到達目標
□古典制御理論を基に,フィードバックシステムの設計ができる
□古典制御理論を基に,フィードバックシステムの解析ができる
□PID制御のについて,各制御動作(P動作,I動作,D動作)を理解し,PID定数の調整ができる.
□フィードバックシステムの安定判別ができる.
□産業応用のPID制御技術を理解し,フィードバックシステムの設計ができる.
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 | 古典制御理論を基に,複雑なフィードバックシステムの設計・解析できる. | 古典制御理論を基に,フィードバックシステムの設計・解析できる. | 古典制御理論を基に,フィードバックシステムの設計・解析できない. |
評価項目2 | 一般的なPID調整則を用いて,PID定数を調整でき,それを基に,性能向上のための再調整ができる。 | 一般的なPID調整則を用いて,PID定数を調整できる. | 一般的なPID調整則を用いて,PID定数を調整できない. |
評価項目3 | フィードバックシステムの安定判別ができ,制御性能を定量的に評価できる。 | フィードバックシステムの安定判別ができる. | フィードバックシステムの安定判別ができない. |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
PID制御は産業界で広く利用されており,その応用例は多岐にわたる.そこで,本講義はフィードバック制御の中でも,PID制御を取り上げ,その基礎知識を学習する.
授業の進め方・方法:
授業の前半は,基礎知識を学習する.また,PID定数とフィードバックシステムの特性について学習する.授業の後半では,産業界で利用されるPID制御技術である,アンチワインドアップ,微分先行型PID制御,比例帯,その他のアドバンストPID制御について触れ,実用上の制御を学習する.必要に応じてPCを用いて,数値シミュレーションを行い,アドバンストPID制御などの効果を実際に確認する.
注意点:
授業の属性・履修上の区分
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 |
ラプラス変換と逆ラプラス変換 |
制御工学で扱う関数のラプラス変換・逆ラプラス変換ができる
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2週 |
1次遅れ+むだ時間系のステップ応答 |
・1次遅れ+むだ時間系のステップ応答の時間関数が書ける ・ステップ応答のグラフからプロセスパラメータを読み取れる ・高次モデルを1次遅れ+むだ時間系に近似できる
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3週 |
PID制御① P動作(比例動作) |
P動作(比例動作)について,原理と特徴を説明できる.
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4週 |
PID制御② I動作(積分動作) PI制御 |
I動作(積分動作)について,原理と特徴を説明できる.
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5週 |
PID制御③ D動作(微分動作) PD制御,PID制御 |
D動作(微分動作)について,原理と特徴を説明できる.
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6週 |
PID調整法① |
CHR法やZN法を用いてPID定数を調整できる.
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7週 |
PID調整法② |
オートチューニングなど,閉ループで行なうPID調整法を説明できる。
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8週 |
フィードバックシステムの応答 |
フィードバックシステムの応答波形に関する用語を説明できる.
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4thQ |
9週 |
フィードバックシステムの特性,ロバスト性,目標値追従性,外乱抑制性 |
ロバスト性と目標値応答性がトレードオフ問題であることを説明できる.
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10週 |
PID制御応用① アンチワインドアップ,微分先行型,不完全微分 |
制御ループを,操作量の制約や目標値変更,ノイズなどに合わせて修正できる.
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11週 |
PID制御応用② 目標値重み,比例帯 |
目標値重みを用いることで,外乱抑制と目標値追従のトレードオフを改善できる.
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12週 |
外乱オブザーバの設計 |
単入出力系の外乱オブザーバを設計できる
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13週 |
IMC制御 |
IMC制御を用いた制御系が設計できる
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14週 |
数値シミュレーション① |
伝達関数を状態空間方程式に変換し,制御シミュレーションが行なえる
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15週 |
数値シミュレーション② |
伝達関数を状態空間方程式に変換し,制御シミュレーションが行なえる
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16週 |
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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 |
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 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
専門的能力 | 80 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 | 100 |
分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |