1. ラプラス変換 ふつう
t (s) f(t) t = 0.75 f(0.75) = ? F(s) = 35/(s(s + 2)(s + 5)) の f(t) を部分分数展開で求め、f(0.75) を計算せよ。
F(s) = 35/(s(s + 2)(s + 5)) t = 0.75 s
f(0.75) =
2. ラプラス変換 むずかしい
ある系が微分方程式 y″ + 4y′ + 8y = 2u′ + 19u で表される(入力 u(t)、出力 y(t))。その伝達関数 G(s) = Y(s)/U(s)(初期条件はゼロ)を求め、t = 0.6 s におけるインパルス応答 g(t) を計算せよ。g(0.6) を求めよ。
y″ + 4y′ + 8y = 2u′ + 19u t = 0.6 s
g(0.6) =
3. ブロック線図 ふつう
R(s) + 39 s + 6 G(s) C(s) 0.5 H − プラント G(s) = 39/(s + 6) を、センサのゲインが H = 0.5 の負帰還ループで制御する。 閉ループの時定数 τ を求めよ。
G(s) = 39/(s + 6) H = 0.5
τ = s
4. ブロック線図 むずかしい
R(s) + K コントローラ + D(s) + 9 s + 5 プラント C(s) − 比例コントローラ K が、プラント G(s) = 9/(s + 5) を単位負帰還ループで駆動する。R = 0 のとき、大きさ 10 の外乱ステップがプラントの入力に加わる。定常出力を 0.18 以下に保つ最小のゲイン K を求めよ。
G(s) = 9/(s + 5) D = 10 css ≤ 0.18
K =
5. ステップ応答 ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 90/(s² + 9s + 45) で、単位ステップ入力を受ける。 極は s = σ ± jωd である。その実部 σ を求めよ。
G(s) = 90/(s² + 9s + 45)
σ =
6. ステップ応答 むずかしい
k = 1000 N/m c = 20 N·s/m m = 2.5 kg F = 25 N x(t) 質量 m = 2.5 kg のおもりが、ばね定数 k = 1000 N/m のばねと粘性ダンパ c = 20 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 = 25 N を突然加える。 最大変位 xmax を mm で求めよ。
m = 2.5 kg k = 1000 N/m c = 20 N·s/m F = 25 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 1 s(s + 3)(s + 6) C(s) − 図のループの開ループ伝達関数は L(s) = K/(s(s + 3)(s + 6)) です。ゲインを上げていくと、閉ループが安定限界に達します。持続振動の周波数 ω を求めなさい。
L(s) = K/(s(s + 3)(s + 6))
ω = rad/s
8. 安定性:ラウス・フルビッツ法と根軌跡 むずかしい
Re Im −0.5 −1 −1.5 −2 −2.5 −3 −3.5 −4 0.5 j0.5 j1 −1 ループ L(s) = K/(s(s + 2)(s + 3)) について、閉ループ極を s = −1 に置くゲイン K を求めなさい。
L(s) = K/(s(s + 2)(s + 3)) s = −1
K =
9. 定常偏差と PID 制御 ふつう
r(t) = 10 + 3t + 20 s(s + 2) C(s) − 入力 r(t) = 10 + 3t(ステップとランプの和)が、G(s) = 20/(s(s + 2)) 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) = 20/(s(s + 2)) r(t) = 10 + 3t
ess =
10. 定常偏差と PID 制御 むずかしい
r(t) = 1t + 2 + 1/s 4 (s + 5)(s + 10) C(s) − PI 制御器 C(s) = 2 + 1/s が、単位フィードバックのループで制御対象 G(s) = 4/((s + 5)(s + 10)) を制御しています。ランプ入力 r(t) = 1t に対する定常偏差 ess を求めなさい。
C(s) = 2 + 1/s G(s) = 4/((s + 5)(s + 10)) r(t) = 1t
ess =
11. ボード線図と余裕 ふつう
vin L = 50 mH C = 10 µF R = 20 Ω vout 図の直列 RLC バンドパスフィルタでは、出力は R = 20 Ω の両端でとり、L = 50 mH、C = 10 µF である。 −3 dB 帯域幅 BW を Hz で求めよ。
R = 20 Ω L = 50 mH C = 10 µF
BW = Hz
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 −80 −60 −40 −20 0 20 40 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) = 670/(s(s + 7)(s + 10)) である。 ∠L(jω) = −180° となる位相交差周波数 ω180 を求めよ。
L(s) = 670/(s(s + 7)(s + 10))
ω180 = rad/s