加え合わせ点1の出力を E(jω) とし,以下 (jω) を省略する。
令和7年度 下期 第三種電気主任技術者 機械 問13
図のブロック線図で示す制御系において,R(jω) と C(jω) 間の合成周波数伝達関数 C(jω)/R(jω) を示す式として,最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

選択肢
解説
結論 → 詳細 → 補足 の 3 層構成
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解説
結論 → 詳細 → 補足 の 3 層構成
詳細Layer 2展開閉じる
【加え合わせ点1】R が+,G₃ を通った帰還信号が−で入るので
E = R − G₃C
補足Layer 3展開閉じる
【加え合わせ点2】E が分岐して G₁ と G₂ に並列に入り,G₁ の出力が+,G₂ の出力が−で合流するので
C = G₁E − G₂E = (G₁ − G₂)E
【整理】第1式を第2式に代入すると
C = (G₁ − G₂)(R − G₃C)
C{1 + (G₁ − G₂)G₃} = (G₁ − G₂)R
したがって
C/R = (G₁ − G₂) / (1 + G₁G₃ − G₂G₃)
これは「前向き伝達関数 (G₁ − G₂) を,G₃ による負帰還でまとめた形」G/(1 + GH) に G = G₁ − G₂,H = G₃ を当てはめたものと一致する。よって正答は(3)。
各選択肢の解説
- (1)
G₁G₃ / (1 + G₁G₂G₃)
誤り。分子に帰還要素 G₃ が含まれているが,R から C への前向き経路は G₁ と G₂ の並列(差)のみで G₃ を通らないため,分子に G₃ は現れない。また並列結合の G₁ と G₂ は積 G₁G₂ ではなく差 G₁ − G₂ として扱われる。
- (2)
G₁G₂ / (1 + G₁G₂G₃)
誤り。G₁ と G₂ を直列(積 G₁G₂)として扱い,G₃ で負帰還をかけた形になっている。図では G₁ と G₂ は同じ点から分岐して加え合わせ点2で合流する並列結合であり,G₂ 側は−で加わるため,前向き伝達関数は G₁ − G₂ である。
- (3)
(G₁ − G₂) / (1 + G₁G₃ − G₂G₃)
正しい。E = R − G₃C,C = (G₁ − G₂)E を連立すると C/R = (G₁ − G₂)/(1 + G₁G₃ − G₂G₃) となり,この式と一致する。
- (4)
(G₁ + G₂ + G₁G₂) / (1 + G₂ + G₁G₂G₃)
誤り。前向き経路は G₁ と G₂ の並列(差)なので,分子に積 G₁G₂ の項は現れない。また図中のループはすべて G₃ を通るので,分母に G₃ を含まない単独の G₂ の項も現れない。
- (5)
G₁ / (1 + G₁G₂ + G₁G₃)
誤り。G₁ を前向き要素とし,G₂ と G₃ をともに G₁ の出力からの負帰還として扱った形になっている。図の G₂ は帰還要素ではなく G₁ と並列の前向き要素であり,G₂ の寄与が分子に −G₂ として現れる必要がある。
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