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科目の基本情報

開講年度 2017 年度
開講区分 工学部機械工学科 ・専門教育
受講対象学生 学部(学士課程) : 3年次
工学部機械工学科
選択・必修 選択
学科選択
授業科目名 システム制御工学
しすてむせいぎょこうがく
System Control Engineering
単位数 2 単位
他学部・他研究科からの受講
市民開放授業 市民開放授業ではない
開講学期

後期

開講時間 火曜日 5, 6時限
開講場所

担当教員 矢野 賢一(工学研究科機械工学専攻)

YANO, Ken'ichi

学習の目的と方法

授業の概要  現代制御理論の考え方に基づき、システムを分類し、動的システムとしての数学モデルとして、状態方程式を取り上げ、「制御工学」で学習した伝達関数との関連について学ぶ。この状態方程式による表現は一意的でなく、状態変数の取り方により種々の表現が可能である。次に、制御系を設計する上で重要な可制御性と可観測性の概念を示し、正準分解によるシステムの構造と性質について学ぶ。最後に、「制御工学」で学習した古典制御に対して、線形連続時間系の多変数制御理論としての状態空間法を用いた状態フィードバック制御について学習する。古典制御理論では多入力多出力系への適応が困難であり、制御系設計が直感的であった。これに対し、状態方程式に基づく現代制御理論により数学的に一般論を展開でき、設計された制御器の制御性能や適用限界が明確になる。このような状態フィードバック制御には状態が必要である。しかし、一般には状態がすべて直接計測できるとは限らない。状態が計測できない場合、システムに与える入力とシステムから得られる出力を用いて状態を推定する手法についても学習する。
 また、講義だけでなく、制御系CADとしてMATLABを用いた演習も行う。
学習の目的 システムを状態空間で表現し、伝達関数行列やシステムの応答を求めることや、安定判別ができる。
極配置や最適レギュレータを用いて状態フィードバック制御系の設計を行うことができる。
学習の到達目標 機械システムなどのシステムの線形近似モデルを状態空間で表現し、そのシステムを制御するための状態フィードバック制御装置を設計することができる。
ディプロマ・ポリシー
○ 学科・コース等の教育目標
○ JABEE 関連項目

○ 全学の教育目標
感じる力
  •  感性
  •  共感
  •  倫理観
  •  モチベーション
  •  主体的学習力
  •  心身の健康に対する意識
考える力
  • ○幅広い教養
  • ○専門知識・技術
  • ○論理的思考力
  •  課題探求力
  • ○問題解決力
  •  批判的思考力
コミュニケーション力
  •  情報受発信力
  •  討論・対話力
  •  指導力・協調性
  •  社会人としての態度
  •  実践外国語力
生きる力
  •  感じる力、考える力、コミュニケーション力を総合した力

授業の方法 講義

授業の特徴

教科書 シリーズ知能機械工学③
現代制御(山田ら、共立出版)
参考書
成績評価方法と基準 出席は必要条件であり、8割以上出席した者に対して単位を与える。
評価は、宿題・レポート(30点)、定期試験(70点)の総計100点で行い、60点以上を合格とし,総計点数/10を四捨五入して最終成績とする。
オフィスアワー 電子メールによる受け付け可。
受講要件
予め履修が望ましい科目 この授業の基礎としては、「基礎線形代数学」、「工業数学Ⅲ」の微分方程式、「工業数学Ⅳ」のラプラス変換などの基礎数学があり、これらの知識を直接利用して授業を進めるので、これらの習得は必要不可欠である。
また、「制御工学および演習」で学習した伝達関数を扱ったり、古典制御との対比を行うので、それらを習得している必要がある。
発展科目
授業改善への工夫 講義だけでなく計算機を用いた制御系CAD演習を行う。
各章毎に演習問題も行う。
その他

授業計画

キーワード 線形制御理論,現代制御論,状態方程式,安定理論,最適レギュレータ,MATLAB & Simulink
Key Word(s) Linear Control Theory, Modern Control Theory, State-Space Equation, Stability, Optimal Regulator, MATLAB & Simulink
学習内容 授業内容:
 第1回 自動制御概論
 第2回 状態空間法
     状態方程式(状態変数、線形時不変モデル)
     状態方程式の解(固有値、状態遷移行列)
 第3回 状態方程式と伝達関数(伝達関数行列)
 第4回 状態方程式と伝達関数(実現、同伴形)
 第5回 システムの座標変換(相似変換、モード分解)
 第6回 システムの構造的性質
 第7回 可制御性と可観測性
    (可制御行列/可観測行列、可制御正準形/可観測正準形)
 第8回 システムの構造
    (極・零相殺と可制御性・可観測性、正準分解)
 第9回 状態方程式に基づく制御系設計
     安定性(リアプノフの安定性、安定判別)
     状態フィードバック、極配置法
 第10回 最適レギュレータ(リッカチ方程式)
 第11回 状態観測と制御
     オブザーバ、オブザーバに基づく制御
 第12回 様々な制御系設計法
 第13回  MATLABとSIMULINK演習
 第14回  MATLABとSIMULINK演習
 第15回  MATLABとSIMULINK演習
 第16回  定期試験
学習課題(予習・復習) 各章毎に演習問題を行う。
ナンバリングコード(試行) EN-SYST-3

※最初の2文字は開講主体、続く4文字は分野、最後の数字は開講レベルを表します。 ナンバリングコード一覧表はこちら


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