/(1 + 0.4s)

穩態增益是輸出的終值除以輸入的大小,即 6 ÷ 2 = 3。一階系統的步階響應達到終值約63%(1 − e^(−1))所需的時間就是時間常數,因此 T = 0.4 s。所以 G(s) = 3/(1 + 0.4s)。像這樣,由步階響應的終值與上升的時間,就能簡單建立一階系統的模型。

解析中的「一階系統」

出現「一階系統」的題目(5題)

  1. 對轉移函數為 G(s) = 2/(1 + 0.5s) 的一階系統,在時刻0輸入大小為1的步階。t = 1 s 時的輸出最接近下列何者?
  2. 對某一階系統輸入大小為2的步階,輸出最終穩定在6,並在輸入後0.4 s達到終值的約63%。這個系統的轉移函數為下列何者?
  3. 關於一階系統 G(s) = 1/(1 + sT) 的波德圖的特徵,正確的是下列何者?
  4. 把極點位於 s = −100 s⁻¹ 的連續時間一階系統,以取樣週期 Ts = 1 ms 離散化。由 z = e^(sTs) 的關係求得的離散時間極點,最接近下列何者?
  5. 對轉移函數為 G(s) = 5/(s + 2) 的系統輸入大小為1的步階。輸出的終值(t → ∞ 時的值)為下列何者?

出現這個名詞的比較

半導體、電子電路與資訊計算工具

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