1. ラプラス変換 ふつう
F(s) = (2s + 34)/(s² + 9s + 14) である。その逆変換は f(t) = A·e−2t + B·e−7t の形になる。部分分数展開により係数 A を求めよ。
F(s) = (2s + 34)/(s² + 9s + 14)
A =
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″ + 8y′ + 15y = 30·u(t) に従い、y(0) = 1、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″ + 8y′ + 15y = 30·u(t) y(0) = 1 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) + 38 s + 2 G(s) C(s) 0.25 H − プラント G(s) = 38/(s + 2) を、センサのゲインが H = 0.25 の負帰還ループで制御する。 R に大きさ 24 のステップを加える。定常出力 css を求めよ。
G(s) = 38/(s + 2) H = 0.25 R = 24
css =
4. ブロック線図 むずかしい
R(s) + 36 s(s + 7) G(s) C(s) 0.5 H − プラント G(s) = 36/(s(s + 7)) を、センサのゲイン H = 0.5 の負帰還ループに入れる。閉ループの極は複素数である。 その実部 σ を求めよ。
G(s) = 36/(s(s + 7)) H = 0.5
σ =
5. ステップ応答 ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 45/(s² + 6s + 45) 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) = 45/(s² + 6s + 45)
ωn = rad/s
6. ステップ応答 むずかしい
k = 100 N/m c = 13 N·s/m m = 2.5 kg F = 50 N x(t) 質量 m = 2.5 kg のおもりが、ばね定数 k = 100 N/m のばねと粘性ダンパ c = 13 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 = 50 N を突然加える。 最大変位 xmax を mm で求めよ。
m = 2.5 kg k = 100 N/m c = 13 N·s/m F = 50 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 + 2)(s + 6) C(s) − 図のループの開ループ伝達関数は L(s) = K/(s(s + 2)(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 + 2)(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
L(s) = K/((s + 2)(s + 4)(s + 6)) の根軌跡を描きました。軌跡が虚軸と交わる周波数 ω を求めなさい。
L(s) = K/((s + 2)(s + 4)(s + 6))
ω = rad/s
9. 定常偏差と PID 制御 ふつう
R(s) + K (s + 2)(s + 4) C(s) − 単位フィードバックのループで G(s) = K/((s + 2)(s + 4)) です。ステップ入力に対する定常偏差が 2 % となるゲイン K を求めなさい。
G(s) = K/((s + 2)(s + 4)) ess = 2 %
K =
10. 定常偏差と PID 制御 むずかしい
R(s) + 20 + Kd s 2 s(s + 4) C(s) − PD 制御器 C(s) = 20 + Kd ·s が、単位フィードバックのループで制御対象 G(s) = 2/(s(s + 4)) を制御しています。閉ループの減衰比を ζ = 0.6 にする微分ゲイン Kd を求めなさい。
G(s) = 2/(s(s + 4)) Kp = 20 ζ = 0.6
Kd = s
11. ボード線図と余裕 ふつう
vin L = 20 mH C = 2.2 µF R = 5 Ω vout 図の直列 RLC バンドパスフィルタでは、出力は R = 5 Ω の両端でとり、L = 20 mH、C = 2.2 µF である。 Q 値 Q を求めよ。
R = 5 Ω L = 20 mH C = 2.2 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 −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) = 48/(s(s + 2)(s + 6)) である。 ゲイン余裕 GM を dB で求めよ。
L(s) = 48/(s(s + 2)(s + 6))
GM = dB