1. ステップ応答 ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 5/(s² + 2s + 5) 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) = 5/(s² + 2s + 5)
tp = s
2. ステップ応答 むずかしい
k = 2000 N/m c = 101 N·s/m m = 8 kg F = 25 N x(t) 質量 m = 8 kg のおもりが、ばね定数 k = 2000 N/m のばねと粘性ダンパ c = 101 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。 変位のオーバーシュート率 %OS を求めよ。
m = 8 kg k = 2000 N/m c = 101 N·s/m F = 25 N
%OS = %
3. ボード線図と余裕 ふつう
vin C = 22 nF R = 10 kΩ vout
図の RC ハイパスフィルタ は R = 10 kΩ, C = 22 nF です。3.6 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 kΩ C = 22 nF f = 3.6 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) = 22/(s(s + 2)(s + 7)) である。 ∠L(jω) = −180° となる位相交差周波数 ω180 を求めよ。
L(s) = 22/(s(s + 2)(s + 7))
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 1 (s + 3)(s + 5)(s + 6) C(s) − 単位フィードバックのループで L(s) = K/((s + 3)(s + 5)(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 + 3)(s + 5)(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
L(s) = K(s + 11)/(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。分岐点 sb を求めなさい。
L(s) = K(s + 11)/(s(s + 7))
sb =
7. 定常偏差と PID 制御 ふつう
r(t) = 5t + 2 s(s + 1)(s + 10) C(s) − ランプ入力 r(t) = 5t が、G(s) = 2/(s(s + 1)(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) = 2/(s(s + 1)(s + 10)) r(t) = 5t
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) = 4/(s(s + 5)) 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) = 4/(s(s + 5)) ζ = 0.8
K =
9. ブロック線図 ふつう
R(s) + 37 s + 6 G(s) C(s) 0.25 H − プラント G(s) = 37/(s + 6) を、センサのゲインが H = 0.25 の負帰還ループで制御する。 閉ループの時定数 τ を求めよ。
G(s) = 37/(s + 6) H = 0.25
τ = s
10. ブロック線図 むずかしい
R(s) + 11 コントローラ + D(s) + 4 s + 9 プラント C(s) − 比例コントローラ K = 11 が、プラント G(s) = 4/(s + 9) を単位負帰還ループで駆動する。外乱 D はプラントの入力に加わる(コントローラの出力に加算される)。 R = 0 のとき、大きさ 5 の外乱ステップを加える。定常出力 css を求めよ。
K = 11 G(s) = 4/(s + 9) D = 5 R = 0
css =