1.ラプラス変換ふつう
F(s) = (5s + 5)/(s² + 9s + 18) である。その逆変換は f(t) = A·e−3t + B·e−6t の形になる。部分分数展開により係数 A を求めよ。
F(s) = (5s + 5)/(s² + 9s + 18)
A =
2.ラプラス変換むずかしい
ラプラス変換を用いて、y(0) = 3、y′(0) = −11 の条件で y″ + 8y′ + 12y = 0 を解き、y(0.4) を求めよ。
y″ + 8y′ + 12y = 0y(0) = 3y′(0) = −11t = 0.4 s
y(0.4) =
3.ブロック線図ふつう
プラント G(s) = K/((s + 5)(s + 7)) を単位負帰還ループに入れる。閉ループが臨界減衰(等しい 2 つの実数極)になるゲイン K を求めよ。
G(s) = K/((s + 5)(s + 7))単位負帰還
K =
4.ブロック線図むずかしい
比例コントローラ K が、プラント G(s) = 5/(s + 2) を単位負帰還ループで駆動する。R = 0 のとき、大きさ 10 の外乱ステップがプラントの入力に加わる。定常出力を 5 以下に保つ最小のゲイン K を求めよ。
G(s) = 5/(s + 2)D = 10css ≤ 5
K =
5.ステップ応答ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 196/(s² + 4s + 98) で、単位ステップ入力を受ける。 減衰比 ζ を求めよ。
G(s) = 196/(s² + 4s + 98)
ζ =
6.ステップ応答むずかしい
質量 m = 0.5 kg のおもりが、ばね定数 k = 2000 N/m のばねと粘性ダンパ c = 9 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。 変位が最大になる時刻 tp を求めよ。
m = 0.5 kgk = 2000 N/mc = 9 N·s/mF = 25 N
tp = s
7.安定性:ラウス・フルビッツ法と根軌跡ふつう
単位フィードバックのループで L(s) = K(s + 10)/(s(s + 1)(s + 4))、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 + 1)(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
ループ L(s) = K/(s(s + 3)(s + 10)) について、閉ループ極を s = −2.5 に置くゲイン K を求めなさい。
L(s) = K/(s(s + 3)(s + 10))s = −2.5
K =
9.定常偏差と PID 制御ふつう
プロセス G(s) = 5/(10s + 1) を、比例ゲイン K = 5 で単位フィードバックのループにより制御します。ステップ入力に対する定常偏差 ess を、ステップの大きさに対する百分率で求めなさい。
G(s) = 5/(10s + 1)K = 5
ess = %
10.定常偏差と PID 制御むずかしい
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 + 1) を制御しています。閉ループは ωₙ = 5 rad/s、ζ = 1 でなければなりません。積分ゲイン Ki を求めなさい。
G(s) = 2/(s + 1)ωₙ = 5 rad/sζ = 1
Ki =
11.ボード線図と余裕ふつう
図の RC ローパスフィルタ は R = 10 kΩ, C = 4.7 nF です。10 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 kΩC = 4.7 nFf = 10 kHz
|H| = dB
12.ボード線図と余裕むずかしい
ユニティフィードバック系の開ループ伝達関数は L(s) = 80/(s(s + 2)(s + 7)) である。 ∠L(jω) = −180° となる位相交差周波数 ω180 を求めよ。
L(s) = 80/(s(s + 2)(s + 7))
ω180 = rad/s