1.ラプラス変換ふつう
F(s) = (s + 19)/(s² + 6s + 25) の f(t) を平方完成によって求め、f(0.1) を計算せよ。
F(s) = (s + 19)/(s² + 6s + 25)t = 0.1 s
f(0.1) =
2.ラプラス変換むずかしい
ある系が微分方程式 y″ + 6y′ + 5y = u′ + 18u 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 = 0.25 s におけるインパルス応答 g(t) を計算せよ。g(0.25) を求めよ。
y″ + 6y′ + 5y = u′ + 18ut = 0.25 s
g(0.25) =
3.ブロック線図ふつう
プラント G(s) = 7/(s + 2) を、センサのゲインが H = 0.5 の負帰還ループで制御する。 R に大きさ 10 のステップを加える。定常出力 css を求めよ。
G(s) = 7/(s + 2)H = 0.5R = 10
css =
4.ブロック線図むずかしい
比例コントローラ K = 2 が、プラント G(s) = 7/(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 = 2G(s) = 7/(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) = 63/(s² + 10s + 63) 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) = 63/(s² + 10s + 63)
ts = s
6.ステップ応答むずかしい
単位負帰還ループの G(s) = K/(s(s + 10)) である。ステップ応答のオーバーシュートが 10 % になるゲイン K を求めよ。
G(s) = K/(s(s + 10))%OS = 10 %
K =
7.安定性:ラウス・フルビッツ法と根軌跡ふつう
図のループの開ループ伝達関数は L(s) = K/(s(s + 5)(s + 6)) です。ゲインを上げていくと、閉ループが安定限界に達します。持続振動の周波数 ω を求めなさい。
L(s) = K/(s(s + 5)(s + 6))
ω = rad/s
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 + 5)(s + 10)) の根軌跡は、s = 0 と s = −5 の間で実軸から離れます。分岐点 sb を求めなさい。
L(s) = K/(s(s + 5)(s + 10))
sb =
9.定常偏差と PID 制御ふつう
ランプ入力 r(t) = 4t が、G(s) = 2/(s(s + 1)(s + 2)) 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) = 2/(s(s + 1)(s + 2))r(t) = 4t
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) = 1/(s + 1) を制御しています。閉ループは ωₙ = 5 rad/s、ζ = 0.7 でなければなりません。比例ゲイン Kp を求めなさい。
G(s) = 1/(s + 1)ωₙ = 5 rad/sζ = 0.7
Kp =
11.ボード線図と余裕ふつう
ω = 20 rad/s における G(s) = 880/((s + 4)(s + 11)) の正確な大きさ |G(jω)| を dB で求めよ。
G(s) = 880/((s + 4)(s + 11))ω = 20 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) = 7.2/(s(s + 4)) である。 |L(jω)| = 1 となるゲイン交差周波数 ωc を求めよ。
L(s) = 7.2/(s(s + 4))
ωc = rad/s