1. ステップ応答 ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 10/(s² + 5s + 20) で、単位ステップ入力を受ける。 減衰比 ζ を求めよ。
G(s) = 10/(s² + 5s + 20)
ζ =
2. ステップ応答 むずかしい
k = 5000 N/m c = 200 N·s/m m = 8 kg F = 50 N x(t) 質量 m = 8 kg のおもりが、ばね定数 k = 5000 N/m のばねと粘性ダンパ c = 200 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。 最大変位 xmax を mm で求めよ。
m = 8 kg k = 5000 N/m c = 200 N·s/m F = 50 N
xmax = mm
3. ボード線図と余裕 ふつう
|H| (dB) 1 10 100 1000 −80 −60 −40 −20 0 20 ω (rad/s) ω = 30 ω = 30 rad/s における G(s) = 798/((s + 14)(s + 19)) の正確な大きさ |G(jω)| を dB で求めよ。
G(s) = 798/((s + 14)(s + 19)) ω = 30 rad/s
|G(jω)| = dB
4. 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 + 7)(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 + 7)(s + 9)) GM = 15 dB
K =
5. 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 + 1)(s + 5) C(s) − 図のループの開ループ伝達関数は L(s) = K/(s(s + 1)(s + 5)) です。閉ループが安定となる最大のゲイン Kmax を求めなさい。
L(s) = K/(s(s + 1)(s + 5))
Kmax =
6. 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 + 5)) の根軌跡は、s = 0 と s = −5 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 + 5))
sb =
7. 定常偏差と PID 制御 ふつう
G(s) = K/(s(s + 2)) の単位フィードバックのループが、ランプ入力 r(t) = 1t に定常偏差 0.2 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 + 2)) r(t) = 1t ess = 0.2
K =
8. 定常偏差と PID 制御 むずかしい
R(s) + K = 5 10 s(s + 10) C(s) − 比例制御器 K = 5 が、単位フィードバックのループで制御対象 G(s) = 10/(s(s + 10)) 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) = 10/(s(s + 10)) K = 5
tp = s
9. ブロック線図 ふつう
プラント G(s) = 4/(s + 2) を、センサのゲインが H = 0.5 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) = 4/(s + 2) H = 0.5
τ = s
10. ブロック線図 むずかしい
R(s) + K コントローラ + D(s) + 7 s + 3 プラント C(s) − 比例コントローラ K が、プラント G(s) = 7/(s + 3) を単位負帰還ループで駆動する。R = 0 のとき、大きさ 10 の外乱ステップがプラントの入力に加わる。定常出力を 0.2333 以下に保つ最小のゲイン K を求めよ。
G(s) = 7/(s + 3) D = 10 css ≤ 0.2333
K =