1. ラプラス変換 ふつう
F(s) = (4s + 24)/(s² + 5s + 6) である。その逆変換は f(t) = A·e−2t + B·e−3t の形になる。部分分数展開により係数 A を求めよ。
F(s) = (4s + 24)/(s² + 5s + 6)
A =
2. ラプラス変換 むずかしい
t (s) y(t) t = 0.25 y(0.25) = ? ある系が y″ + 10y′ + 24y = 24·u(t) に従う。系は静止状態(y(0) = 0、y′(0) = 0)から始まり、入力は t ≥ 0 で大きさ 2 のステップ u(t) である。ラプラス変換を用いて出力 y(0.25) を求めよ。
y″ + 10y′ + 24y = 24·u(t) u(t) = 2 y(0) = 0, y′(0) = 0 t = 0.25 s
y(0.25) =
3. ブロック線図 ふつう
プラント G(s) = K/(s(s + 14)) を単位負帰還ループに入れる。閉ループが臨界減衰(等しい 2 つの実数極)になるゲイン K を求めよ。
G(s) = K/(s(s + 14)) 単位負帰還
K =
4. ブロック線図 むずかしい
R(s) + 20 コントローラ + D(s) + 9 s + 10 プラント C(s) − 比例コントローラ K = 20 が、プラント G(s) = 9/(s + 10) を単位負帰還ループで駆動する。外乱 D はプラントの入力に加わる(コントローラの出力に加算される)。 R = 0 のとき、大きさ 0.5 の外乱ステップを加える。定常出力 css を求めよ。
K = 20 G(s) = 9/(s + 10) D = 0.5 R = 0
css =
5. ステップ応答 ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 80/(s² + 6s + 80) で、単位ステップ入力を受ける。 減衰比 ζ を求めよ。
G(s) = 80/(s² + 6s + 80)
ζ =
6. ステップ応答 むずかしい
k = 1000 N/m c = 21 N·s/m m = 5 kg F = 100 N x(t) 質量 m = 5 kg のおもりが、ばね定数 k = 1000 N/m のばねと粘性ダンパ c = 21 N·s/m にぶら下がっている(m·x″ + c·x′ + k·x = F)。平衡状態で静止しているところに、一定の力 F = 100 N を突然加える。 最大変位 xmax を mm で求めよ。
m = 5 kg k = 1000 N/m c = 21 N·s/m F = 100 N
xmax = mm
7. 安定性:ラウス・フルビッツ法と根軌跡 ふつう
R(s) + K = 6 1 s(s + 1)(s + 3) C(s) − 図のループは K = 6、L(s) = K/(s(s + 1)(s + 3)) で動作しています。閉ループが不安定になるまでに、ゲインを何倍まで上げられますか。倍率 m を求めなさい。
L(s) = K/(s(s + 1)(s + 3)) K = 6
m =
8. 安定性:ラウス・フルビッツ法と根軌跡 むずかしい
Re Im −1 −2 −3 −4 −5 −6 −7 −8 1 j1 j2 sb L(s) = K/((s + 5)(s + 7)) の根軌跡を示します。2 つの閉ループ極が実軸上で一致する分岐点 sb でのゲイン K を求めなさい。
L(s) = K/((s + 5)(s + 7))
K =
9. 定常偏差と PID 制御 ふつう
r(t) = 0.5·t²/2 + 2(s + 4) s²(s + 1) C(s) − 放物線入力 r(t) = 0.5·t²/2 が、G(s) = 2(s + 4)/(s²(s + 1)) の単位フィードバックのループに加えられます。定常偏差 ess を求めなさい。
G(s) = 2(s + 4)/(s²(s + 1)) r(t) = 0.5·t²/2
ess =
10. 定常偏差と PID 制御 むずかしい
R(s) + Kp + Ki /s 1 s + 4 C(s) − PI 制御器 C(s) = Kp + Ki /s が、単位フィードバックのループで制御対象 G(s) = 1/(s + 4) を制御しています。閉ループは ωₙ = 3 rad/s、ζ = 0.8 でなければなりません。積分ゲイン Ki を求めなさい。
G(s) = 1/(s + 4) ωₙ = 3 rad/s ζ = 0.8
Ki =
11. ボード線図と余裕 ふつう
vin L = 1 mH C = 0.22 µF R = 10 Ω vout 図の直列 RLC バンドパスフィルタでは、出力は R = 10 Ω の両端でとり、L = 1 mH、C = 0.22 µF である。 Q 値 Q を求めよ。
R = 10 Ω L = 1 mH C = 0.22 µF
Q =
12. ボード線図と余裕 むずかしい
|H| (dB) 0.1 0.1 1 1 10 10 100 100 −100 −80 −60 −40 −20 0 20 ω (rad/s) φ (°) ω (rad/s) −270 −180 −90 0 ω180 ユニティフィードバック系の開ループ伝達関数は L(s) = 12/(s(s + 3)(s + 5)) である。 ゲイン余裕 GM を dB で求めよ。
L(s) = 12/(s(s + 3)(s + 5))
GM = dB