1. ラプラス変換 ふつう
F(s) = 21/(s² + 7s + 10) である。その逆変換は f(t) = A·e−2t + B·e−5t の形になる。部分分数展開により係数 A を求めよ。
F(s) = 21/(s² + 7s + 10)
A =
2. ラプラス変換 むずかしい
t (s) y(t) t = 0.3 y(0.3) = ? ある系が y″ + 6y′ + 8y = 24·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(0.3) を求めよ。
y″ + 6y′ + 8y = 24·u(t) u(t) = 2 y(0) = 0, y′(0) = 0 t = 0.3 s
y(0.3) =
3. ブロック線図 ふつう
R(s) + 12(s + 7) (s + 3)(s + 4) G(s) C(s) − 単位負帰還ループの G(s) = 12(s + 7)/((s + 3)(s + 4)) である。基準入力に大きさ 2 のステップを加える。定常偏差 ess を求めよ。
G(s) = 12(s + 7)/((s + 3)(s + 4)) R = 2
ess =
4. ブロック線図 むずかしい
R(s) + 19 コントローラ + D(s) + 3 s + 2 プラント C(s) − 比例コントローラ K = 19 が、プラント G(s) = 3/(s + 2) 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 10 の外乱ステップを加える。定常出力 css を求めよ。
K = 19 G(s) = 3/(s + 2) D = 10 R = 0
css =
5. ステップ応答 ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 99/(s² + 14s + 99) 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) = 99/(s² + 14s + 99)
ts = s
6. ステップ応答 むずかしい
k = 2000 N/m c = 76 N·s/m m = 8 kg F = 100 N x(t) 質量 m = 8 kg のおもりが、ばね定数 k = 2000 N/m のばねと粘性ダンパ c = 76 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 = 100 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 = 2000 N/m c = 76 N·s/m F = 100 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 s + 5 (s − 3)(s + 1) C(s) − 制御対象 G(s) = (s + 5)/((s − 3)(s + 1)) は s = 3 に不安定な極をもちます。比例ゲイン K で、その周りに単位フィードバックのループを組みます。閉ループが安定になる最小のゲイン Kmin を求めなさい。
G(s) = (s + 5)/((s − 3)(s + 1))
Kmin =
8. 安定性:ラウス・フルビッツ法と根軌跡 むずかしい
Re Im −0.5 −1 −1.5 −2 −2.5 −3 −3.5 −4 0.5 j0.5 j1 sb L(s) = K/((s + 1)(s + 3)) 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 + 3))
K =
9. 定常偏差と PID 制御 ふつう
ランプ入力 r(t) = 3t が、G(s) = 4/(s(s + 4)) 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 + 4)) r(t) = 3t
ess =
10. 定常偏差と PID 制御 むずかしい
R(s) + 20 + Kd s 1 s(s + 2) C(s) − PD 制御器 C(s) = 20 + Kd ·s が、単位フィードバックのループで制御対象 G(s) = 1/(s(s + 2)) を制御しています。閉ループの減衰比を ζ = 0.9 にする微分ゲイン Kd を求めなさい。
G(s) = 1/(s(s + 2)) Kp = 20 ζ = 0.9
Kd = s
11. ボード線図と余裕 ふつう
vin C = 2.2 nF R = 10 kΩ vout
図の RC ハイパスフィルタ は R = 10 kΩ, C = 2.2 nF です。72 kHz の正弦波入力が加えられます。 vin に対する vout の位相のずれ φ を度で求めよ。
R = 10 kΩ C = 2.2 nF f = 72 kHz
φ = °
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 −80 −60 −40 −20 0 20 40 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) = K/(s(s + 2)(s + 9)) である。 ゲイン余裕が 15 dB となるゲイン K を求めよ。
L(s) = K/(s(s + 2)(s + 9)) GM = 15 dB
K =