1. ステップ応答 ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 49/(s² + 7s + 49) 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) = 49/(s² + 7s + 49)
%OS = %
2. ステップ応答 むずかしい
k = 200 N/m c = 38 N·s/m m = 20 kg F = 10 N x(t) 質量 m = 20 kg のおもりが、ばね定数 k = 200 N/m のばねと粘性ダンパ c = 38 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 = 10 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 = 200 N/m c = 38 N·s/m F = 10 N
%OS = %
3. ボード線図と余裕 ふつう
vin L = 10 mH C = 2.2 µF R = 5 Ω vout 図の直列 RLC バンドパスフィルタでは、出力は R = 5 Ω の両端でとり、L = 10 mH、C = 2.2 µF である。 中心(共振)周波数 f0 を Hz で求めよ。
R = 5 Ω L = 10 mH C = 2.2 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 + 7)(s + 9)) である。 ゲイン余裕が 12 dB となるゲイン K を求めよ。
L(s) = K/(s(s + 7)(s + 9)) GM = 12 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 1 s(s + 2)(s + 4) C(s) − 図のループの開ループ伝達関数は L(s) = K/(s(s + 2)(s + 4)) 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 + 4))
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
Re Im −1 −2 −3 −4 −5 −6 −7 −8 −9 −10 1 j1 j2 sb L(s) = K/((s + 2)(s + 8)) 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 + 2)(s + 8))
K =
7. 定常偏差と PID 制御 ふつう
r(t) = 1t + 20 s(s + 4)(s + 10) C(s) − ランプ入力 r(t) = 1t が、G(s) = 20/(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) = 20/(s(s + 4)(s + 10)) 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) = 1/(s(s + 6)) を制御しています。閉ループの減衰比を ζ = 0.8 にするゲイン K を求めなさい。
G(s) = 1/(s(s + 6)) ζ = 0.8
K =
9. ブロック線図 ふつう
単位負帰還ループの G(s) = 24/(s(s + 6)) である。基準入力はランプ r(t) = 10·t である。定常偏差 ess を求めよ。
G(s) = 24/(s(s + 6)) r(t) = 10·t
ess =
10. ブロック線図 むずかしい
R(s) + K コントローラ + D(s) + 7 s + 8 プラント C(s) − 比例コントローラ K が、プラント G(s) = 7/(s + 8) を単位負帰還ループで駆動する。R = 0 のとき、大きさ 0.5 の外乱ステップがプラントの入力に加わる。定常出力を 0.004375 以下に保つ最小のゲイン K を求めよ。
G(s) = 7/(s + 8) D = 0.5 css ≤ 0.004375
K =