1. 直流モーター ふつう
T (N·m) n (rpm) 3 N·m n0 nFL 直流モーター(k = 0.75 V·s/rad、Ra = 2 Ω)が 120 V で動作します。全負荷時に 4 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 = 120 V k = 0.75 V·s/rad Ra = 2 Ω IFL = 4 A
SR = %
2. 直流モーター むずかしい
+ − 120 V D = ? Ra = 1.2 Ω M + − E n = 1000 rpm T = 3 N·m 直流チョッパが、120 V の直流母線からモーター(k = 0.5 V·s/rad、Ra = 1.2 Ω)に給電します。電機子の平均電圧は D·120 V です。負荷 3 N·m で 1000 rpm の運転となるデューティ比 D を求めなさい。
Vdc = 120 V k = 0.5 V·s/rad Ra = 1.2 Ω T = 3 N·m n = 1000 rpm
D = %
3. 歯車と歯車列 ふつう
N1 = 18 N2 = 60
960 rpm で回転する 2.2 kW のモータが歯数 18 のピニオンを駆動し、ピニオンは歯数 60 の歯車とかみ合っている。 この歯車対の効率は 98% である。 歯車軸の出力トルク T2 を求めよ。
P = 2.2 kW n1 = 960 rpm N1 = 18 N2 = 60 η = 98%
T2 = N·m
4. 歯車と歯車列 むずかしい
d1 = 160 mm d2 = 250 mm 960 rpm C = 500 mm T1 = 500 N T2 P = ?
平行掛けのベルトが、160 rpm の直径 960 mm の駆動プーリと直径 250 mm のプーリをつなぎ、中心は 500 mm 離れています。摩擦係数は 0.35 で、張り側の張力は 500 N を超えてはなりません。ベルトが滑らずに伝達できる最大動力 P を kW で求めなさい(遠心力の影響は無視します)。
d1 = 160 mm n1 = 960 rpm d2 = 250 mm C = 500 mm μ = 0.35 T1 = 500 N
P = kW
5. データ収録とサンプリング ふつう
Vin N = 16 VFSR 2ᴺ − 1 0 1 LSB 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
S D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Tb 10·Tb 115200 Bd, 8N1 12 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 = 12 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
+ − 2 V 100 Ω 100 Ω + ΔR 100 Ω 100 Ω a b + − 24.39 mV
4 つの辺がすべて 100 Ω のブリッジに 2 V を供給します。センサ R₂ が変化すると、出力は Vab = 24.39 mV を示します。R₂ の厳密な変化量 ΔR を求めなさい。
Vs = 2 V R = 100 Ω Vab = 24.39 mV
ΔR = Ω
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 1000 Ω 1000 Ω + ΔR 1000 Ω 1000 Ω a b + − 0.984 mV
E = 110 GPa の部材に貼ったひずみゲージ(GF = 2.1)が、2.5 V で励起される 1/4 ブリッジを構成しています。出力は 0.984 mV を示します。軸方向応力 σ を MPa で求めなさい。
Vs = 2.5 V GF = 2.1 Vo = 0.984 mV E = 110 GPa
σ = MPa
9. 定常偏差と PID 制御 ふつう
r(t) = 1t + 2(s + 1) s(s + 1) C(s) − ランプ入力 r(t) = 1t が、G(s) = 2(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) = 2(s + 1)/(s(s + 1)) r(t) = 1t
ess =
10. 定常偏差と PID 制御 むずかしい
R(s) + K = 10 2 s(s + 4) C(s) − 比例制御器 K = 10 が、単位フィードバックのループで制御対象 G(s) = 2/(s(s + 4)) を制御しています。 ステップ応答のオーバーシュート率 %OS を求めよ。
G(s) = 2/(s(s + 4)) K = 10
%OS = %
11. ステップ応答 ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 156/(s² + 8s + 78) 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) = 156/(s² + 8s + 78)
σ =
12. ステップ応答 むずかしい
+ − 5 V R = 2 Ω L = 10 mH C = 100 µF vC R = 2 Ω、L = 10 mH、C = 100 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。 減衰のない固有角周波数 ωn を rad/s で求めよ。
R = 2 Ω L = 10 mH C = 100 µF V = 5 V
ωn = rad/s