三重大学ウェブシラバス

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科目の基本情報

開講年度	2023 年度
開講区分	工学部機械工学科／総合工学科機械工学コース・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	【遠隔】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
ナンバリングコード	EN-SYST-3

開放科目	非開放科目
開講学期	後期
開講時間	火曜日 5, 6時限
授業形態	オンライン授業 * 状況により変更される可能性があるので定期的に確認して下さい「オンライン授業」・・・オンライン会議ツール等を利用して実施する同時双方向型の授業「ハイブリッド授業」・・・「対面授業」と「オンライン授業」を併用した授業「オンデマンド授業」・・・動画コンテンツの配信等によって実施する授業
開講場所
担当教員	矢野賢一(工学研究科機械工学専攻)
担当教員	YANO, Ken'ichi
SDGsの目標
連絡事項	* 状況により変更される可能性があるので定期的に確認して下さい

学修の目的と方法

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。
学修の目的	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。
学修の到達目標	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　個性に輝く技術者となるために、自らの短所を補い、長所を伸ばそうとする意欲と姿勢を持っている。【関心・意欲】【態度】　社会性・国際性・倫理観：社会的・国際的に広い視野、先見性、倫理観を持つために、科学技術の果たす歴史的・社会的役割を理解している。【態度】　コミュニケーション能力：自らの考えを日本語や英語で科学的・論理的に説明し、コミュニケーションすることができる。【技能・表現】　工学基礎：工学の礎となる数学、自然科学、情報技術に関する基礎知識を持っており、これを使って議論できる。【知識・理解】 ○機械工学専門：材料と構造、運動と振動、エネルギーと流れ、情報と計測・制御、設計と生産、機械とシステムなどの機械工学の主要専門分野に関する基礎知識を持ち、これを応用することができる。【知識・理解】　デザイン能力・創造性：社会の要求をとらえたモノづくりのための創造力と設計技術の基礎を修得している。【思考・判断】　実践的能力：機械の専門分野とともに、産業の環境負荷や生態系への影響、環境と人間に調和する機械の知能化など、環境-人間-機械の関係を総体的にとらえて、科学技術を応用することができる。【思考・判断】　自主性：地球の将来を見据えて、自ら課題を設定し、計画・実行することができる。【関心・意欲】 ○ 全学の教育目標感じる力　感性　共感　主体性考える力 ○幅広い教養 ○専門知識・技術 ○論理的・批判的思考力コミュニケーション力　表現力(発表・討論・対話) 　リーダーシップ・フォロワーシップ　実践外国語力生きる力 ○問題発見解決力　心身・健康に対する意識　社会人としての態度・倫理観 ○ JABEE 関連項目
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（20点）、定期試験（80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。
授業の方法	講義演習
授業の特徴	PBL 特色ある教育英語を用いた教育
授業改善の工夫	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。
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
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
その他

授業計画

MoodleのコースURL

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
学修内容	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
事前・事後学修の内容	各章毎に演習問題を行う。
事前・事後学修の内容	事前学修の時間:120分/回　　　事後学修の時間:120分/回