1.ラプラス変換ふつう
F(s) = (3s + 37)/(s² + 2s + 10) の f(t) を平方完成によって求め、f(0.2) を計算せよ。
F(s) = (3s + 37)/(s² + 2s + 10)t = 0.2 s
f(0.2) =
2.ラプラス変換むずかしい
ある系が y″ + 9y′ + 20y = 40·u(t) に従い、y(0) = 4、y′(0) = 0 である。t = 0 でステップ入力 u(t) = 4 を加える。ラプラス変換を用いて y(0.3) を求めよ。
y″ + 9y′ + 20y = 40·u(t)y(0) = 4y′(0) = 0u(t) = 4t = 0.3 s
y(0.3) =
3.ブロック線図ふつう
プラント G(s) = 2/(s + 2) を、センサのゲインが H = 0.2 の負帰還ループで制御する。 閉ループの時定数 τ を求めよ。
G(s) = 2/(s + 2)H = 0.2
τ = s
4.ブロック線図むずかしい
G₁ = 8/(s + 3)、G₂ = 3/(s + 4)、G₂ の周りの内側の負帰還 H₁ = 1、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 = 8/(s + 3)G₂ = 3/(s + 4)H₁ = 1H₂ = 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) = 15/(s² + 3s + 5) 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) = 15/(s² + 3s + 5)
%OS = %
6.ステップ応答むずかしい
質量 m = 10 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 = 50 N を突然加える。 変位が最大になる時刻 tp を求めよ。
m = 10 kgk = 200 N/mc = 13 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
図のループは K = 75、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 = 75
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 + 2)(s + 3)(s + 4)) 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 + 2)(s + 3)(s + 4))
ω = rad/s
9.定常偏差と PID 制御ふつう
ランプ入力 r(t) = 0.5t が、G(s) = 50/(s(s + 2)(s + 5)) 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) = 50/(s(s + 2)(s + 5))r(t) = 0.5t
ess =
10.定常偏差と PID 制御むずかしい
PI 制御器 C(s) = Kp + Ki/s が、単位フィードバックのループで制御対象 G(s) = 10/(s + 1) を制御しています。閉ループは ωₙ = 3 rad/s、ζ = 0.5 でなければなりません。比例ゲイン Kp を求めなさい。
G(s) = 10/(s + 1)ωₙ = 3 rad/sζ = 0.5
Kp =
11.ボード線図と余裕ふつう
図の RL ローパスフィルタ は R = 100 Ω, L = 10 mH です。800 Hz 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 = 100 ΩL = 10 mHf = 800 Hz
φ = °
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) = 120/(s(s + 4)) である。 位相余裕 PM を度で求めよ。
L(s) = 120/(s(s + 4))
PM = °