問題
図1 に示すR-L 回路において,端子a,a′間に単位階段状のステップ電圧v(t)[V]を加えたとき,抵抗R[Ω]に流れる電流をi(t)[A]とすると,i(t)は図2 のようになった。この回路のR[Ω],L[H]の値及び入力をa,a′間の電圧とし,出力をR[Ω]に流れる電流としたときの周波数伝達関数G(jω)の式として,正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
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答え合わせ
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
自信の3択
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解説
電験三種「機械」の「自動制御」に関する問題(令和5年度上期 問13)。正答は(1)です。
【基本公式】RL直列回路:G(jω)=I(jω)/V(jω)=1/(R+jωL)=1/R×1/(1+jωL/R)。
一次遅れ:G(jω)=K×1/(1+jωT)(K=1/R, T=L/R)。
正答(1)「R=10, L=0.1, G(jω)=0.1/(1+jω0.01)」の検証:
図2のステップ応答:Iss=0.1A(定常値)→R=V/Iss=1/0.1=10Ω。
時定数τ=0.01s(応答が定常値の63.2%=0.063Aになる時刻→図2でt=0.01s)。
T=L/R→L=T×R=0.01×10=0.1H。G=1/R×1/(1+jωT)=0.1×1/(1+j0.01ω)→選択肢(1)。
【自動制御(RL回路伝達関数)の解法と要点】(令和5年度上期 問13)
【基本公式・定義】
RL直列回路の伝達関数G(jω)=I(jω)/V(jω)=1/(R+jωL)
一次遅れ形式:G(jω)=(1/R)/(1+jωL/R)=K/(1+jωT)
K=1/R[A/V=S]、T=L/R[s](時定数)
【図から読み取る値】
単位ステップ(v=1V印加時)の応答:
・定常電流Iss:t→∞でi=1/R→図2より0.1A→R=1/0.1=10Ω
・時定数τ:i=Iss×(1-e⁻¹)=0.1×0.632=0.063Aになる時刻→図2より0.01s
T=L/R→L=T×R=0.01×10=0.1H
【伝達関数の確定】
G(jω)=1/(10+j0.1ω)=0.1/(1+j0.01ω)→選択肢(1)「R=10, L=0.1, G=0.1/(1+jω×0.01)」
【一次遅れ系のボード線図特徴】
低周波ゲイン:20log(0.1)=−20dB。折点周波数ω₀=1/T=100 rad/s(=1/0.01)。
高周波:−20dB/dec傾斜。位相:0°→−90°(漸近線)、折点で−45°。
【自動制御(RL回路伝達関数)の深層解析と電験三種合格戦略】(令和5年度上期 問13)
【核心論点と正答根拠】
Iss=0.1A→R=10Ω。τ=0.01s→L=0.1H。G(jω)=0.1/(1+j0.01ω)→(1)正答。
【ラプラス変換によるRL回路解析】
v(t)=u(t)(単位ステップ)→V(s)=1/s
G(s)=I(s)/V(s)=1/(R+sL)=1/(R(1+sT))
I(s)=G(s)×V(s)=(1/R)×1/(s(1+sT))
逆ラプラス:i(t)=(1/R)(1-e^(-t/T))u(t)→定常値1/R, 時定数T=L/R。
【制御システムの周波数応答解析手順】
①実験ステップ応答から時定数・ゲインを同定。
②周波数伝達関数を決定(一次/二次遅れ系の判別)。
③ボード線図でゲイン余裕・位相余裕を確認→フィードバック制御安定性検証。
④PID補償器設計(ゲインK_P, 積分Ti, 微分Td)。
【系統同定の最新手法(2024〜)】
ARX(自己回帰外因性)モデル同定:データ駆動→最小二乗法で時定数/ゲイン推定。
強化学習制御:コントローラを学習でオンライン最適化→PID自動調整。
電験二種:制御系の周波数応答解析・安定判別・PID補償器設計理論が出題。
- 定期監査問題文の記号と、崩れていた選択肢の式を公式の問題どおりに直しました(正答は変更なし)。
出典と作り方
本問は電気技術者試験センター公表の過去問題を出典明記の上で引用しています。同センターは公式サイトの「よくあるご質問」で、教育目的など試験制度の意義に反しない限り、公表された過去問題を問題集やテキストに使用する際の許諾および使用料は不要としています。 根拠・出典:出典:令和5年度上期 第三種電気主任技術者試験 機械(一般財団法人 電気技術者試験センター) 各根拠条文・規定は「e-Gov法令検索」(https://elaws.e-gov.go.jp/)で原文を確認できます。令和8年度(2026年度)試験基準日時点で施行されている法令・基準の数値を反映(数値確認日 2026-10-29)。
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執筆・監修:合格ナビ運営事務局(運営者情報)。電気事業法・電気工事士法・電気用品安全法・電気設備技術基準・内線規程の根拠条文に基づき、段差のある3段階の解説(初心者・標準・上級)を作成しています。


