1. ラプラス変換 ふつう
F(s) = (3s + 21)/(s² + 2s + 10) の f(t) を平方完成によって求め、f(0.6) を計算せよ。
F(s) = (3s + 21)/(s² + 2s + 10) t = 0.6 s
f(0.6) =
2. ラプラス変換 むずかしい
t (s) y(t) t = 0.1 y(0.1) = ? ある系が y″ + 11y′ + 30y = 60·u(t) に従い、y(0) = 2、y′(0) = 0 である。t = 0 でステップ入力 u(t) = 10 を加える。ラプラス変換を用いて y(0.1) を求めよ。
y″ + 11y′ + 30y = 60·u(t) y(0) = 2 y′(0) = 0 u(t) = 10 t = 0.1 s
y(0.1) =
3. ブロック線図 ふつう
R(s) + 11(s + 7) (s + 1)(s + 9) G(s) C(s) − 単位負帰還ループの G(s) = 11(s + 7)/((s + 1)(s + 9)) である。基準入力に大きさ 10 のステップを加える。定常偏差 ess を求めよ。
G(s) = 11(s + 7)/((s + 1)(s + 9)) R = 10
ess =
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 + 1 プラント C(s) − 比例コントローラ K が、プラント G(s) = 9/(s + 1) を単位負帰還ループで駆動する。R = 0 のとき、大きさ 1 の外乱ステップがプラントの入力に加わる。定常出力を 0.45 以下に保つ最小のゲイン K を求めよ。
G(s) = 9/(s + 1) D = 1 css ≤ 0.45
K =
5. ステップ応答 ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 153/(s² + 2s + 51) で、単位ステップ入力を受ける。 ts ≈ 4/(ζωₙ) を用いて、ステップ応答の 2 % 整定時間 ts を求めよ。
G(s) = 153/(s² + 2s + 51)
ts = s
6. ステップ応答 むずかしい
k = 1000 N/m c = 71 N·s/m m = 5 kg F = 50 N x(t) 質量 m = 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 = 71 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。 変位のオーバーシュート率 %OS を求めよ。
m = 5 kg k = 1000 N/m c = 71 N·s/m F = 50 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(s + 2)(s + 4) C(s) − 図のループの開ループ伝達関数は L(s) = K/(s(s + 2)(s + 4)) 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(s + 2)(s + 4))
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 −0.5 −1 −1.5 −2 −2.5 −3 −3.5 −4 −4.5 −5 0.5 j0.5 j1 sb L(s) = K/((s + 2)(s + 4)) 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 + 2)(s + 4))
K =
9. 定常偏差と PID 制御 ふつう
R(s) + K (s + 2)(s + 5) C(s) − 単位フィードバックのループで G(s) = K/((s + 2)(s + 5)) です。ステップ入力に対する定常偏差が 20 % となるゲイン K を求めなさい。
G(s) = K/((s + 2)(s + 5)) ess = 20 %
K =
10. 定常偏差と PID 制御 むずかしい
R(s) + K = 50 5 s(s + 10) 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) = 5/(s(s + 10)) を制御しています。 ステップ応答のオーバーシュート率 %OS を求めよ。
G(s) = 5/(s(s + 10)) K = 50
%OS = %
11. ボード線図と余裕 ふつう
vin R = 10 kΩ C = 1 nF vout
図の RC ローパスフィルタ は R = 10 kΩ, C = 1 nF です。32 kHz の正弦波入力が加えられます。 ゲイン |H| = |vout /vin | を dB で求めよ。
R = 10 kΩ C = 1 nF f = 32 kHz
|H| = 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) = 180/(s(s + 7)(s + 9)) である。 ∠L(jω) = −180° となる位相交差周波数 ω180 を求めよ。
L(s) = 180/(s(s + 7)(s + 9))
ω180 = rad/s