1. ラプラス変換 ふつう
F(s) = (2s + 21)/(s² + 6s + 8) である。その逆変換は f(t) = A·e−2t + B·e−4t の形になる。部分分数展開により係数 A を求めよ。
F(s) = (2s + 21)/(s² + 6s + 8)
A =
2. ラプラス変換 むずかしい
ある系が微分方程式 y″ + 6y′ + 5y = 4u′ + 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 = 0.8 s におけるインパルス応答 g(t) を計算せよ。g(0.8) を求めよ。
y″ + 6y′ + 5y = 4u′ + u t = 0.8 s
g(0.8) =
3. ブロック線図 ふつう
プラント G(s) = 4/(s + 5) を、センサのゲインが H = 0.2 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) = 4/(s + 5) H = 0.2
τ = s
4. ブロック線図 むずかしい
R(s) + 24 コントローラ + D(s) + 6 s + 9 プラント C(s) − 比例コントローラ K = 24 が、プラント G(s) = 6/(s + 9) 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 5 の基準ステップと大きさ 5 の外乱ステップを同時に加える。定常出力 css を求めよ。
K = 24 G(s) = 6/(s + 9) D = 5 R = 5
css =
5. ステップ応答 ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 30/(s² + 2s + 10) 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) = 30/(s² + 2s + 10)
ts = s
6. ステップ応答 むずかしい
k = 200 N/m c = 17 N·s/m m = 4 kg F = 50 N x(t) 質量 m = 4 kg のおもりが、ばね定数 k = 200 N/m のばねと粘性ダンパ c = 17 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 = 50 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 = 200 N/m c = 17 N·s/m F = 50 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(s + 1)(s + 10) C(s) − 図のループの開ループ伝達関数は L(s) = K/(s(s + 1)(s + 10)) 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(s + 1)(s + 10))
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 + 8)) の根軌跡を示します。閉ループ極の減衰比が ζ = 0.3 となるゲイン K を求めなさい。
L(s) = K/(s(s + 8)) ζ = 0.3
K =
9. 定常偏差と PID 制御 ふつう
r(t) = 5·t²/2 + 20(s + 2) s²(s + 5) C(s) − 放物線入力 r(t) = 5·t²/2 が、G(s) = 20(s + 2)/(s²(s + 5)) 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) = 20(s + 2)/(s²(s + 5)) r(t) = 5·t²/2
ess =
10. 定常偏差と PID 制御 むずかしい
R(s) + K = 25 1 s(s + 8) 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) = 1/(s(s + 8)) 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) = 1/(s(s + 8)) K = 25
%OS = %
11. ボード線図と余裕 ふつう
vin C = 47 nF R = 47 kΩ vout
図の RC ハイパスフィルタ は R = 47 kΩ, C = 47 nF です。360 Hz の正弦波入力が加えられます。 vin に対する vout の位相のずれ φ を度で求めよ。
R = 47 kΩ C = 47 nF f = 360 Hz
φ = °
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 −60 −40 −20 0 20 40 60 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) = 56/(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) = 56/(s(s + 4))
ωc = rad/s