1.直流モーターふつう
k = 0.08 N·m/A、Ra = 0.8 Ω の直流モーターを 24 V につなぎます。速度 0 でのトルク、すなわち拘束トルク Tstall を求めなさい。
V = 24 Vk = 0.08 N·m/ARa = 0.8 Ω
Tstall = N·m
2.直流モーターむずかしい
固定の 48 V の電源で動作する直流モーター(k = 0.12 V·s/rad、Ra = 0.2 Ω)が、3 N·m の負荷を駆動しています。速度を 1500 rpm まで下げる直列抵抗 Rs を求めなさい。
V = 48 Vk = 0.12 V·s/radRa = 0.2 ΩT = 3 N·mn = 1500 rpm
Rs = Ω
3.歯車と歯車列ふつう
1450 rpm で回転する 2.2 kW のモータが歯数 12 のピニオンを駆動し、ピニオンは歯数 72 の歯車とかみ合っている。 この歯車対の効率は 98% である。 モータ軸のトルク T1 を求めよ。
P = 2.2 kWn1 = 1450 rpmN1 = 12N2 = 72η = 98%
T1 = N·m
4.歯車と歯車列むずかしい
複合歯車列において、1450 rpm で回転する入力軸上の歯車 A(歯数 15)が歯車 B(歯数 24)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 30)を駆動する。出力回転速度 nout を求めよ。
nin = 1450 rpmA = 15B = 24C = 20D = 30
nout = rpm
5.データ収録とサンプリングふつう
16 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 = 16
SQNR = dB
6.データ収録とサンプリングむずかしい
クロック 16 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 115200 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 = 16 MHz目標値 = 115200 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 = 6 V です。センサ R₂ が ΔR = 0.3 Ω だけ増加します。微小変化の近似を使って、出力 Vab を mV で求めなさい。
Vs = 6 VR = 300 ΩΔR = 0.3 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
E = 110 GPa の部材に貼ったひずみゲージ(GF = 2)が、5 V で励起される 1/4 ブリッジを構成しています。出力は 0.5 mV を示します。軸方向応力 σ を MPa で求めなさい。
Vs = 5 VGF = 2Vo = 0.5 mVE = 110 GPa
σ = MPa
9.定常偏差と PID 制御ふつう
入力 r(t) = 5 + 3t(ステップとランプの和)が、G(s) = 10(s + 1)/(s(s + 1)) 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) = 10(s + 1)/(s(s + 1))r(t) = 5 + 3t
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) = 2/(s + 2) を制御しています。閉ループは ωₙ = 2 rad/s、ζ = 0.6 でなければなりません。積分ゲイン Ki を求めなさい。
G(s) = 2/(s + 2)ωₙ = 2 rad/sζ = 0.6
Ki =
11.ステップ応答ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 86/(s² + 6s + 86) で、単位ステップ入力を受ける。 ts ≈ 4/(ζωₙ) を用いて、ステップ応答の 2 % 整定時間 ts を求めよ。
G(s) = 86/(s² + 6s + 86)
ts = 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、オーバーシュートを 4.3 % にしたい。減衰比 ζ を求めよ。
%OS = 4.3 %
ζ =