1. ラプラス変換 ふつう
t (s) f(t) t = 0.4 f(0.4) = ? F(s) = (3s + 26)/(s² + 6s + 9) の f(t) を求め、f(0.4) を計算せよ。
F(s) = (3s + 26)/(s² + 6s + 9) t = 0.4 s
f(0.4) =
2. ラプラス変換 むずかしい
t (s) y(t) t = 0.1 y(0.1) = ? ある系が y″ + 11y′ + 30y = 180·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 1 のステップ u(t) である。ラプラス変換を用いて出力 y(0.1) を求めよ。
y″ + 11y′ + 30y = 180·u(t) u(t) = 1 y(0) = 0, y′(0) = 0 t = 0.1 s
y(0.1) =
3. ブロック線図 ふつう
R(s) + 13 K + 4 s + 6 G(s) C(s) 4 H₁ − − プラント G(s) = 4/(s + 6) には、ゲイン H₁ = 4 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 = 13 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) = 4/(s + 6) H₁ = 4 K = 13
T(0) =
4. ブロック線図 むずかしい
R(s) + K s(s + 2)(s + 10) G(s) C(s) − プラント G(s) = K/(s(s + 2)(s + 10)) 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 + 2)(s + 10)) 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) = 80/(s² + 10s + 40) 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) = 80/(s² + 10s + 40)
ts = s
6. ステップ応答 むずかしい
k = 1000 N/m c = 18 N·s/m m = 8 kg F = 20 N x(t) 質量 m = 8 kg のおもりが、ばね定数 k = 1000 N/m のばねと粘性ダンパ c = 18 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 = 20 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 = 8 kg k = 1000 N/m c = 18 N·s/m F = 20 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 + 2) C(s) − 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。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 + 2))
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 + 5)(s + 10)) の根軌跡は、s = 0 と s = −5 の間で実軸から離れます。分岐点 sb を求めなさい。
L(s) = K/(s(s + 5)(s + 10))
sb =
9. 定常偏差と PID 制御 ふつう
r(t) = 10·t²/2 + 2(s + 2) s²(s + 10) C(s) − 放物線入力 r(t) = 10·t²/2 が、G(s) = 2(s + 2)/(s²(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) = 2(s + 2)/(s²(s + 10)) r(t) = 10·t²/2
ess =
10. 定常偏差と PID 制御 むずかしい
R(s) + K = 25 4 s(s + 10) 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) = 4/(s(s + 10)) 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) = 4/(s(s + 10)) K = 25
%OS = %
11. ボード線図と余裕 ふつう
vin L = 2.2 mH R = 220 Ω vout 図の RL ローパスフィルタ は R = 220 Ω, L = 2.2 mH です。8 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 = 220 Ω L = 2.2 mH f = 8 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 −100 −80 −60 −40 −20 0 20 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) = 8/(s(s + 2)(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 + 2)(s + 5))
ω180 = rad/s