整定時間とは

せいていじかん

ステップ入力を加えてから、出力が最終値の決められた範囲(±2%や±5%など)に入り、その後その範囲から出なくなるまでの時間。応答の速さと落ち着きを合わせて表す指標で、二次遅れ系では±2%の整定時間がおよそ 4/(ζωn)、±5%ではおよそ 3/(ζωn) と見積もられる。一次遅れ系の±2%の整定時間は約3.9T(T は時定数)である。ADコンバータやオペアンプの仕様でも、出力が指定の精度に落ち着くまでの時間を整定時間と呼ぶ。

「整定時間」は、1分野の2問の練習問題に出てきます(制御工学の基礎など)。

この用語の分野: 制御工学の基礎

整定時間の練習問題に挑戦

伝達関数 G(s) = 25/(s² + 4s + 25) の系のステップ応答が、最終値の±2%以内に収まるまでの整定時間を、近似式 ts ≈ 4/(ζωn) で見積もった値として正しいものはどれか。

  1. A0.5 s
  2. B0.8 s
  3. C2 s
答えと解説を見る

正解:C. 2 s

この系は ωn = 5 rad/s、ζ = 0.4 なので ζωn = 2 s⁻¹ で、ts ≈ 4/2 = 2 sです。振動の包絡線は e^(−ζωn t) で小さくなり、e^(−4) ≈ 0.018 が2%を下回ることから、この近似式が使われます。±5%の整定時間なら ts ≈ 3/(ζωn) を使います。包絡線で見積もるので実際より少し長めに出ることが多く、この系を数値計算すると、±2%の整定時間は約1.7 sです。

解説の中の「整定時間」

「整定時間」が出てくる問題(2問)

  1. 伝達関数 G(s) = 25/(s² + 4s + 25) の系のステップ応答が、最終値の±2%以内に収まるまでの整定時間を、近似式 ts ≈ 4/(ζωn) で見積もった値として正しいものはどれか。
  2. 零点のない二次遅れ系で、極を s = −σ ± jωd とする。σ を変えずに ωd だけを大きくしたときの、ステップ応答の変化として正しいものはどれか。

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