1. 直流モーター ふつう
+ − 240 V Ra = 2 Ω Ia = 5 A M + − E ω T 直流モーターが 240 V の電源から 5 A を引き込みます。電機子抵抗は 2 Ω、回転損(摩擦損、風損、鉄損)は 69 W です。効率 η を求めなさい。
V = 240 V Ia = 5 A Ra = 2 Ω Prot = 69 W
η = %
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 1.5 Ω で、24 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 = 24 V Ra = 1.5 Ω
Pmax = W
3. 歯車と歯車列 ふつう
N1 = 30, m = 2.5 mm
1440 rpm で回転する 2.2 kW のモータが、歯数 30、モジュール 2.5 mm のピニオンを駆動する。ピニオンの歯に働く接線力 Ft を求めよ。
P = 2.2 kW n = 1440 rpm N1 = 30 m = 2.5 mm
Ft = N
4. 歯車と歯車列 むずかしい
A = 40 B = 50 C = 24 D = 40
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 40)が歯車 B(歯数 50)を駆動する。歯車 C(歯数 24)は B と同じ軸に固定されており、出力軸上の歯車 D(歯数 40)を駆動する。出力回転速度 nout を求めよ。
nin = 1500 rpm A = 40 B = 50 C = 24 D = 40
nout = rpm
5. データ収録とサンプリング ふつう
レコーダが 2 チャネルを各 5 kHz、16 ビット ADC でサンプリングします。各サンプルは整数バイトで保存されます。10 分間の記録に必要なメモリ M を MB(1 MB = 10⁶ バイト)で求めなさい。
n = 2 fs = 5 kHz N = 16 t = 10 min
M = MB
6. データ収録とサンプリング むずかしい
S D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Tb 10·Tb 115200 Bd, 8N1 10 ビット ADC がすべてのサンプルを UART で 115200 baud、8N1 形式(スタートビット、データ 8 ビット、ストップビット 1 個)で送ります。各サンプルは 2 バイトの整数バイトで送られ、通信路は常にふさがっています。エイリアシングなしにサンプリングできる最高の信号周波数 fmax を Hz で求めなさい。
baud = 115200 Bd N = 10 8N1
fmax = Hz
7. ホイートストンブリッジとひずみゲージ ふつう
+ − 3 V 200 Ω 200 Ω + ΔR 200 Ω 200 Ω a b + − Vab = ?
4 つの辺がすべて 200 Ω のブリッジで、Vs = 3 V です。センサ R₂ が ΔR = 2 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 = 3 V R = 200 Ω ΔR = 2 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
+ − 2.5 V 120 Ω − ΔR 120 Ω + ΔR 120 Ω + ΔR 120 Ω − ΔR a b + − Vo = ?
120 Ω の辺をもつブリッジに 2.5 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 800 µε です。ブリッジの出力 Vo を mV で求めなさい。
Vs = 2.5 V GF = 2 ε = 800 µε
Vo = mV
9. 定常偏差と PID 制御 ふつう
r(t) = 10 + 2t + 10(s + 1) s(s + 4) C(s) − 入力 r(t) = 10 + 2t(ステップとランプの和)が、G(s) = 10(s + 1)/(s(s + 4)) 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 + 4)) r(t) = 10 + 2t
ess =
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) = 10/(s(s + 5)) を制御しています。閉ループの減衰比を ζ = 0.5 にするゲイン K を求めなさい。
G(s) = 10/(s(s + 5)) ζ = 0.5
K =
11. ステップ応答 ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 6/(s² + 4s + 12) 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) = 6/(s² + 4s + 12)
ts = s
12. ステップ応答 むずかしい
+ − 5 V R = 40 Ω L = 100 mH C = 22 µF vC R = 40 Ω、L = 100 mH、C = 22 µF の直列 RLC 回路に、t = 0 で 5 V のステップを加える。コンデンサは充電されておらず、ステップの前には電流は流れていない。 電圧の最初のピークの時刻 tp を ms で求めよ。
R = 40 Ω L = 100 mH C = 22 µF V = 5 V
tp = ms