1.ラプラス変換ふつう
F(s) = (2s + 22)/(s² + 6s + 13) の f(t) を平方完成によって求め、f(0.2) を計算せよ。
F(s) = (2s + 22)/(s² + 6s + 13)t = 0.2 s
f(0.2) =
2.ラプラス変換むずかしい
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(0.75) を求めよ。
y″ + 5y′ + 4y = 4·u(t)u(t) = 10y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0.75 s
y(0.75) =
3.ブロック線図ふつう
プラント G(s) = 1/(s + 6) には、ゲイン H₁ = 5 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 = 4 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) = 1/(s + 6)H₁ = 5K = 4
T(0) =
4.ブロック線図むずかしい
プラント G(s) = 18/(s(s + 4)) を、センサのゲイン H = 0.5 の負帰還ループに入れる。閉ループの極は複素数である。 その虚部 ωd(正の値)を rad/s で求めよ。
G(s) = 18/(s(s + 4))H = 0.5
ωd = 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 + 15) で、単位ステップ入力を受ける。 極は s = σ ± jωd である。その実部 σ を求めよ。
G(s) = 30/(s² + 6s + 15)
σ =
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 = 400 N/m のばねと粘性ダンパ c = 54 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。 変位が最大になる時刻 tp を求めよ。
m = 5 kgk = 400 N/mc = 54 N·s/mF = 50 N
tp = s
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 + 1)(s + 2)) 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 + 1)(s + 2))
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 + 1)(s + 4)(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 + 4)(s + 5))
ω = rad/s
9.定常偏差と PID 制御ふつう
単位フィードバックのループで G(s) = K/((s + 2)(s + 4)) です。ステップ入力に対する定常偏差が 10 % となるゲイン K を求めなさい。
G(s) = K/((s + 2)(s + 4))ess = 10 %
K =
10.定常偏差と PID 制御むずかしい
PD 制御器 C(s) = 8 + Kd·s が、単位フィードバックのループで制御対象 G(s) = 2/(s(s + 2)) を制御しています。閉ループの減衰比を ζ = 0.8 にする微分ゲイン Kd を求めなさい。
G(s) = 2/(s(s + 2))Kp = 8ζ = 0.8
Kd = s
11.ボード線図と余裕ふつう
図の直列 RLC バンドパスフィルタでは、出力は R = 2 Ω の両端でとり、L = 5 mH、C = 4.7 µF である。 −3 dB 帯域幅 BW を Hz で求めよ。
R = 2 ΩL = 5 mHC = 4.7 µF
BW = Hz
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) = 296/(s(s + 4)(s + 9)) である。 ∠L(jω) = −180° となる位相交差周波数 ω180 を求めよ。
L(s) = 296/(s(s + 4)(s + 9))
ω180 = rad/s