1. ラプラス変換 ふつう
F(s) = (4s + 29)/(s² + 4s + 40) の f(t) を平方完成によって求め、f(0.75) を計算せよ。
F(s) = (4s + 29)/(s² + 4s + 40) t = 0.75 s
f(0.75) =
2. ラプラス変換 むずかしい
t (s) y(t) t = 0.4 y(0.4) = ? ある系が y″ + 5y′ + 4y = 4·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 10 のステップ u(t) である。ラプラス変換を用いて出力 y(0.4) を求めよ。
y″ + 5y′ + 4y = 4·u(t) u(t) = 10 y(0) = 0, y′(0) = 0 t = 0.4 s
y(0.4) =
3. ブロック線図 ふつう
プラント G(s) = K/(s(s + 6)) 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(s + 6)) 単位負帰還
K =
4. ブロック線図 むずかしい
R(s) + K コントローラ + D(s) + 8 s + 10 プラント C(s) − 比例コントローラ K が、プラント G(s) = 8/(s + 10) を単位負帰還ループで駆動する。R = 0 のとき、大きさ 2 の外乱ステップがプラントの入力に加わる。定常出力を 0.032 以下に保つ最小のゲイン K を求めよ。
G(s) = 8/(s + 10) D = 2 css ≤ 0.032
K =
5. ステップ応答 ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 8/(s² + 3s + 4) で、単位ステップ入力を受ける。 固有角周波数 ωn を rad/s で求めよ。
G(s) = 8/(s² + 3s + 4)
ωn = rad/s
6. ステップ応答 むずかしい
k = 2000 N/m c = 72 N·s/m m = 4 kg F = 10 N x(t) 質量 m = 4 kg のおもりが、ばね定数 k = 2000 N/m のばねと粘性ダンパ c = 72 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 = 4 kg k = 2000 N/m c = 72 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 s + 4 (s − 3)(s + 2) C(s) − 制御対象 G(s) = (s + 4)/((s − 3)(s + 2)) は s = 3 に不安定な極をもちます。比例ゲイン K で、その周りに単位フィードバックのループを組みます。閉ループが安定になる最小のゲイン Kmin を求めなさい。
G(s) = (s + 4)/((s − 3)(s + 2))
Kmin =
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 + 3)(s + 5)) の根軌跡を描きました。軌跡が虚軸と交わる周波数 ω を求めなさい。
L(s) = K/((s + 1)(s + 3)(s + 5))
ω = rad/s
9. 定常偏差と PID 制御 ふつう
プロセス G(s) = 5/(0.5s + 1) を、比例ゲイン K = 9 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/(0.5s + 1) K = 9
ess = %
10. 定常偏差と PID 制御 むずかしい
r(t) = 1t + 1 + 5/s 10 (s + 4)(s + 5) C(s) − PI 制御器 C(s) = 1 + 5/s が、単位フィードバックのループで制御対象 G(s) = 10/((s + 4)(s + 5)) を制御しています。ランプ入力 r(t) = 1t に対する定常偏差 ess を求めなさい。
C(s) = 1 + 5/s G(s) = 10/((s + 4)(s + 5)) r(t) = 1t
ess =
11. ボード線図と余裕 ふつう
vin L = 22 mH R = 1000 Ω vout 図の RL ローパスフィルタ は R = 1000 Ω, L = 22 mH です。3.6 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 = 1000 Ω L = 22 mH f = 3.6 kHz
|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) = K/(s(s + 4)(s + 7)) である。 ゲイン余裕が 20 dB となるゲイン K を求めよ。
L(s) = K/(s(s + 4)(s + 7)) GM = 20 dB
K =