1.ラプラス変換ふつう
F(s) = (3s + 21)/(s² + 9s + 20) である。その逆変換は f(t) = A·e−4t + 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) = (3s + 21)/(s² + 9s + 20)
A =
2.ラプラス変換むずかしい
ある系が y″ + 7y′ + 12y = 36·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) = 10 を加える。ラプラス変換を用いて y(0.2) を求めよ。
y″ + 7y′ + 12y = 36·u(t)y(0) = 4y′(0) = 0u(t) = 10t = 0.2 s
y(0.2) =
3.ブロック線図ふつう
プラント G(s) = 5/(s + 10) を、センサのゲインが H = 0.5 の負帰還ループで制御する。 R に大きさ 24 のステップを加える。定常出力 css を求めよ。
G(s) = 5/(s + 10)H = 0.5R = 24
css =
4.ブロック線図むずかしい
プラント G(s) = 62/(s(s + 3)) を、センサのゲイン H = 2 の負帰還ループに入れる。閉ループの極は複素数である。 その実部 σ を求めよ。
G(s) = 62/(s(s + 3))H = 2
σ =
5.ステップ応答ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 28/(s² + 10s + 56) で、単位ステップ入力を受ける。 固有角周波数 ωn を rad/s で求めよ。
G(s) = 28/(s² + 10s + 56)
ωn = rad/s
6.ステップ応答むずかしい
質量 m = 0.5 kg のおもりが、ばね定数 k = 100 N/m のばねと粘性ダンパ c = 8 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。 減衰比 ζ を求めよ。
m = 0.5 kgk = 100 N/mc = 8 N·s/mF = 25 N
ζ =
7.安定性:ラウス・フルビッツ法と根軌跡ふつう
図のループの開ループ伝達関数は L(s) = K/(s(s + 4)(s + 5)) 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 + 4)(s + 5))
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 + 9)/(s(s + 8)) の根軌跡は、s = 0 と s = −8 の間で実軸から離れ、円を描いて零点の左側で再び実軸に戻ります。分岐点 sb を求めなさい。
L(s) = K(s + 9)/(s(s + 8))
sb =
9.定常偏差と PID 制御ふつう
入力 r(t) = 10 + 2t(ステップとランプの和)が、G(s) = 4(s + 1)/(s(s + 4)(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) = 4(s + 1)/(s(s + 4)(s + 10))r(t) = 10 + 2t
ess =
10.定常偏差と PID 制御むずかしい
PD 制御器 C(s) = 8 + Kd·s が、単位フィードバックのループで制御対象 G(s) = 2/(s(s + 1)) 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) = 2/(s(s + 1))Kp = 8ζ = 0.9
Kd = s
11.ボード線図と余裕ふつう
ω = 5 rad/s における G(s) = 43(s + 14)/(s(s + 5)) の位相 ∠G(jω) を度で求めよ。
G(s) = 43(s + 14)/(s(s + 5))ω = 5 rad/s
∠G(jω) = °
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) = K/(s(s + 5)(s + 7)) である。 ゲイン余裕が 12 dB となるゲイン K を求めよ。
L(s) = K/(s(s + 5)(s + 7))GM = 12 dB
K =