1. ラプラス変換 ふつう
t (s) f(t) t = 0.25 f(0.25) = ? F(s) = 15/(s(s + 4)(s + 5)) の f(t) を部分分数展開で求め、f(0.25) を計算せよ。
F(s) = 15/(s(s + 4)(s + 5)) t = 0.25 s
f(0.25) =
2. ラプラス変換 むずかしい
t (s) y(t) t = 0.2 y(0.2) = ? ある系が y″ + 6y′ + 8y = 16·u(t) に従い、y(0) = 3、y′(0) = 0 である。t = 0 でステップ入力 u(t) = 4 を加える。ラプラス変換を用いて y(0.2) を求めよ。
y″ + 6y′ + 8y = 16·u(t) y(0) = 3 y′(0) = 0 u(t) = 4 t = 0.2 s
y(0.2) =
3. ブロック線図 ふつう
R(s) + 12 K + 8 s + 1 G(s) C(s) 4 H₁ − − プラント G(s) = 8/(s + 1) には、ゲイン H₁ = 4 の内側(マイナー)の負帰還ループがある。コントローラのゲイン K = 12 と外側の単位負帰還ループで系が閉じられる。 閉ループの極 p を求めよ。
G(s) = 8/(s + 1) H₁ = 4 K = 12
p =
4. ブロック線図 むずかしい
R(s) + K (s + 2)(s + 5)(s + 7) G(s) C(s) − プラント G(s) = K/((s + 2)(s + 5)(s + 7)) を単位負帰還ループに入れる。 ラウス・フルビッツの安定判別法を用いて、閉ループが安定となる最大のゲイン Kmax を求めよ。
G(s) = K/((s + 2)(s + 5)(s + 7)) 単位負帰還
Kmax =
5. ステップ応答 ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 132/(s² + 13s + 66) で、単位ステップ入力を受ける。 固有角周波数 ωn を rad/s で求めよ。
G(s) = 132/(s² + 13s + 66)
ωn = rad/s
6. ステップ応答 むずかしい
k = 5000 N/m c = 20 N·s/m m = 0.5 kg F = 25 N x(t) 質量 m = 0.5 kg のおもりが、ばね定数 k = 5000 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。 変位のオーバーシュート率 %OS を求めよ。
m = 0.5 kg k = 5000 N/m c = 20 N·s/m F = 25 N
%OS = %
7. 安定性:ラウス・フルビッツ法と根軌跡 ふつう
R(s) + K s + 4 (s − 3)(s + 3) C(s) − 制御対象 G(s) = (s + 4)/((s − 3)(s + 3)) は s = 3 に不安定な極をもちます。比例ゲイン K で、その周りに単位フィードバックのループを組みます。閉ループが安定になる最小のゲイン Kmin を求めなさい。
G(s) = (s + 4)/((s − 3)(s + 3))
Kmin =
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 −9 −10 1 j1 j2 単位フィードバックのループで L(s) = K(s + 4)/(s(s + 5)(s + 8)(s + 3)) です。根軌跡の漸近線が実軸と交わる点 σa を求めなさい。
L(s) = K(s + 4)/(s(s + 5)(s + 8)(s + 3))
σa =
9. 定常偏差と PID 制御 ふつう
r(t) = 5 + 2t + 2(s + 1) s(s + 5) C(s) − 入力 r(t) = 5 + 2t(ステップとランプの和)が、G(s) = 2(s + 1)/(s(s + 5)) 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 + 1)/(s(s + 5)) r(t) = 5 + 2t
ess =
10. 定常偏差と PID 制御 むずかしい
R(s) + Kp + Ki /s 2 s + 5 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) = 2/(s + 5) を制御しています。閉ループは ωₙ = 10 rad/s、ζ = 0.8 でなければなりません。比例ゲイン Kp を求めなさい。
G(s) = 2/(s + 5) ωₙ = 10 rad/s ζ = 0.8
Kp =
11. ボード線図と余裕 ふつう
|H| (dB) 0.1 0.1 1 1 10 10 100 100 1000 1000 −40 −20 0 20 40 60 80 ω (rad/s) φ (°) ω (rad/s) −180 −135 −90 −45 0 ω = 8 ω = 8 rad/s における G(s) = 50(s + 16)/(s(s + 1)) の位相 ∠G(jω) を度で求めよ。
G(s) = 50(s + 16)/(s(s + 1)) ω = 8 rad/s
∠G(jω) = °
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) = 186/(s(s + 5)(s + 6)) である。 ∠L(jω) = −180° となる位相交差周波数 ω180 を求めよ。
L(s) = 186/(s(s + 5)(s + 6))
ω180 = rad/s