1. ステップ応答 ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 39/(s² + 6s + 39) 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) = 39/(s² + 6s + 39)
ts = s
2. ステップ応答 むずかしい
k = 5000 N/m c = 89 N·s/m m = 2.5 kg F = 25 N x(t) 質量 m = 2.5 kg のおもりが、ばね定数 k = 5000 N/m のばねと粘性ダンパ c = 89 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。 最大変位 xmax を mm で求めよ。
m = 2.5 kg k = 5000 N/m c = 89 N·s/m F = 25 N
xmax = mm
3. ボード線図と余裕 ふつう
|H| (dB) 0.1 1 10 100 1000 −60 −40 −20 0 20 40 ω (rad/s) ω = 3 ω = 3 rad/s における G(s) = 2244/((s + 12)(s + 17)) の正確な大きさ |G(jω)| を dB で求めよ。
G(s) = 2244/((s + 12)(s + 17)) ω = 3 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) −180 −135 −90 −45 0 ωc = ? ユニティフィードバック系の開ループ伝達関数は L(s) = 3.9/(s(s + 1)) である。 |L(jω)| = 1 となるゲイン交差周波数 ωc を求めよ。
L(s) = 3.9/(s(s + 1))
ωc = 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 1 (s + 1)(s + 2)(s + 6) C(s) − 単位フィードバックのループで L(s) = K/((s + 1)(s + 2)(s + 6))、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 + 1)(s + 2)(s + 6))
Kmax =
6. 安定性:ラウス・フルビッツ法と根軌跡 むずかしい
Re Im −2 −4 −6 −8 −10 −12 −14 −16 −18 2 j2 j4 L(s) = K(s + 15)/(s(s + 7)) の根軌跡は、s = 0 と s = −7 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。合流点 si を求めなさい。
L(s) = K(s + 15)/(s(s + 7))
si =
7. 定常偏差と PID 制御 ふつう
r(t) = 2 + 3t + 50(s + 1) s(s + 4)(s + 10) C(s) − 入力 r(t) = 2 + 3t(ステップとランプの和)が、G(s) = 50(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) = 50(s + 1)/(s(s + 4)(s + 10)) r(t) = 2 + 3t
ess =
8. 定常偏差と PID 制御 むずかしい
R(s) + Kp + Ki /s 2 s + 5 C(s) − PI 制御器 C(s) = Kp + Ki /s が、単位フィードバックのループで制御対象 G(s) = 2/(s + 5) を制御しています。閉ループは ωₙ = 10 rad/s、ζ = 0.5 でなければなりません。積分ゲイン Ki を求めなさい。
G(s) = 2/(s + 5) ωₙ = 10 rad/s ζ = 0.5
Ki =
9. ブロック線図 ふつう
R(s) + 7 K + 8 s + 3 G(s) C(s) 5 H₁ − − プラント G(s) = 8/(s + 3) には、ゲイン H₁ = 5 の内側(マイナー)の負帰還ループがある。コントローラのゲイン K = 7 と外側の単位負帰還ループで系が閉じられる。 閉ループの直流ゲイン T(0) を求めよ。
G(s) = 8/(s + 3) H₁ = 5 K = 7
T(0) =
10. ブロック線図 むずかしい
R(s) + 40 s(s + 5) G(s) C(s) 1 H − プラント G(s) = 40/(s(s + 5)) を、センサのゲイン H = 1 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) = 40/(s(s + 5)) H = 1
ωd = rad/s