1. ラプラス変換 ふつう
t (s) f(t) t = 0.25 f(0.25) = ? F(s) = (s + 18)/(s² + 4s + 4) の f(t) を求め、f(0.25) を計算せよ。
F(s) = (s + 18)/(s² + 4s + 4) t = 0.25 s
f(0.25) =
2. ラプラス変換 むずかしい
t (s) y(t) t = 0.75 y(0.75) = ? ラプラス変換を用いて、y(0) = 6、y′(0) = −11 の条件で y″ + 7y′ + 6y = 0 を解き、y(0.75) を求めよ。
y″ + 7y′ + 6y = 0 y(0) = 6 y′(0) = −11 t = 0.75 s
y(0.75) =
3. ブロック線図 ふつう
プラント G(s) = 2/(s + 5) 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) = 2/(s + 5) H = 0.5
τ = s
4. ブロック線図 むずかしい
R(s) + 2 コントローラ + D(s) + 6 s + 6 プラント C(s) − 比例コントローラ K = 2 が、プラント G(s) = 6/(s + 6) 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 = 2 G(s) = 6/(s + 6) 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) = 288/(s² + 7s + 96) で、単位ステップ入力を受ける。 ステップ応答のピーク時間 tp を求めよ。
G(s) = 288/(s² + 7s + 96)
tp = s
6. ステップ応答 むずかしい
k = 1000 N/m c = 30 N·s/m m = 10 kg F = 100 N x(t) 質量 m = 10 kg のおもりが、ばね定数 k = 1000 N/m のばねと粘性ダンパ c = 30 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。 変位のオーバーシュート率 %OS を求めよ。
m = 10 kg k = 1000 N/m c = 30 N·s/m F = 100 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 1 (s + 2)(s + 5)(s + 6) C(s) − 単位フィードバックのループで L(s) = K/((s + 2)(s + 5)(s + 6))、K > 0 です。閉ループが安定となる最大のゲイン Kmax を求めなさい。
L(s) = K/((s + 2)(s + 5)(s + 6))
Kmax =
8. 安定性:ラウス・フルビッツ法と根軌跡 むずかしい
Re Im −2 −4 −6 −8 −10 −12 −14 −16 2 j2 j4 sb L(s) = K/((s + 6)(s + 14)) 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 + 6)(s + 14))
K =
9. 定常偏差と PID 制御 ふつう
G(s) = K/(s(s + 1)) の単位フィードバックのループが、ランプ入力 r(t) = 1t に定常偏差 0.02 で追従しなければなりません。ゲイン K を求めなさい。
G(s) = K/(s(s + 1)) r(t) = 1t ess = 0.02
K =
10. 定常偏差と PID 制御 むずかしい
R(s) + 5 + Kd s 5 s(s + 4) C(s) − PD 制御器 C(s) = 5 + Kd ·s が、単位フィードバックのループで制御対象 G(s) = 5/(s(s + 4)) を制御しています。閉ループの減衰比を ζ = 0.8 にする微分ゲイン Kd を求めなさい。
G(s) = 5/(s(s + 4)) Kp = 5 ζ = 0.8
Kd = s
11. ボード線図と余裕 ふつう
|H| (dB) 0.1 1 10 100 1000 −80 −60 −40 −20 0 20 40 ω (rad/s) ω = 4 ω = 4 rad/s における G(s) = 570/((s + 2)(s + 19)) の正確な大きさ |G(jω)| を dB で求めよ。
G(s) = 570/((s + 2)(s + 19)) ω = 4 rad/s
|G(jω)| = dB
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) = K/(s(s + 3)(s + 6)) である。 ゲイン余裕が 8 dB となるゲイン K を求めよ。
L(s) = K/(s(s + 3)(s + 6)) GM = 8 dB
K =