1. ラプラス変換 ふつう
t (s) f(t) t = 0.3 f(0.3) = ? F(s) = (5s + 23)/(s² + 8s + 16) の f(t) を求め、f(0.3) を計算せよ。
F(s) = (5s + 23)/(s² + 8s + 16) t = 0.3 s
f(0.3) =
2. ラプラス変換 むずかしい
t (s) y(t) t = 0.4 y(0.4) = ? ある系が y″ + 5y′ + 4y = 10·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 2 のステップ u(t) である。ラプラス変換を用いて出力 y(0.4) を求めよ。
y″ + 5y′ + 4y = 10·u(t) u(t) = 2 y(0) = 0, y′(0) = 0 t = 0.4 s
y(0.4) =
3. ブロック線図 ふつう
プラント G(s) = K/(s(s + 16)) を単位負帰還ループに入れる。閉ループが臨界減衰(等しい 2 つの実数極)になるゲイン K を求めよ。
G(s) = K/(s(s + 16)) 単位負帰還
K =
4. ブロック線図 むずかしい
R(s) + 15 s + 1 G₁ + 2 s + 3 G₂ C(s) 4 H₁ − 0.25 H₂ − G₁ = 15/(s + 1)、G₂ = 2/(s + 3)、G₂ の周りの内側の負帰還 H₁ = 4、外側の負帰還 H₂ = 0.25 のブロック線図を簡単にせよ。C(s)/R(s) の直流ゲイン T(0) を求めよ。
G₁ = 15/(s + 1) G₂ = 2/(s + 3) H₁ = 4 H₂ = 0.25
T(0) =
5. ステップ応答 ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 84/(s² + 9s + 84) 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) = 84/(s² + 9s + 84)
ts = s
6. ステップ応答 むずかしい
k = 200 N/m c = 13 N·s/m m = 2.5 kg F = 25 N x(t) 質量 m = 2.5 kg のおもりが、ばね定数 k = 200 N/m のばねと粘性ダンパ c = 13 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。 最大変位 xmax を mm で求めよ。
m = 2.5 kg k = 200 N/m c = 13 N·s/m F = 25 N
xmax = mm
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 + 6)(s + 10) C(s) − 図のループの開ループ伝達関数は L(s) = K/(s(s + 6)(s + 10)) 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 + 6)(s + 10))
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(s + 1)(s + 10)) の根軌跡は、s = 0 と s = −1 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 + 1)(s + 10))
sb =
9. 定常偏差と PID 制御 ふつう
r(t) = 2t + K s(s + 10) C(s) − G(s) = K/(s(s + 10)) の単位フィードバックのループが、ランプ入力 r(t) = 2t に定常偏差 0.01 で追従しなければなりません。ゲイン K を求めなさい。
G(s) = K/(s(s + 10)) r(t) = 2t ess = 0.01
K =
10. 定常偏差と PID 制御 むずかしい
比例制御器 K が、単位フィードバックのループで制御対象 G(s) = 10/(s(s + 2)) を制御しています。閉ループの減衰比を ζ = 0.4 にするゲイン K を求めなさい。
G(s) = 10/(s(s + 2)) ζ = 0.4
K =
11. ボード線図と余裕 ふつう
vin R = 22 kΩ C = 22 nF vout
図の RC ローパスフィルタ は R = 22 kΩ, C = 22 nF です。3.3 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 = 22 kΩ C = 22 nF f = 3.3 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 −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) = 90/(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) = 90/(s(s + 10))
ωc = rad/s