1. ステップ応答 ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 96/(s² + 2s + 32) 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) = 96/(s² + 2s + 32)
ts = s
2. ステップ応答 むずかしい
k = 5000 N/m c = 379 N·s/m m = 20 kg F = 100 N x(t) 質量 m = 20 kg のおもりが、ばね定数 k = 5000 N/m のばねと粘性ダンパ c = 379 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。 変位が最大になる時刻 tp を求めよ。
m = 20 kg k = 5000 N/m c = 379 N·s/m F = 100 N
tp = s
3. ボード線図と余裕 ふつう
vin L = 5 mH C = 4.7 µF R = 1 Ω vout 図の直列 RLC バンドパスフィルタでは、出力は R = 1 Ω の両端でとり、L = 5 mH、C = 4.7 µF である。 中心(共振)周波数 f0 を Hz で求めよ。
R = 1 Ω L = 5 mH C = 4.7 µF
f0 = Hz
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 + 5)(s + 6)) である。 ゲイン余裕が 2 dB となるゲイン K を求めよ。
L(s) = K/(s(s + 5)(s + 6)) GM = 2 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 = 104 1 s(s + 5)(s + 8) C(s) − 図のループは K = 104、L(s) = K/(s(s + 5)(s + 8)) 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 + 8)) K = 104
m =
6. 安定性:ラウス・フルビッツ法と根軌跡 むずかしい
Re Im −1 −2 −3 −4 −5 −6 −7 −8 −9 −10 1 j1 j2 L(s) = K/(s(s + 1)(s + 8)) の根軌跡は、s = 0 と s = −1 の間で実軸から離れます。分岐点 sb を求めなさい。
L(s) = K/(s(s + 1)(s + 8))
sb =
7. 定常偏差と PID 制御 ふつう
r(t) = 1t + 50(s + 4) s(s + 1) C(s) − ランプ入力 r(t) = 1t が、G(s) = 50(s + 4)/(s(s + 1)) 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 + 4)/(s(s + 1)) r(t) = 1t
ess =
8. 定常偏差と PID 制御 むずかしい
比例制御器 K が、単位フィードバックのループで制御対象 G(s) = 4/(s(s + 8)) を制御しています。閉ループの減衰比を ζ = 0.5 にするゲイン K を求めなさい。
G(s) = 4/(s(s + 8)) ζ = 0.5
K =
9. ブロック線図 ふつう
R(s) + K (s + 3)(s + 7) G(s) C(s) − プラント G(s) = K/((s + 3)(s + 7)) 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 + 3)(s + 7)) 単位負帰還
K =
10. ブロック線図 むずかしい
R(s) + 32 s(s + 11) G(s) C(s) 2 H − プラント G(s) = 32/(s(s + 11)) 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。 その虚部 ωd (正の値)を rad/s で求めよ。
G(s) = 32/(s(s + 11)) H = 2
ωd = rad/s