1.直流モーターふつう
直流モーター(k = 0.5 N·m/A、Ra = 0.4 Ω)が 48 V で動作し、負荷トルク 5 N·m を駆動します。速度 n を rpm で求めなさい。
V = 48 Vk = 0.5 N·m/ARa = 0.4 ΩT = 5 N·m
n = rpm
2.直流モーターむずかしい
k = 0.15 V·s/rad、Ra = 1 Ω の直流モーターが、600 rpm で 0.3 N·m の負荷を駆動しなければなりません。必要な電機子電圧 V を求めなさい。
k = 0.15 V·s/radRa = 1 ΩT = 0.3 N·mn = 600 rpm
V = V
3.歯車と歯車列ふつう
1450 rpm で回転する 3 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 24 の歯車とかみ合っている。 この歯車対の効率は 96% である。 モータ軸のトルク T1 を求めよ。
P = 3 kWn1 = 1450 rpmN1 = 18N2 = 24η = 96%
T1 = N·m
4.歯車と歯車列むずかしい
平行掛けのベルトが、直径 100 mm のプーリと直径 450 mm のプーリをつなぎ、その中心は 1200 mm 離れています。小さいほうのプーリへの巻き付け角 θ を度で求めなさい。
d1 = 100 mmd2 = 450 mmC = 1200 mm
θ = °
5.データ収録とサンプリングふつう
入力範囲 0〜10 V の 8 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 1.702 V に対する 10 進の出力コード D を求めなさい。
N = 8VFSR = 10 VVin = 1.702 V
D =
6.データ収録とサンプリングむずかしい
12 ビット ADC がすべてのサンプルを UART で 460800 baud、8E1 形式(スタートビット、データ 8 ビット、偶数パリティ、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 = 460800 BdN = 128E1
fmax = Hz
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 のブリッジに 5 V を供給します。センサ R₂ が変化すると、出力は Vab = 60.98 mV を示します。R₂ の厳密な変化量 ΔR を求めなさい。
Vs = 5 VR = 300 ΩVab = 60.98 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
350 Ω の辺をもつブリッジに 3 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 2.1、ひずみは 500 µε です。ブリッジの出力 Vo を mV で求めなさい。
Vs = 3 VGF = 2.1ε = 500 µε
Vo = mV
9.定常偏差と PID 制御ふつう
入力 r(t) = 1 + 0.5t(ステップとランプの和)が、G(s) = 5/(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) = 5/(s(s + 4))r(t) = 1 + 0.5t
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) = 10/(s + 2) を制御しています。閉ループは ωₙ = 2 rad/s、ζ = 0.8 でなければなりません。比例ゲイン Kp を求めなさい。
G(s) = 10/(s + 2)ωₙ = 2 rad/sζ = 0.8
Kp =
11.ステップ応答ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 38/(s² + 6s + 19) で、単位ステップ入力を受ける。 ステップ応答のピーク時間 tp を求めよ。
G(s) = 38/(s² + 6s + 19)
tp = s
12.ステップ応答むずかしい
質量 m = 5 kg のおもりが、ばね定数 k = 1000 N/m のばねと粘性ダンパ c = 21 N·s/m にぶら下がっている(m·x″ + c·x′ + k·x = F)。平衡状態で静止しているところに、一定の力 F = 5 N を突然加える。 変位が最大になる時刻 tp を求めよ。
m = 5 kgk = 1000 N/mc = 21 N·s/mF = 5 N
tp = s