1.ラプラス変換ふつう
F(s) = (2s + 12)/(s² + 10s + 25) の f(t) を求め、f(0.25) を計算せよ。
F(s) = (2s + 12)/(s² + 10s + 25)t = 0.25 s
f(0.25) =
2.ラプラス変換むずかしい
ある系が微分方程式 y″ + 4y′ + 20y = 10u 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 = 0.4 s におけるインパルス応答 g(t) を計算せよ。g(0.4) を求めよ。
y″ + 4y′ + 20y = 10ut = 0.4 s
g(0.4) =
3.ブロック線図ふつう
プラント G(s) = 2/(s + 4) には、ゲイン H₁ = 2 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 = 10 と外側の単位負帰還ループで系が閉じられる。 閉ループの直流ゲイン T(0) を求めよ。
G(s) = 2/(s + 4)H₁ = 2K = 10
T(0) =
4.ブロック線図むずかしい
プラント G(s) = K/(s(s + 4)(s + 8)) を単位負帰還ループに入れる。 安定な最大ゲインでは、ループは振動します。振動の周波数 ω を rad/s で求めよ。
G(s) = K/(s(s + 4)(s + 8))単位負帰還
ω = rad/s
5.ステップ応答ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 30/(s² + 6s + 30) 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) = 30/(s² + 6s + 30)
%OS = %
6.ステップ応答むずかしい
質量 m = 5 kg のおもりが、ばね定数 k = 5000 N/m のばねと粘性ダンパ c = 126 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 = 5 N を突然加える。 減衰比 ζ を求めよ。
m = 5 kgk = 5000 N/mc = 126 N·s/mF = 5 N
ζ =
7.安定性:ラウス・フルビッツ法と根軌跡ふつう
図のループは K = 250、L(s) = K/(s(s + 5)(s + 10)) 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 + 10))K = 250
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 + 8)/(s(s + 5)) の根軌跡は、s = 0 と s = −5 の間で実軸から離れ、円を描いて零点の左側で再び実軸に戻ります。合流点 si を求めなさい。
L(s) = K(s + 8)/(s(s + 5))
si =
9.定常偏差と PID 制御ふつう
プロセス G(s) = 4/(10s + 1) を、比例ゲイン K = 1 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) = 4/(10s + 1)K = 1
ess = %
10.定常偏差と PID 制御むずかしい
PI 制御器 C(s) = 1 + 1/s が、単位フィードバックのループで制御対象 G(s) = 4/((s + 4)(s + 10)) を制御しています。ランプ入力 r(t) = 2t に対する定常偏差 ess を求めなさい。
C(s) = 1 + 1/sG(s) = 4/((s + 4)(s + 10))r(t) = 2t
ess =
11.ボード線図と余裕ふつう
ω = 8 rad/s における G(s) = 252/((s + 3)(s + 7)) の正確な大きさ |G(jω)| を dB で求めよ。
G(s) = 252/((s + 3)(s + 7))ω = 8 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) = 8/(s(s + 1)(s + 5)) である。 ∠L(jω) = −180° となる位相交差周波数 ω180 を求めよ。
L(s) = 8/(s(s + 1)(s + 5))
ω180 = rad/s