1.ステップ応答ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 150/(s² + 4s + 50) で、単位ステップ入力を受ける。 ステップ応答のオーバーシュート率 %OS を求めよ。
G(s) = 150/(s² + 4s + 50)
%OS = %
2.ステップ応答むずかしい
質量 m = 1 kg のおもりが、ばね定数 k = 200 N/m のばねと粘性ダンパ c = 3 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 = 20 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 = 1 kgk = 200 N/mc = 3 N·s/mF = 20 N
%OS = %
3.ボード線図と余裕ふつう
図の RC ハイパスフィルタ は R = 10 kΩ, C = 4.7 nF です。1.7 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 = 10 kΩC = 4.7 nFf = 1.7 kHz
φ = °
4.ボード線図と余裕むずかしい
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 + 1)(s + 7)) である。 ゲイン余裕が 10 dB となるゲイン K を求めよ。
L(s) = K/(s(s + 1)(s + 7))GM = 10 dB
K =
5.安定性:ラウス・フルビッツ法と根軌跡ふつう
図のループの開ループ伝達関数は L(s) = K/(s(s + 2)(s + 10)) です。ゲインを上げていくと、閉ループが安定限界に達します。持続振動の周波数 ω を求めなさい。
L(s) = K/(s(s + 2)(s + 10))
ω = rad/s
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 + 1)(s + 5)) の根軌跡を示します。2 つの閉ループ極が実軸上で一致する分岐点 sb でのゲイン K を求めなさい。
L(s) = K/((s + 1)(s + 5))
K =
7.定常偏差と PID 制御ふつう
入力 r(t) = 10 + 1t(ステップとランプの和)が、G(s) = 5(s + 4)/(s(s + 1)(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) = 5(s + 4)/(s(s + 1)(s + 4))r(t) = 10 + 1t
ess =
8.定常偏差と PID 制御むずかしい
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) = 10/(s + 4) を制御しています。閉ループは ωₙ = 4 rad/s、ζ = 1 でなければなりません。積分ゲイン Ki を求めなさい。
G(s) = 10/(s + 4)ωₙ = 4 rad/sζ = 1
Ki =
9.ブロック線図ふつう
プラント G(s) = 4/(s + 7) には、ゲイン H₁ = 4 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 = 5 と外側の単位負帰還ループで系が閉じられる。 閉ループの極 p を求めよ。
G(s) = 4/(s + 7)H₁ = 4K = 5
p =
10.ブロック線図むずかしい
比例コントローラ K が、プラント G(s) = 5/(s + 7) 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 0.7143 以下に保つ最小のゲイン K を求めよ。
G(s) = 5/(s + 7)D = 10css ≤ 0.7143
K =