到達目標
基本的な制御系の設計・評価ができる能力を修得する。さらに、安定性や定常特性など、制御系の特性を解析する手法を身につけることが目標である。
(1)制御の基本伝達関数の導出ができる。(2)基本伝達関数の特性をナイキスト線図やボード線図を用いて記述できる。(3)安定性や定常特性、根軌跡法など、制御系の特性を解析する手法を理解し、基本的な問題を解くことができる。
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 |
| 機械系や電気系の要素のモデル化 | 比例・微分・積分・１次遅れ・２次遅れ要素の入出力関係を微分方程式で表現できる。 | 比例・微分・積分要素の入出力関係を微分方程式で表現できる。 | 比例・微分・積分要素の入出力関係を微分方程式で表現できない。 |
| 要素やシステムの伝達関数とブロック線図 | 比例・微分・積分・１次遅れ・２次遅れ要素の伝達関数を導出できる。複雑なブロック線図の等価変換ができる。 | 比例・微分・積分の伝達関数を導出できる。簡単なブロック線図の等価変換ができる。 | 比例・微分・積分の伝達関数を導出できない。簡単なブロック線図の等価変換ができない。 |
| 制御系の安定性 | 系の特性方程式を導出できる。ラウスの安定判別法、ナイキストの安定判別法を適用できる。 | ラウスの安定判別法、ナイキストの安定判別法を適用できる。 | ラウスの安定判別法、ナイキストの安定判別法を適用できない。 |
| フィードバック制御系の特性 | PID制御の説明ができる。フィードバック系の過渡特性と定常特性を求めることができる。根軌跡法を適用できる。 | フィードバック系の過渡特性と定常特性を求めることができる。根軌跡法を適用できる。 | フィードバック系の過渡特性と定常特性を求めることができない。根軌跡法を適用できない。 |
学科の到達目標項目との関係
学科到達目標 1 機械工学に関する確かな基礎力を備えること。
学科到達目標 2 未来社会を担う電気・材料分野を融合した新機械工学分野に対する応用力を備えること。
学校教育目標 2 創造的で高度な実践的技術者の養成
JABEE 設計・企画・デザインする能力 D2 専門分野と周辺の工業技術を理解し、デザインに応用展開できる能力
教育方法等
概要:
機械工学の技術者が工場設備等の自動化やメカトロニクスの分野において必要とされる自動制御の基礎知識を学修する。機械系や電気系などのモデル化を行い、ラプラス変換を用いることでシステムの伝達関数を求められることや、この伝達関数を用いて特性の把握ができることを学ぶ。基本的な制御系の設計・評価ができる能力を修得する。さらに、安定性や定常特性など、制御系の特性を解析する手法を身につけることが目標である。
授業の進め方・方法:
授業は、アクティブラーニング形式（講義、ディスカッション、配布物による演習）を取り入れる。
事前学習（予習）：毎回の授業前までに，授業で行う内容と意義を考えて整理しておくこと．
事後学習（復習）：毎回の授業後に，授業で学んだことを振り返り，今後へ活かす方法を考えること。
注意点:
制御系の基本要素について、伝達関数の導出方法や、制御性能の評価・補償方法についての基本を習得することがポイントである。
要素やシステムのモデル化においては，工業力学や機械力学，さらには熱工学や流体工学で習う微分方程式の理解が必要である。
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
ガイダンス、制御とは |
制御系の大別ができる。
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| 2週 |
信号伝達と伝達関数(1) |
インパルス応答、比例要素、積分要素について説明できる。
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| 3週 |
信号伝達と伝達関数(2) |
微分要素、一次遅れ要素、二次遅れ要素の説明ができる。
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| 4週 |
ブロック線図(1) |
ブロック線図の構成要素について説明できる。
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| 5週 |
ブロック線図(2) |
ブロック線図の等価変換ができる。
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| 6週 |
周波数応答法(1) |
ベクトル軌跡について説明できる。
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| 7週 |
周波数応答法(2) |
ボード線図について説明できる。
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| 8週 |
中間試験 |
合格点以上を取得し，理解度をチェックできる。
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| 4thQ |
| 9週 |
過渡応答 |
過渡項と定常項、ステップ応答について説明できる。
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| 10週 |
安定判別(1) |
安定判別法（ラウス、ナイキスト）について説明できる。
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| 11週 |
安定判別(2) |
制御系の安定度について説明できる。
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| 12週 |
フィードバック制御系の特性 |
過渡特性と定常特性について説明できる。
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| 13週 |
根軌跡法 |
根軌跡の性質について説明できる。
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| 14週 |
フィードバック制御系の特性補償(1) |
位相おくれ・進み補償について説明できる。
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| 15週 |
フィードバック制御系の特性補償(2) |
ＰＩＤ制御について説明できる。
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| 16週 |
学習のふりかえり |
定期試験によるアセスメントを受けて、学習内容を振り返る。
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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。 | 1 | |
| フィードバック制御の概念と構成要素を説明できる。 | 2 | |
| 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。 | 2 | |
| 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。 | 2 | |
| 伝達関数を説明できる。 | 3 | |
| ブロック線図を用いて制御系を表現できる。 | 3 | |
| 制御系の過渡特性について説明できる。 | 2 | |
| 制御系の定常特性について説明できる。 | 2 | |
| 制御系の周波数特性について説明できる。 | 2 | |
| 安定判別法を用いて制御系の安定・不安定を判別できる。 | 3 | |
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 | 80 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 | 100 |
| 基礎的能力 | 30 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 30 |
| 専門的能力 | 50 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 | 70 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |