電験三種 平成30年度(2018) 機械 問13 過去問解説

問13 《自動制御(ブロック線図の伝達関数)》
図のようなブロック線図で示す制御系がある。出力信号 $C(\mathrm{j}\omega)$ の入力信号 $R(\mathrm{j}\omega)$ に対する比,すなわち $\dfrac{C(\mathrm{j}\omega)}{R(\mathrm{j}\omega)}$ を示す式として,正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
問13の図
  1. (1) $\dfrac{T_1 + \mathrm{j}\omega}{T_2 + \mathrm{j}\omega}$
  2. (2) $\dfrac{T_2 + \mathrm{j}\omega}{T_1 + \mathrm{j}\omega}$
  3. (3) $\dfrac{\mathrm{j}\omega T_1}{1 + \mathrm{j}\omega T_2}$
  4. (4) $\dfrac{1 + \mathrm{j}\omega T_1}{1 + \mathrm{j}\omega T_2}$
  5. (5) $\dfrac{1 + \mathrm{j}\omega \dfrac{T_1}{T_2}}{1 + \mathrm{j}\omega T_2}$
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正解は(4)
使う公式
ブロックを通るとき 出口の信号 = 入口の信号 × ブロックの式 〇(加え合わせ点) +と−の符号どおりに足し引きする まとめ方 $\dfrac{C}{R}$ を求めるには、途中の信号を文字でおいて、式を2つ作る
解説
【考え方】途中の信号に E と Y と名前を付けて、式を2つ作ります。 ■1 途中の信号に名前を付ける 解説の図 左の〇を出た信号を E、下のブロックを出た信号を Y とします。 Y は、E が下のブロックを通ったものです。 $Y = \dfrac{E}{\mathrm{j}\omega T_2}$ ■2 左の〇の式 Y はマイナスで左の〇に戻ります。 $E = R - Y = R - \dfrac{E}{\mathrm{j}\omega T_2}$ E の項を左にまとめます。 $E + \dfrac{E}{\mathrm{j}\omega T_2} = R$ $E \times \dfrac{1 + \mathrm{j}\omega T_2}{\mathrm{j}\omega T_2} = R$ ■3 右の〇の式 出力は、上の道と下の道の和です。 $C = \dfrac{T_1}{T_2}E + \dfrac{E}{\mathrm{j}\omega T_2}$ $\dfrac{T_1}{T_2}$ の分子と分母に $\mathrm{j}\omega$ をかけて、分母をそろえます。 $C = E \times \dfrac{\mathrm{j}\omega T_1 + 1}{\mathrm{j}\omega T_2}$ ■4 C を R で割る 2つの式を割ると、E が消えます。 $\dfrac{C}{R} = \dfrac{1 + \mathrm{j}\omega T_1}{\mathrm{j}\omega T_2} \times \dfrac{\mathrm{j}\omega T_2}{1 + \mathrm{j}\omega T_2}$ $\mathrm{j}\omega T_2$ が約分で消えます。 $\dfrac{C}{R} = \dfrac{1 + \mathrm{j}\omega T_1}{1 + \mathrm{j}\omega T_2}$ 答えは(4)ピヨ。
出典:平成30年度(2018) 第三種電気主任技術者試験(電気技術者試験センター)機械 問13