1. ラプラス変換 ふつう
F(s) = (5s + 26)/(s² + 6s + 18) の f(t) を平方完成によって求め、f(0.3) を計算せよ。
F(s) = (5s + 26)/(s² + 6s + 18) t = 0.3 s
f(0.3) =
2. ラプラス変換 むずかしい
t (s) y(t) t = 0.2 y(0.2) = ? ある系が y″ + 11y′ + 30y = 60·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(0.2) を求めよ。
y″ + 11y′ + 30y = 60·u(t) u(t) = 5 y(0) = 0, y′(0) = 0 t = 0.2 s
y(0.2) =
3. ブロック線図 ふつう
R(s) + 36 s + 3 G(s) C(s) 0.25 H − プラント G(s) = 36/(s + 3) を、センサのゲインが H = 0.25 の負帰還ループで制御する。 R に大きさ 12 のステップを加える。定常出力 css を求めよ。
G(s) = 36/(s + 3) H = 0.25 R = 12
css =
4. ブロック線図 むずかしい
R(s) + 19 コントローラ + D(s) + 2 s + 1 プラント C(s) − 比例コントローラ K = 19 が、プラント G(s) = 2/(s + 1) 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 = 19 G(s) = 2/(s + 1) 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) = 2/(s² + s + 4) で、単位ステップ入力を受ける。 ステップ応答のオーバーシュート率 %OS を求めよ。
G(s) = 2/(s² + s + 4)
%OS = %
6. ステップ応答 むずかしい
k = 1000 N/m c = 28 N·s/m m = 20 kg F = 25 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 = 28 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 = 25 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 = 20 kg k = 1000 N/m c = 28 N·s/m F = 25 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 = 130 1 s(s + 5)(s + 8) C(s) − 図のループは K = 130、L(s) = K/(s(s + 5)(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 + 5)(s + 8)) K = 130
m =
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 + 9)) の根軌跡を示します。2 つの閉ループ極が実軸上で一致する分岐点 sb でのゲイン K を求めなさい。
L(s) = K/((s + 1)(s + 9))
K =
9. 定常偏差と PID 制御 ふつう
r(t) = 1t + 4 s(s + 2)(s + 10) C(s) − ランプ入力 r(t) = 1t が、G(s) = 4/(s(s + 2)(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 + 2)(s + 10)) r(t) = 1t
ess =
10. 定常偏差と PID 制御 むずかしい
R(s) + Kp + Ki /s 1 s + 1 C(s) − 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 = 10 rad/s、ζ = 0.6 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 = 10 rad/s ζ = 0.6
Kp =
11. ボード線図と余裕 ふつう
|H| (dB) 0.1 0.1 1 1 10 10 100 100 1000 1000 −40 −20 0 20 40 60 ω (rad/s) φ (°) ω (rad/s) −90 −45 0 ω = 30 ω = 30 rad/s における G(s) = 30(s + 6)/(s(s + 15)) の位相 ∠G(jω) を度で求めよ。
G(s) = 30(s + 6)/(s(s + 15)) ω = 30 rad/s
∠G(jω) = °
12. ボード線図と余裕 むずかしい
|H| (dB) 1 1 10 10 100 100 1000 1000 −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) = 250/(s(s + 10)) である。 |L(jω)| = 1 となるゲイン交差周波数 ωc を求めよ。
L(s) = 250/(s(s + 10))
ωc = rad/s