1.直流モーターふつう
直流モーター(k = 0.25 V·s/rad、Ra = 1.2 Ω)が 48 V で動作します。全負荷時に 2 A が流れます。無負荷電流を無視して、速度変動率 SR = (n₀ − nFL)/nFL を百分率で求めなさい。
V = 48 Vk = 0.25 V·s/radRa = 1.2 ΩIFL = 2 A
SR = %
2.直流モーターむずかしい
120 V の直流モーターの電機子抵抗は 1 Ω です。始動電流を 80 A に制限する直列の始動抵抗 Rst を求めなさい。
V = 120 VRa = 1 ΩImax = 80 A
Rst = Ω
3.歯車と歯車列ふつう
直径 120 mm のプーリが 720 rpm で回り、滑り 3 % のベルトで直径 315 mm のプーリを駆動します。従動プーリの回転速度 n2 を求めなさい。
n1 = 720 rpmd1 = 120 mmd2 = 315 mms = 3 %
n2 = rpm
4.歯車と歯車列むずかしい
複合歯車列において、1500 rpm で回転する入力軸上の歯車 A(歯数 24)が歯車 B(歯数 60)を駆動する。歯車 C(歯数 25)は B と同じ軸に固定されており、出力軸上の歯車 D(歯数 50)を駆動する。出力回転速度 nout を求めよ。
nin = 1500 rpmA = 24B = 60C = 25D = 50
nout = rpm
5.データ収録とサンプリングふつう
12 ビット ADC の、フルスケールの正弦波に対する理想的な信号対量子化雑音比 SQNR を求めなさい。
N = 12
SQNR = dB
6.データ収録とサンプリングむずかしい
クロック 2 MHz のマイクロコントローラが、UART のボーレートを fclk/(16·D) に設定します。D は最も近い値に丸めた整数です。目標は 4800 baud です。実際のボーレートの誤差を百分率で求めなさい(速すぎる場合を正とします)。
fclk = 2 MHz目標値 = 4800 Bd
e = %
7.ホイートストンブリッジとひずみゲージふつう
4 つの辺がすべて 200 Ω のブリッジで、Vs = 5 V です。センサ R₂ が ΔR = 50 Ω だけ増加します。厳密な出力 Vab を mV で求めなさい。
Vs = 5 VR = 200 ΩΔR = 50 Ω
Vab = mV
8.ホイートストンブリッジとひずみゲージむずかしい
350 Ω の辺をもつブリッジに 10 V を加え、アクティブゲージ 4 枚、2 枚が引張、2 枚が圧縮(フルブリッジ) とします。ゲージ率は 2、ひずみは 600 µε です。ブリッジの出力 Vo を mV で求めなさい。
Vs = 10 VGF = 2ε = 600 µε
Vo = mV
9.定常偏差と PID 制御ふつう
入力 r(t) = 10 + 5t(ステップとランプの和)が、G(s) = 20(s + 3)/(s(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 + 3)/(s(s + 10))r(t) = 10 + 5t
ess =
10.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) = 5/(s + 2) を制御しています。閉ループは ωₙ = 5 rad/s、ζ = 1 でなければなりません。比例ゲイン Kp を求めなさい。
G(s) = 5/(s + 2)ωₙ = 5 rad/sζ = 1
Kp =
11.ステップ応答ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 33/(s² + 9s + 33) 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) = 33/(s² + 9s + 33)
tp = s
12.ステップ応答むずかしい
零点をもたない 2 次系のステップ応答で、オーバーシュートは 20 % で、最初のピークは t = 0.1 s に現れる。固有角周波数 ωn を求めよ。
%OS = 20 %tp = 0.1 s
ωn = rad/s