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| 開講年度 | 2018 年度 | |
|---|---|---|
| 開講区分 | 工学部電気電子工学科 ・専門教育 | |
| 受講対象学生 |
学部(学士課程) : 3年次 |
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| 選択・必修 | 選択 選択科目 |
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| 授業科目名 | 制御工学Ⅰ | |
| せいぎょこうがくいち | ||
| Control Engineering I | ||
| 単位数 | 2 単位 | |
| 他学部・他研究科からの受講 |
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| 市民開放授業 | 市民開放授業ではない | |
| 開講学期 |
前期 |
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| 開講時間 |
金曜日 1, 2時限 |
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| 開講場所 | 工学部20番教室 | |
| 担当教員 | 弓場井 一裕（工学部電気電子工学科） | |
| YUBAI, Kazuhiro | ||
| 授業の概要 | 「制御」に関する体系的な学問である制御理論の基礎について，まず最も重要な概念である「フィードバック」の本質的利点の理解に重点を置きながら学習する。特にシステムの伝達関数表現に基づきながら，古典制御の枠組で扱われてきたフィードバック制御系の解析と設計に関する内容を学習する。さらに，制御系のロバスト性解析について学び，ループ整形によるフィードバック制御系の設計法について学習する。 |
|---|---|
| 学習の目的 | ① 運動方程式や回路方程式から制御対象のモデルを構築できる。 ② 与えられた制御対象に対して，設計仕様を時間・周波数領域において記述できる。 ③ 開ループ整形を用いて設計仕様を満たす制御器を設計できる。 ④ 制御対象モデルの不確かさに対してロバストな制御系を構築できる。 |
| 学習の到達目標 | ① フィードバック制御の利点を理解する。 ② フィードバック制御系の感度特性・定常特性を理解する。 ③ システムの周波数応答を理解し，ベクトル軌跡・ボード線図による表示を習得する。 ④ フィードバック系の内部安定性を理解し，ナイキストの安定判別法を習得する。 ⑤ 安定余裕について理解する。 ⑥ モデルの不確かさとフィードバック制御系のロバスト性について理解する。 ⑥ ループ整形の考え方を理解し，フィードバック制御系の設計法を習得する。 ★学習・教育目標：「基礎･専門知識」，「自主的継続的学習能力」，「制約下での仕事」に関する能力を向上させる。 |
| ディプロマ・ポリシー |
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| 授業の方法 | 講義 |
| 授業の特徴 | Moodle |
| 教科書 | システム制御工学シリーズ 3 「フィードバック制御入門」（杉江俊治，藤田政之：コロナ社） |
| 参考書 | ブルーバックス 「制御工学の考え方－産業革命は「制御」からはじまった」（木村英紀：講談社） |
| 成績評価方法と基準 | レポート20%，中間試験40%，期末試験40%，計100%（各項目で5割以上取得し，合計が60%以上で合格） |
| オフィスアワー | オフィスアワー：毎週木曜日13:30-18:00 場所：電気電子棟1206室 （その他の時間については，訪問時間を電子メールにて尋ねてください。） |
| 受講要件 | 微積分学，複素関数論，行列演算など基礎数学の知識および理解を有していること。 |
| 予め履修が望ましい科目 | 共通教育科目：基礎微分積分学Ⅰ・Ⅱ，基礎線形代数学 専門教育科目：電気数学演習，常微分方程式及び演習，複素関数論及び演習，解析力学 |
| 発展科目 | 内容が連続している科目：制御工学Ⅱ，電気電子設計，応用実験など。 |
| 授業改善への工夫 | 制御工学は抽象的な学問であるため，具体的な対象を用意し，適宜動画や見学を交えて理解を深める工夫を加える。また，数学の基礎知識の不足が理解の妨げになっているため，数学的な準備を充実する。 |
| その他 | 制御工学Ⅰは応用実験 「メカトロニクス」を選択するための「受講要件」，「電気機器」を選択するための「予め履修が望ましい科目」となっています。これらのテーマを希望予定の学生は是非履修してください。 |
| キーワード | フィードバック制御，ラプラス変換，周波数応答，安定性 ものを動かす分野（ロボットや電力関係）を志向する人には不可欠な授業である。 |
|---|---|
| Key Word(s) | Feedback control, Laplace transform, Frequency response, Stability This class is essential for students who would like to study robots and/or power control. |
| 学習内容 | 第１回 序論：制御とは？，フィードバック制御の利点と課題，数学的準備Ⅰ 第２回 数学的準備Ⅱ 第３回 ダイナミカルシステムの表現：ダイナミカルシステムとは？，伝達関数とブロック線図 第４回 ダイナミカルシステムの過渡応答：インパルス応答と伝達関数の関係，たたみ込み積分 第５回 ダイナミカルシステムの安定性：極・零点，ラウス・フルビッツの安定判別法 第６回 フィードバック制御系の特性：感度特性，定常特性 第７回 周波数応答：周波数応答，ベクトル軌跡，ボード線図 第８回 中間試験 第９回 フィードバック制御系の安定性：内部安定性，ナイキストの安定判別法 第１０回 フィードバック制御系の安定性：ナイキストの安定判別法，位相余裕，ゲイン余裕 第１１回 フィードバック制御系のロバスト性解析：不確かさとロバスト性，ロバスト安定性 第１２回 フィードバック制御系のロバスト性解析：ロバスト安定性，制御性能のロバスト性 第１３回 フィードバック制御系の設計法：設計手順と性能評価 第１４回 フィードバック制御系の設計法：PID補償による制御系設計 第１５回 フィードバック制御系の設計法：位相進み・遅れ補償による制御系設計 第１６回 期末試験 |
| 事前・事後学修の内容 | 各回教科書の以下に示す該当部について予習を行うこと。 復習を兼ねて適宜課題を課す。 第１回 第１章 1.1 制御とは 1.2 制御系の標準的構成と制御目的 1.3 フィードバック制御の利点と課題 第２回 数学的準備 ラプラス変換と微分方程式 第３回 第２章 2.1 ダイナミカルシステム 2.2 伝達関数 2.3 ブロック線図 第４回 第３章 3.1 インパルス応答とステップ応答 3.2 1次系の応答 3.3 2次系の応答 第５回 第３章 3.4 極・零点と過渡応答 3.5 ダイナミカルシステムの安定性 第６回 第４章 4.1 感度特性 4.2 定常特性 第７回 第５章 5.1 周波数応答と伝達関数 5.2 ベクトル軌跡 5.3 ボード線図 5.4 ボード線図の性質 第８回 中間試験のための準備 第９回 第６章 6.1 フィードバック系の内部安定性 6.2 ナイキストの安定判別法 第１０回 第６章 6.2 ナイキストの安定判別法 6.3 ゲイン余裕，位相余裕 第１１回 第７章 7.1 不確かさとロバスト性 第１２回 第７章 7.2 ロバスト安定性 7.3 制御性能のロバスト性 第１３回 第８章 8.1 設計手順と性能評価 第１４回 第８章 8.2 PID補償による制御系設計 第１５回 第８章 8.3 位相進み―遅れ補償による制御系設計 第１６回 期末試験のための準備 |
| ナンバリングコード(試行) | EN-ESYS-3 |
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※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