1. ラプラス変換 ふつう
F(s) = 27/(s² + 2s + 2) の f(t) を平方完成によって求め、f(1) を計算せよ。
F(s) = 27/(s² + 2s + 2) t = 1 s
f(1) =
2. ラプラス変換 むずかしい
t (s) y(t) t = 0.4 y(0.4) = ? ラプラス変換を用いて、y(0) = −9、y′(0) = −15 の条件で y″ + 3y′ + 2y = 0 を解き、y(0.4) を求めよ。
y″ + 3y′ + 2y = 0 y(0) = −9 y′(0) = −15 t = 0.4 s
y(0.4) =
3. ブロック線図 ふつう
R(s) + 2 K + 9 s + 3 G(s) C(s) 2 H₁ − − プラント G(s) = 9/(s + 3) には、ゲイン H₁ = 2 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 = 2 と外側の単位負帰還ループで系が閉じられる。 閉ループの直流ゲイン T(0) を求めよ。
G(s) = 9/(s + 3) H₁ = 2 K = 2
T(0) =
4. ブロック線図 むずかしい
R(s) + 7 コントローラ + D(s) + 1 s + 9 プラント C(s) − 比例コントローラ K = 7 が、プラント G(s) = 1/(s + 9) 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 5 の外乱ステップを加える。定常出力 css を求めよ。
K = 7 G(s) = 1/(s + 9) D = 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) = 6/(s² + 5s + 12) 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) = 6/(s² + 5s + 12)
tp = s
6. ステップ応答 むずかしい
k = 5000 N/m c = 379 N·s/m m = 20 kg F = 100 N x(t) 質量 m = 20 kg のおもりが、ばね定数 k = 5000 N/m のばねと粘性ダンパ c = 379 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 = 20 kg k = 5000 N/m c = 379 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 s + 10 s(s + 2)(s + 3) C(s) − 単位フィードバックのループで L(s) = K(s + 10)/(s(s + 2)(s + 3))、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 + 10)/(s(s + 2)(s + 3))
Kmax =
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 + 3)(s + 9)) 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 + 3)(s + 9))
K =
9. 定常偏差と PID 制御 ふつう
r(t) = 4·t²/2 + 4(s + 2) s²(s + 4) C(s) − 放物線入力 r(t) = 4·t²/2 が、G(s) = 4(s + 2)/(s²(s + 4)) 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) = 4(s + 2)/(s²(s + 4)) r(t) = 4·t²/2
ess =
10. 定常偏差と PID 制御 むずかしい
R(s) + K = 50 1 s(s + 5) C(s) − 比例制御器 K = 50 が、単位フィードバックのループで制御対象 G(s) = 1/(s(s + 5)) を制御しています。 ステップ応答のピーク時間 tp を求めよ。
G(s) = 1/(s(s + 5)) K = 50
tp = s
11. ボード線図と余裕 ふつう
vin R = 1 kΩ C = 2.2 nF vout
図の RC ローパスフィルタ は R = 1 kΩ, C = 2.2 nF です。290 kHz の正弦波入力が加えられます。 vin に対する vout の位相のずれ φ を度で求めよ。
R = 1 kΩ C = 2.2 nF f = 290 kHz
φ = °
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) = 2/(s(s + 1)(s + 2)) である。 ゲイン余裕 GM を dB で求めよ。
L(s) = 2/(s(s + 1)(s + 2))
GM = dB