1. ラプラス変換 ふつう
t (s) f(t) t = 0.75 f(0.75) = ? F(s) = (4s + 36)/(s² + 2s + 1) の f(t) を求め、f(0.75) を計算せよ。
F(s) = (4s + 36)/(s² + 2s + 1) t = 0.75 s
f(0.75) =
2. ラプラス変換 むずかしい
t (s) y(t) t = 0.5 y(0.5) = ? ある系が y″ + 6y′ + 5y = 5·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 5 のステップ u(t) である。ラプラス変換を用いて出力 y(0.5) を求めよ。
y″ + 6y′ + 5y = 5·u(t) u(t) = 5 y(0) = 0, y′(0) = 0 t = 0.5 s
y(0.5) =
3. ブロック線図 ふつう
プラント G(s) = K/(s(s + 3)) 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 + 3)) 単位負帰還
K =
4. ブロック線図 むずかしい
R(s) + K s(s + 5)(s + 10) G(s) C(s) − プラント G(s) = K/(s(s + 5)(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 + 5)(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) = 68/(s² + 8s + 34) 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) = 68/(s² + 8s + 34)
ts = s
6. ステップ応答 むずかしい
k = 2000 N/m c = 13 N·s/m m = 0.5 kg F = 20 N x(t) 質量 m = 0.5 kg のおもりが、ばね定数 k = 2000 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 = 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 = 0.5 kg k = 2000 N/m c = 13 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) + 20 1 s(s + 4)(s + 5) C(s) + 図のループは正帰還で、L(s) = 20/(s(s + 4)(s + 5)) です。右半平面にある閉ループ極の個数 N はいくつですか。
L(s) = 20/(s(s + 4)(s + 5))
N =
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 −0.5 ループ L(s) = K/(s(s + 2)(s + 3)) について、閉ループ極を s = −0.5 に置くゲイン K を求めなさい。
L(s) = K/(s(s + 2)(s + 3)) s = −0.5
K =
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 0.05 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 = 0.05
K =
10. 定常偏差と PID 制御 むずかしい
R(s) + K = 50 1 s(s + 8) C(s) − 比例制御器 K = 50 が、単位フィードバックのループで制御対象 G(s) = 1/(s(s + 8)) を制御しています。 ステップ応答のピーク時間 tp を求めよ。
G(s) = 1/(s(s + 8)) K = 50
tp = s
11. ボード線図と余裕 ふつう
vin L = 100 mH C = 4.7 µF R = 10 Ω vout 図の直列 RLC バンドパスフィルタでは、出力は R = 10 Ω の両端でとり、L = 100 mH、C = 4.7 µF である。 中心(共振)周波数 f0 を Hz で求めよ。
R = 10 Ω L = 100 mH C = 4.7 µF
f0 = Hz
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) = 2/(s(s + 1)(s + 2)) である。 ゲイン余裕 GM を dB で求めよ。
L(s) = 2/(s(s + 1)(s + 2))
GM = dB