1. ラプラス変換 ふつう
t (s) f(t) t = 0.3 f(0.3) = ? F(s) = (5s + 27)/(s² + 4s + 4) の f(t) を求め、f(0.3) を計算せよ。
F(s) = (5s + 27)/(s² + 4s + 4) t = 0.3 s
f(0.3) =
2. ラプラス変換 むずかしい
t (s) y(t) t = 0.75 y(0.75) = ? ある系が y″ + 3y′ + 2y = 6·u(t) に従う。系は静止状態(y(0) = 0、y′(0) = 0)から始まり、入力は t ≥ 0 で大きさ 5 のステップ u(t) である。ラプラス変換を用いて出力 y(0.75) を求めよ。
y″ + 3y′ + 2y = 6·u(t) u(t) = 5 y(0) = 0, y′(0) = 0 t = 0.75 s
y(0.75) =
3. ブロック線図 ふつう
R(s) + 20 K + 1 s + 7 G(s) C(s) 3 H₁ − − プラント G(s) = 1/(s + 7) には、ゲイン H₁ = 3 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 = 20 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) = 1/(s + 7) H₁ = 3 K = 20
p =
4. ブロック線図 むずかしい
R(s) + K コントローラ + D(s) + 10 s + 8 プラント C(s) − 比例コントローラ K が、プラント G(s) = 10/(s + 8) 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 0.0625 以下に保つ最小のゲイン K を求めよ。
G(s) = 10/(s + 8) D = 1 css ≤ 0.0625
K =
5. ステップ応答 ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 63/(s² + 8s + 63) で、単位ステップ入力を受ける。 極は s = σ ± jωd である。その実部 σ を求めよ。
G(s) = 63/(s² + 8s + 63)
σ =
6. ステップ応答 むずかしい
k = 1000 N/m c = 42 N·s/m m = 20 kg F = 10 N x(t) 質量 m = 20 kg のおもりが、ばね定数 k = 1000 N/m のばねと粘性ダンパ c = 42 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。 最大変位 xmax を mm で求めよ。
m = 20 kg k = 1000 N/m c = 42 N·s/m F = 10 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 = 168 1 s(s + 6)(s + 8) C(s) − 図のループは K = 168、L(s) = K/(s(s + 6)(s + 8)) で動作しています。閉ループが不安定になるまでに、ゲインを何倍まで上げられますか。倍率 m を求めなさい。
L(s) = K/(s(s + 6)(s + 8)) K = 168
m =
8. 安定性:ラウス・フルビッツ法と根軌跡 むずかしい
単位フィードバックのループで L(s) = K(s + 5)/(s(s + 1)(s + 6)) です。根軌跡の漸近線が実軸と交わる点 σa を求めなさい。
L(s) = K(s + 5)/(s(s + 1)(s + 6))
σa =
9. 定常偏差と PID 制御 ふつう
G(s) = K/(s(s + 2)) の単位フィードバックのループが、ランプ入力 r(t) = 5t に定常偏差 0.01 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 + 2)) r(t) = 5t ess = 0.01
K =
10. 定常偏差と PID 制御 むずかしい
R(s) + K = 25 2 s(s + 5) C(s) − 比例制御器 K = 25 が、単位フィードバックのループで制御対象 G(s) = 2/(s(s + 5)) 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) = 2/(s(s + 5)) K = 25
%OS = %
11. ボード線図と余裕 ふつう
vin C = 10 nF R = 47 kΩ vout
図の RC ハイパスフィルタ は R = 47 kΩ, C = 10 nF です。68 Hz 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 = 47 kΩ C = 10 nF f = 68 Hz
|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) = 118/(s(s + 4)(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) = 118/(s(s + 4)(s + 9))
ω180 = rad/s