電磁気現象は微分方程式で表され、一般的には微分方程式を解くための数学的に高度の知識が要求される。ラプラス変換は、計算手順さえ覚えれば、代数計算と変換公式の適用により微分方程式が解ける数学知識への負担が少ない解法である。このシリーズでは電気回路の過渡現象や制御工学等の分野での使用を念頭に置いて範囲を限定して、ラプラス変換を用いて解く方法を解説する。今回は、ラプラス変換とはどんな計算法なのかを概観し、この計算法における基礎事項について解説する。 Update Required To play the media you will need to either update your browser to a recent version or update your Flash plugin.
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このページでは、 制御工学 ( 制御理論 )の計算で用いる ラプラス変換 について説明します。ラプラス変換を用いる計算では、 ラプラス変換表 を使うと便利です。 1. ラプラス変換とは 前節、「3-1. 制御工学(制御理論)の基礎 」で、 制御工学の計算 では ラプラス変換 を使って時間領域 t から複素数領域 s ( s空間 )に変換すると述べました。ラプラス変換の公式は、後ほど説明しますが、積分を含むため計算が少し厄介です。「積分」と聞いただけで、嫌気がさす方もいるでしょう。 しかし ラプラス変換表 を使えば、わざわざラプラス変換の計算をする必要がなくなるので非常に便利です。表1 にラプラス変換表を示します。 f(t) の欄の関数は原関数と呼ばれ、そのラプラス変換を F(s) の欄に示しています。 表1. ラプラス変換表 ここで、表1 の1番目と2番目の関数について少し説明をしておきます。1番目の δ(t) は インパルス関数 (または、 デルタ関数 )と呼ばれ、図1 (a) のように t=0 のときのみ ∞ となります( t=0 以外は 0 となります)。このインパルス関数は特殊で、後ほど「3-5. 伝達関数ってなに? ラプラスにのって コード. 」で説明することにします。 表1 の2番目の u(t) は ステップ関数 (または、 ヘビサイド関数 )と呼ばれ、図1 (b) のような t<0 で 0 、 t≧0 で 1 となる関数です。 図1. インパルス関数(デルタ関数) と ステップ関数(ヘビサイド関数) それでは次に、「3-1. 制御工学(制御理論)の基礎 」で説明した抵抗、容量、インダクタの式に関してラプラス変換を行い、 s 関数に変換します。実際に、ラプラス変換表を使ってみましょう。 ◆ おすすめの本 - 演習で学ぶ基礎制御工学 ↓↓ 内容の一部を見ることができます ↓↓ 【特徴】 演習を通して、制御工学の内容を理解できる。 多くの具体例(電気回路など)を挙げて、伝達関数を導出しているので実践で役に立つ。 いろいろな伝達関数について周波数応答(周波数特性)と時間関数(過渡特性)を求めており、周波数特性を見て過渡特性の概要を思い浮かべることが出来るように工夫されている。 【内容】 ラプラス変換とラプラス逆変換の説明 伝達関数の説明と導出方法の説明 周波数特性と過渡特性の説明 システムの安定判別法について ○ amazonでネット注文できます。 ◆ その他の本 (検索もできます。) 2.
^ "Laplace; Pierre Simon (1749 - 1827); Marquis de Laplace". Record (英語). The Royal Society. 2012年3月28日閲覧 。 ^ ラプラス, 解説 内井惣七.
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