1.直流モーターふつう
直流モーター(k = 1.2 N·m/A、Ra = 1.2 Ω)が 120 V で動作し、負荷トルク 6 N·m を駆動します。速度 n を rpm で求めなさい。
V = 120 Vk = 1.2 N·m/ARa = 1.2 ΩT = 6 N·m
n = rpm
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 2 Ω です。始動電流を 20 A に制限する直列の始動抵抗 Rst を求めなさい。
V = 120 VRa = 2 ΩImax = 20 A
Rst = Ω
3.歯車と歯車列ふつう
2900 rpm で回転する 4 kW のモータが歯数 15 のピニオンを駆動し、ピニオンは歯数 16 の歯車とかみ合っている。 損失は無視する。 歯車軸の出力トルク T2 を求めよ。
P = 4 kWn1 = 2900 rpmN1 = 15N2 = 16η = 100%
T2 = N·m
4.歯車と歯車列むずかしい
複合歯車列において、960 rpm で回転する入力軸上の歯車 A(歯数 12)が歯車 B(歯数 30)を駆動する。歯車 C(歯数 50)は B と同じ軸に固定されており、出力軸上の歯車 D(歯数 60)を駆動する。出力回転速度 nout を求めよ。
nin = 960 rpmA = 12B = 30C = 50D = 60
nout = rpm
5.データ収録とサンプリングふつう
UART が 1200 baud で、8E2 形式(データ 8 ビット、偶数パリティビット、ストップビット 2 個、さらにスタートビット)でバイトを送ります。毎秒転送できるデータバイト数の最大値を求めなさい。
baud = 1200 Bd8E2
RB = B/s
6.データ収録とサンプリングむずかしい
クロック 12 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 19200 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 = 12 MHz目標値 = 19200 Bd
e = %
7.ホイートストンブリッジとひずみゲージふつう
100 Ω のひずみゲージが、4 つの辺がすべて 100 Ω で励起電圧 2 V のブリッジの 1 辺(R₂)になっています。ゲージで消費される電力 Pg を mW で求めなさい。自己発熱が励起電圧を制限します。
Vs = 2 VR = 100 Ω
Pg = mW
8.ホイートストンブリッジとひずみゲージむずかしい
ゲージ率 2.05 の 350 Ω のひずみゲージを鋼棒に接着します。荷重がかかると抵抗が 0.1794 Ω 増加します。ひずみ ε をマイクロストレイン (µε) で求めなさい。
R = 350 ΩGF = 2.05ΔR = 0.1794 Ω
ε = µε
9.定常偏差と PID 制御ふつう
G(s) = K/(s(s + 2)) の単位フィードバックのループが、ランプ入力 r(t) = 10t に定常偏差 0.02 で追従しなければなりません。ゲイン K を求めなさい。
G(s) = K/(s(s + 2))r(t) = 10tess = 0.02
K =
10.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) = 5/(s(s + 8)) を制御しています。閉ループの減衰比を ζ = 0.707 にするゲイン K を求めなさい。
G(s) = 5/(s(s + 8))ζ = 0.707
K =
11.ステップ応答ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 57/(s² + 2s + 57) で、単位ステップ入力を受ける。 極は s = σ ± jωd である。その実部 σ を求めよ。
G(s) = 57/(s² + 2s + 57)
σ =
12.ステップ応答むずかしい
単位負帰還ループの G(s) = K/(s(s + 5)) である。ステップ応答のオーバーシュートが 15 % になるゲイン K を求めよ。
G(s) = K/(s(s + 5))%OS = 15 %
K =