1.ラプラス変換ふつう
F(s) = (4s + 40)/(s² + 4s + 3) である。その逆変換は f(t) = A·e−t + B·e−3t の形になる。部分分数展開により係数 A を求めよ。
F(s) = (4s + 40)/(s² + 4s + 3)
A =
2.ラプラス変換むずかしい
ある系が微分方程式 y″ + 9y′ + 20y = u′ + 9u で表される(入力 u(t)、出力 y(t))。その伝達関数 G(s) = Y(s)/U(s)(初期条件はゼロ)を求め、t = 0.2 s におけるインパルス応答 g(t) を計算せよ。g(0.2) を求めよ。
y″ + 9y′ + 20y = u′ + 9ut = 0.2 s
g(0.2) =
3.ブロック線図ふつう
プラント G(s) = 22/(s + 8) 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) = 22/(s + 8)H = 0.5
τ = s
4.ブロック線図むずかしい
比例コントローラ K = 15 が、プラント G(s) = 5/(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)。 大きさ 1 の基準ステップと大きさ 10 の外乱ステップを同時に加える。定常出力 css を求めよ。
K = 15G(s) = 5/(s + 6)D = 10R = 1
css =
5.ステップ応答ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 170/(s² + 13s + 85) で、単位ステップ入力を受ける。 減衰比 ζ を求めよ。
G(s) = 170/(s² + 13s + 85)
ζ =
6.ステップ応答むずかしい
単位負帰還ループの G(s) = 195/(s(s + 5)) である。ts ≈ 4/(ζωₙ) を用いて、閉ループのステップ応答の 2 % 整定時間 ts を求めよ。
G(s) = 195/(s(s + 5))
ts = 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 + 3)(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 + 3)(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
L(s) = K/((s + 1)(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 + 1)(s + 9))
K =
9.定常偏差と PID 制御ふつう
G(s) = K/(s(s + 5)) の単位フィードバックのループが、ランプ入力 r(t) = 10t に定常偏差 0.05 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 + 5))r(t) = 10tess = 0.05
K =
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) = 10/(s + 1) を制御しています。閉ループは ωₙ = 2 rad/s、ζ = 0.8 でなければなりません。積分ゲイン Ki を求めなさい。
G(s) = 10/(s + 1)ωₙ = 2 rad/sζ = 0.8
Ki =
11.ボード線図と余裕ふつう
ω = 1 rad/s における G(s) = 1008/((s + 4)(s + 14)) の正確な大きさ |G(jω)| を dB で求めよ。
G(s) = 1008/((s + 4)(s + 14))ω = 1 rad/s
|G(jω)| = 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) = 60/(s(s + 3)(s + 4)) である。 ∠L(jω) = −180° となる位相交差周波数 ω180 を求めよ。
L(s) = 60/(s(s + 3)(s + 4))
ω180 = rad/s