1. ラプラス変換 ふつう
F(s) = (6s + 33)/(s² + 8s + 7) である。その逆変換は f(t) = A·e−t + B·e−7t の形になる。部分分数展開により係数 A を求めよ。
F(s) = (6s + 33)/(s² + 8s + 7)
A =
2. ラプラス変換 むずかしい
ある系が微分方程式 y″ + 8y′ + 15y = 2u′ + u 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 = 0.4 s におけるインパルス応答 g(t) を計算せよ。g(0.4) を求めよ。
y″ + 8y′ + 15y = 2u′ + u t = 0.4 s
g(0.4) =
3. ブロック線図 ふつう
R(s) + 8 K + 2 s + 8 G(s) C(s) 5 H₁ − − プラント G(s) = 2/(s + 8) には、ゲイン H₁ = 5 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 = 8 と外側の単位負帰還ループで系が閉じられる。 閉ループの極 p を求めよ。
G(s) = 2/(s + 8) H₁ = 5 K = 8
p =
4. ブロック線図 むずかしい
R(s) + 30 コントローラ + D(s) + 4 s + 8 プラント C(s) − 比例コントローラ K = 30 が、プラント G(s) = 4/(s + 8) 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 1 の外乱ステップを加える。定常出力 css を求めよ。
K = 30 G(s) = 4/(s + 8) D = 1 R = 0
css =
5. ステップ応答 ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 22/(s² + 4s + 11) 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) = 22/(s² + 4s + 11)
ts = s
6. ステップ応答 むずかしい
k = 100 N/m c = 7 N·s/m m = 0.5 kg F = 10 N x(t) 質量 m = 0.5 kg のおもりが、ばね定数 k = 100 N/m のばねと粘性ダンパ c = 7 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 = 10 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 = 0.5 kg k = 100 N/m c = 7 N·s/m F = 10 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
L(s) = K/(s(s + 6)) の根軌跡を示します。閉ループ極の減衰比が ζ = 0.4 となるゲイン K を求めなさい。
L(s) = K/(s(s + 6)) ζ = 0.4
K =
9. 定常偏差と PID 制御 ふつう
r(t) = 4t + 4 s(s + 5)(s + 10) C(s) − ランプ入力 r(t) = 4t が、G(s) = 4/(s(s + 5)(s + 10)) 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(s + 5)(s + 10)) r(t) = 4t
ess =
10. 定常偏差と PID 制御 むずかしい
比例制御器 K = 5 が、単位フィードバックのループで制御対象 G(s) = 5/(s(s + 2)) 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 + 2)) K = 5
%OS = %
11. ボード線図と余裕 ふつう
vin L = 1 mH C = 4.7 µF R = 2 Ω vout 図の直列 RLC バンドパスフィルタでは、出力は R = 2 Ω の両端でとり、L = 1 mH、C = 4.7 µF である。 中心(共振)周波数 f0 を Hz で求めよ。
R = 2 Ω L = 1 mH C = 4.7 µF
f0 = Hz
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) −180 −135 −90 −45 0 ωc = ? ユニティフィードバック系の開ループ伝達関数は L(s) = 6/(s(s + 2)) である。 |L(jω)| = 1 となるゲイン交差周波数 ωc を求めよ。
L(s) = 6/(s(s + 2))
ωc = rad/s