1.直流モーターふつう
直流モーター(k = 0.8 N·m/A、Ra = 0.25 Ω)が 220 V で動作し、負荷トルク 32 N·m を駆動します。速度 n を rpm で求めなさい。
V = 220 Vk = 0.8 N·m/ARa = 0.25 ΩT = 32 N·m
n = rpm
2.直流モーターむずかしい
小型の直流モーターの電機子抵抗は 0.8 Ω で、120 V で動作します。回転損を無視して、どの速度でも発生できる最大の機械的電力 Pmax を求めなさい。
V = 120 VRa = 0.8 Ω
Pmax = W
3.歯車と歯車列ふつう
直径 150 mm のプーリが 720 rpm で回り、滑り 2.5 % のベルトで直径 300 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 = 150 mmd2 = 300 mms = 2.5 %
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 18)が歯車 B(歯数 60)を駆動する。歯車 C(歯数 20)は B と同じ軸に固定されており、出力軸上の歯車 D(歯数 48)を駆動する。出力回転速度 nout を求めよ。
nin = 1500 rpmA = 18B = 60C = 20D = 48
nout = rpm
5.データ収録とサンプリングふつう
入力範囲 0〜5 V の 12 ビット ADC が切り捨てを行い、その出力コードは ⌊Vin/LSB⌋、1 LSB = VFSR/2ᴺ です。入力 0.828 V に対する 10 進の出力コード D を求めなさい。
N = 12VFSR = 5 VVin = 0.828 V
D =
6.データ収録とサンプリングむずかしい
クロック 24 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 = 24 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
4 つの辺がすべて 300 Ω のブリッジで、Vs = 10 V です。センサ R₂ が ΔR = 30 Ω だけ増加します。厳密な出力 Vab を mV で求めなさい。
Vs = 10 VR = 300 ΩΔR = 30 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 2.5 V を加え、隣り合う辺にアクティブゲージ 2 枚、1 枚は引張、1 枚は圧縮(1/2 ブリッジ) とします。ゲージ率は 2.1、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 = 2.5 VGF = 2.1ε = 600 µε
Vo = mV
9.定常偏差と PID 制御ふつう
ランプ入力 r(t) = 4t が、G(s) = 2(s + 4)/(s(s + 1)(s + 2)) 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 + 4)/(s(s + 1)(s + 2))r(t) = 4t
ess =
10.定常偏差と PID 制御むずかしい
PI 制御器 C(s) = 1 + 1/s が、単位フィードバックのループで制御対象 G(s) = 20/((s + 1)(s + 2)) を制御しています。ランプ入力 r(t) = 1t に対する定常偏差 ess を求めなさい。
C(s) = 1 + 1/sG(s) = 20/((s + 1)(s + 2))r(t) = 1t
ess =
11.ステップ応答ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 174/(s² + 11s + 87) で、単位ステップ入力を受ける。 減衰比 ζ を求めよ。
G(s) = 174/(s² + 11s + 87)
ζ =
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 + 6)) である。ステップ応答のオーバーシュートが 30 % になるゲイン K を求めよ。
G(s) = K/(s(s + 6))%OS = 30 %
K =