到達目標
1. 自動制御の定義を理解して様々なシステムの種類を分類でき,制御系を数学的に表現することができる。
2. フィードバック制御の概念と構成要素をブロック線図を用いて表現することができる。
3. 様々な関数のラプラス変換とラプラス逆変換を求めることができ,微分方程式に応用して解くことができる。
ルーブリック
| 理想的な到達レベルの目安 | 標準的な到達レベルの目安 | 未到達レベルの目安 |
評価項目1(A-1, D-1) | 自動制御の定義を理解して様々なシステムを種類に分類できて説明できるともに,制御系を数学的に表現する方法や注意点を説明できる。 | 自動制御の定義を理解して種類を説明できるとともに,制御系を数学的に表現する方法や注意点を説明できる。 | 自動制御の定義や種類を説明できず,制御系を数学的に表現する方法や注意点を説明できない。 |
評価項目2(A-1, D-1, D-2) | フィードバック制御系のブロック線図による一般的表現を描け,様々なシステムの概念と構成要素を理解してブロック線図で表現できる。 | フィードバック制御系のブロック線図による一般的表現を描け,その概念と構成要素を簡単を説明できる。 | フィードバック制御系のブロック線図による一般的表現を描けず,その概念と構成要素についても十分に説明できない。 |
評価項目3(D-1, D-2) | 様々な関数のラプラス変換とラプラス逆変換を求めることができ,高度な微分方程式に応用して解くことができる。 | 基本的関数のラプラス変換とラプラス逆変換を求めることができ,基礎的な微分方程式に応用して解くことができる。 | 基本的関数のラプラス変換とラプラス逆変換を求められず,基礎的な微分方程式に応用して解くこともできない。 |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
これまでに学習したシステム制御情報工学科の専門科目と関連づけて,制御工学の基礎を学習する。具体的には,今後講義する「制御工学Ⅱ・Ⅲ・Ⅳ」の内容を理解できるように,授業計画に示す教科書「自動制御」第1章~第3章に該当する内容を順次学習する。
授業の進め方・方法:
日常生活における制御の重要性を理解し,工学的見地から制御をどのように取り扱うかを学習する。制御工学Ⅰでは,制御工学を定量的に取り扱う際に必須となるラプラス変換・逆変換の取り扱いを中心に学習する。研究室管理のeラーニングに復習内容・演習を掲載するので,自学自習用として主体的且つ効果的に活用する。講義時間の最後に適宜小テストを実施すると共に,状況に応じて課題レポートを課す。
注意点:
・教育プログラムの学習・教育到達目標の各項目の割合は,A-2(20%),D-1(40%),D-2(40%)とする。
・総時間数45時間(自学自習15時間)
・自学自習時間(15時間)は,日常の授業(30時間)に対する予習復習,レポート課題の解答作成時間,試験のための学習時間を総合したものとする。
・評価については,合計点数が60点以上で単位修得となる.その場合,各到達目標項目の到達レベルが標準以上であること,教育プログラムの学習・教育到達目標の各項目を満たしたことが認められる。
・講義時間最後の演習は,基本的に前回学習内容の範囲であるので,日頃からeラーニングなどを活用して学習内容を復習する習慣付けを要する。
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
前期 |
1stQ |
1週 |
シラバス説明 1 自動制御とは (1) 制御 (2) 自動制御 |
「制御」・「自動制御」の定義・意義を説明できる。 制御の基本的な分類を説明できる。
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2週 |
(2) 自動制御 (3) 自動制御の発達 (4) フィードバック制御 |
各種オートメーションの意義・特徴を説明できる。 フィードバック制御系をブロック線図を用いて一般的に表現できる。 身近なシステムを制御的観点から分類できる。
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3週 |
(4) フィードバック制御 (5) フィードバック制御の種類 |
身の回りの制御系の基本的構成を理解し,ブロック線図を用いて表現できる。 フィードバック制御系の詳細な分類を説明できる。
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4週 |
(5) フィードバック制御の種類 (6) 自動制御の問題点 |
自動制御の問題点とそれに関係する専門用語の意味を説明できる。 これから扱う制御系の3つの基本的性質を説明できる。
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5週 |
2 制御系の構成要素の特性表現 (1) 制御系の静特性 (2) 制御系の動特性 (3) 非線形要素の線形化
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制御系における静特性・動特性の意味と特徴を説明できる。 「定性」,「定量」,「定式」等の用語の意味を説明できる。 非線形特性の線形化の要点を説明でき,与えられた非線形特性を線形化できる。
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6週 |
3 ラプラス変換 (1) 各種変換の相互関係 (2) ラプラス変換の定義
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各種変換の特徴と相互関係を説明できる。 ラプラス変換・ラプラス逆変換の定義式を書ける。 基本的な関数を定義式からラプラス変換できる。 各種基本信号の特徴を説明でき,信号波形を書ける。
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7週 |
(2) ラプラス変換の定義 (3) ラプラス変換の性質 |
ラプラス変換の定義式に基づき各種関数を計算できる。 ラプラス変換の各種性質を説明できる。
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8週 |
中間試験 |
これまでの学習内容の理解度を試験により確認する(試験時間90分)
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2ndQ |
9週 |
(3) ラプラス変換の性質 (4) グラフ利用によるラプラス変換の求め方 |
ラプラス変換の各種性質を説明できる。 グラフ波形からのラプラス変換の方法を説明でき,具体的に計算できる。
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10週 |
(4) グラフ利用によるラプラス変換の求め方 (5) ラプラス逆変換 |
グラフ波形から具体的にラプラス変換できる。 基本的関数をラプラス逆変換できる。 ヘビサイトの部分分数展開定理等を用いて部分分数展開し逆変換できる。
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11週 |
(5) ラプラス逆変換 (6) ラプラス変換を用いた微分方程式の解法 |
ヘビサイトの部分分数展開定理等を用いて部分分数展開し逆変換できる。 ラプラス変換・逆変換を用いて定係数線形常微分方程式を解ける。
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12週 |
(6) ラプラス変換を用いた微分方程式の解法 |
ラプラス変換・逆変換を用いて定係数線形常微分連立方程式を解ける。
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13週 |
(7) 電気回路の回路方程式の立式とラプラス変換・逆変換を用いた解法 |
各種直列回路の回路方程式を立式できる。 1階の定係数線形常微分方程式で表される現象をラプラス変換・逆変換を用いて解析でき,解析結果をグラフ表示できる。
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14週 |
(7) 電気回路の回路方程式の立式とラプラス変換・逆変換を用いた解法 |
各種回路の回路方程式を立式できる。 定係数線形常微分方程式及び定係数線形常微分連立方程式で表される現象をラプラス変換・逆変換を用いて解析でき,解析結果をグラフ表示できる。
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15週 |
期末試験 |
これまでの学習内容の理解度を試験により確認する(試験時間90分)
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16週 |
答案返却と解説 |
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モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標
分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
専門的能力 | 分野別の専門工学 | 機械系分野 | 計測制御 | 自動制御の定義と種類を説明できる。 | 3 | |
フィードバック制御の概念と構成要素を説明できる。 | 3 | |
基本的な関数のラプラス変換と逆ラプラス変換を求めることができる。 | 4 | |
ラプラス変換と逆ラプラス変換を用いて微分方程式を解くことができる。 | 4 | |
ブロック線図を用いて制御系を表現できる。 | 1 | |
評価割合
| 試験 | 発表 | 相互評価 | 態度 | ポートフォリオ | その他 | 合計 |
総合評価割合 | 70 | 0 | 0 | 0 | 0 | 30 | 100 |
基礎的能力 | 10 | 0 | 0 | 0 | 0 | 10 | 20 |
専門的能力 | 60 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 | 80 |
分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |