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シラバス基本情報

開講年度 2008 年度
授業科目名称 制御工学及び演習
よみがな せいぎょこうがくおよびえんしゅう
英語表記 Control Engineering and Exercises
対象学生・科目区分 工学部機械工学科・専門教育・・3年次
開講学期・単位数等 前期・学科必修・2.5単位
開放科目 開放する
担当教員 池浦良淳(工学研究科機械工学専攻)

授業内容・授業計画

授業形態 講義,演習
キーワード・テーマ JABEE基本キーワード:伝達関数とフィードバック制御
JABEE個別キーワード:ラプラス変換,特性方程式,周波数応答,ナイキスト線図,位相補償制御,PID制御,サーボ機構
学科キーワード:
授業の目的・概要 制御工学は,機械の性能を数学的に表現し,その特性を評価しつつ,制御器を設計するものである.そのため,数学の知識が必要不可欠であり,授業の大半は,数学的な計算が主となる.なるべく,実際の機械を例に取り,必要な基礎知識を身につけるよう配慮する.本授業では,古典制御理論を中心に機械機器の制御装置を設計するための考え方を体得し,さらに現代制御理論へ進むための足掛かりを得る.また,学習内容の理解と数学的計算の練習のため,演習の時間を設け,理論的な展開をどのように数値化していくのか,その考え方を体得する.
学生の到達目標 本講義で到達できるレベルは,例えばFE試験のAutomatic Controlsの問題が解けるレベルがあげられる.
受講要件 この授業の基礎としては,「工業数学II及び演習」の複素数,「工業数学III」の微分方程式,「工業数学IV」のラプラス変換であり,これらの知識を直接利用して授業を進めるので,その習得は必要不可欠である.また,発展・応用としては「システム制御工学」があげられる.
予め履修が望ましい科目 工業数学II及び演習,工業数学III,工業数学IV
発展科目 システム制御工学
教科書、参考書 教科書:制御工学 -基礎からのステップアップ- (大日方五郎 編,朝倉書店)
参考書:フィードバックの制御の基礎(片山徹,朝倉書店)
成績評価方法と基準 出席は必要条件であり,7割以上出席した者に対して単位を与える.
評価は,演習解答(30点),調査型課題(10点),期末試験(60点)の総計100点で行い,総計点数/10を四捨五入して最終成績とし,最終成績6以上を合格とする.
オフィスアワー 前期後期とも水曜日5,6限(第2水曜日を除く)に,池浦教員室(工学部機械棟2304号室)で対応するが,なるべく電子メール(ikeura@ss.mach.mie-u.ac.jp)による連絡すること.
授業改善への工夫
教育方法の工夫:
毎回の授業の初めには前回行った内容を簡潔に示し,今回の授業への導入が容易になるようにし,また,各回の内容を初めに明確にしておくため,板書しておく.毎時間,1時間程度の演習時間を設けて基礎知識とその応用力が修得できるようにする.

これまでの改善点:
計算主体の授業であるので,なるべく式の導出においても,板書しながら平易に説明することの心がけた.また,具体的なイメージがつかめるよう,コンピュータシミュレーションなどを利用した.
授業計画・学習の内容と課題
学習内容 学習課題(予習・復習)
第1回 制御とは?(自動制御,フォードバック制御系の構成,制御系の分類)
第2回 伝達関数(ダイナミカルシステムの表現とモデリング)
第3回 ラプラス変換(ラプラス変換の計算法)
第4回 伝達要素と伝達関数(伝達関数の例を示す)
第5回 ブロック線図(ブロック線図の書き方と変換方法)
第6回 逆ラプラス変換
第7回 過渡応答(逆ラプラス変換を用いた過渡応答計算法)
第8回 伝達関数の極,零点と過渡応答(伝達関数の特性を表す極,零点と過渡応答との関係を示す)
第9回 周波数応答(周波数応答の考え方,計算法)
第10回 安定性(システムの安定性,特性多項式,ラウスフルビッツの安定判別法)
第11回 安定余裕
第12回 フィードバックの働き(目標値追従と外乱除去,定常特性)
第13回 時間領域におけるコントローラの設計(根軌跡,PIDコントローラ)
第14回 周波数領域におけるコントローラの設計(位相進み,位相送れ補償)
第15回 定期試験

調査型課題:
身近に見られる機械のおいて,その制御をするにはどのような問題設定をし,そのように解決するかを学ぶための調査型課題を与える。
第1回 制御とは?
予習:教科書第1章の理解,復習:対応する章末問題の解答
第2回 伝達関数
予習:教科書2.1の理解,復習:対応する章末問題の解答
第3回 ラプラス変換
予習:教科書A.1の理解,復習:対応する章末問題の解答
第4回 伝達要素と伝達関数
予習:教科書2.2の理解,復習:対応する章末問題の解答
第5回 ブロック線図
予習:教科書2.3の理解,復習:対応する章末問題の解答
第6回 逆ラプラス変換
予習:教科書A.2の理解,復習:対応する章末問題の解答
第7回 過渡応答
予習:教科書3.1の理解,復習:対応する章末問題の解答
第8回 伝達関数の極,零点と過渡応答
予習:教科書3.2の理解,復習:対応する章末問題の解答
第9回 周波数応答
予習:教科書3.3の理解,復習:対応する章末問題の解答
第10回 安定性
予習:教科書4.1~4.3の理解,復習:対応する章末問題の解答
第11回 安定余裕
予習:教科書4.4,4.5の理解,復習:対応する章末問題の解答
第12回 フィードバックの働き
予習:教科書5.1,5.2の理解,復習:対応する章末問題の解答
第13回 時間領域におけるコントローラの設計
予習:教科書6.1の理解,復習:対応する章末問題の解答
第14回 周波数領域におけるコントローラの設計
予習:教科書6.2の理解,復習:対応する章末問題の解答

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