1. ステップ応答 ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 162/(s² + 8s + 81) で、単位ステップ入力を受ける。 ステップ応答のピーク時間 tp を求めよ。
G(s) = 162/(s² + 8s + 81)
tp = s
2. ステップ応答 むずかしい
k = 2000 N/m c = 240 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 = 2000 N/m のばねと粘性ダンパ c = 240 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。 変位のオーバーシュート率 %OS を求めよ。
m = 20 kg k = 2000 N/m c = 240 N·s/m F = 100 N
%OS = %
3. ボード線図と余裕 ふつう
vin R = 4.7 kΩ C = 10 nF vout
図の RC ローパスフィルタ は R = 4.7 kΩ, C = 10 nF です。17 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 = 4.7 kΩ C = 10 nF f = 17 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 −60 −40 −20 0 20 40 60 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) = 90/(s(s + 5)) である。 |L(jω)| = 1 となるゲイン交差周波数 ωc を求めよ。
L(s) = 90/(s(s + 5))
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 + 3)(s + 4) C(s) − 単位フィードバックのループで L(s) = K/((s + 1)(s + 3)(s + 4))、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 + 3)(s + 4))
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(s + 2)(s + 10)) の根軌跡は、s = 0 と s = −2 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 + 2)(s + 10))
sb =
7. 定常偏差と PID 制御 ふつう
r(t) = 10·t²/2 + 2(s + 4) s²(s + 4) C(s) − 放物線入力 r(t) = 10·t²/2 が、G(s) = 2(s + 4)/(s²(s + 4)) 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) = 2(s + 4)/(s²(s + 4)) r(t) = 10·t²/2
ess =
8. 定常偏差と PID 制御 むずかしい
R(s) + K = 16 10 s(s + 8) C(s) − 比例制御器 K = 16 が、単位フィードバックのループで制御対象 G(s) = 10/(s(s + 8)) を制御しています。 ステップ応答のオーバーシュート率 %OS を求めよ。
G(s) = 10/(s(s + 8)) K = 16
%OS = %
9. ブロック線図 ふつう
R(s) + 15 K + 3 s + 4 G(s) C(s) 5 H₁ − − プラント G(s) = 3/(s + 4) 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 = 15 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) = 3/(s + 4) H₁ = 5 K = 15
T(0) =
10. ブロック線図 むずかしい
R(s) + 80 s(s + 11) G(s) C(s) 1 H − プラント G(s) = 80/(s(s + 11)) 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) = 80/(s(s + 11)) H = 1
ωd = rad/s