1. ステップ応答 ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 20/(s² + 7s + 20) 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) = 20/(s² + 7s + 20)
ωn = rad/s
2. ステップ応答 むずかしい
k = 2000 N/m c = 141 N·s/m m = 10 kg F = 50 N x(t) 質量 m = 10 kg のおもりが、ばね定数 k = 2000 N/m のばねと粘性ダンパ c = 141 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 kg k = 2000 N/m c = 141 N·s/m F = 50 N
tp = s
3. ボード線図と余裕 ふつう
vin C = 10 nF R = 47 kΩ vout
図の RC ハイパスフィルタ は R = 47 kΩ, C = 10 nF です。3.4 kHz 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 = 47 kΩ C = 10 nF f = 3.4 kHz
φ = °
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) = 378/(s(s + 6)(s + 8)) である。 ∠L(jω) = −180° となる位相交差周波数 ω180 を求めよ。
L(s) = 378/(s(s + 6)(s + 8))
ω180 = rad/s
5. 安定性:ラウス・フルビッツ法と根軌跡 ふつう
R(s) + K s + 11 s(s + 2)(s + 3) C(s) − 単位フィードバックのループで L(s) = K(s + 11)/(s(s + 2)(s + 3))、K > 0 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 + 11)/(s(s + 2)(s + 3))
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 + 2)(s + 4)(s + 6)) 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 + 4)(s + 6))
ω = rad/s
7. 定常偏差と PID 制御 ふつう
r(t) = 0.5·t²/2 + 4(s + 4) s²(s + 5) C(s) − 放物線入力 r(t) = 0.5·t²/2 が、G(s) = 4(s + 4)/(s²(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) = 4(s + 4)/(s²(s + 5)) r(t) = 0.5·t²/2
ess =
8. 定常偏差と PID 制御 むずかしい
R(s) + K = 1 10 s(s + 4) C(s) − 比例制御器 K = 1 が、単位フィードバックのループで制御対象 G(s) = 10/(s(s + 4)) 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 + 4)) K = 1
tp = s
9. ブロック線図 ふつう
R(s) + 12(s + 3) (s + 5)(s + 9) G(s) C(s) − 単位負帰還ループの G(s) = 12(s + 3)/((s + 5)(s + 9)) である。基準入力に大きさ 2 のステップを加える。定常偏差 ess を求めよ。
G(s) = 12(s + 3)/((s + 5)(s + 9)) R = 2
ess =
10. ブロック線図 むずかしい
R(s) + 11 s + 5 G₁ + 3 s + 8 G₂ C(s) 4 H₁ − 1 H₂ − G₁ = 11/(s + 5)、G₂ = 3/(s + 8)、G₂ の周りの内側の負帰還 H₁ = 4、外側の負帰還 H₂ = 1 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 = 11/(s + 5) G₂ = 3/(s + 8) H₁ = 4 H₂ = 1
T(0) =