加え合わせ点の出力を E(jω)、1/(jωT) ブロックの出力(分岐点の信号)を Y(jω) とする。
令和7年度 下期 第三種電気主任技術者 機械 問18(a)
図に示すように、フィードバック接続を含んだブロック線図がある。このブロック線図において、T = 0.2 s、K = 10 としたとき、次の(a)及び(b)の問に答えよ。ただし、ω は角周波数[rad/s]を表す。
(a) 入力を R(jω)、出力を C(jω) とする全体の周波数伝達関数 W(jω) として、正しいものを次の(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
展開閉じる
解説
結論 → 詳細 → 補足 の 3 層構成
詳細Layer 2展開閉じる
フィードバックは分岐点から伝達要素なしで戻るので
E = R − Y
Y = E / (jωT)
補足Layer 3展開閉じる
これより jωT·Y = R − Y、すなわち Y(1 + jωT) = R となり
Y = R / (1 + jωT)
出力はその後段の K を通るので C = K·Y。したがって
W(jω) = C/R = K / (1 + jωT)
(別解:前向き要素 G = 1/(jωT) の直結フィードバックの閉ループ伝達関数 G/(1 + G) = 1/(1 + jωT) に、ループ外の K を掛ける。)
T = 0.2 s、K = 10 を代入すると
W(jω) = 10 / (1 + j0.2ω)
よって正答は(2)。なお K はフィードバックループの外(分岐点より後)にあるため、ループの時定数には影響せず、全体のゲインを K 倍するだけである。
各選択肢の解説
- (1)
1 / (1 + j0.2ω)
誤り。1/(1 + jωT) はフィードバックループ部分(R から分岐点まで)の伝達関数であり、ループ外に直列に接続された K = 10 が掛けられていない。
- (2)
10 / (1 + j0.2ω)
正しい。W(jω) = K/(1 + jωT) に T = 0.2 s、K = 10 を代入した 10/(1 + j0.2ω) と一致する。
- (3)
1 / (1 + j5ω)
誤り。分母の係数が 5(= 1/T)になっており T = 0.2 と異なる。また K = 10 も掛けられていない。ω→0 での値は 1 となり、正しい W(jω) の 10 と一致しない。
- (4)
50ω / (1 + j5ω)
誤り。ω→0 で 0 に近づく形であり、正しい W(jω) が ω→0 で K = 10 に近づくことと一致しない。分母の係数も 5 で、T = 0.2 と異なる。
- (5)
j2ω / (1 + j0.2ω)
誤り。j2ω/(1 + j0.2ω) = K·jωT/(1 + jωT) であり、これは偏差 E/R = 1/(1 + 1/(jωT)) = jωT/(1 + jωT) に K を掛けた形で、R から C までの伝達関数ではない。ω→0 で 0 となり、正しい W(jω) の低周波特性(→10)と一致しない。
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