システム制御工学

科目基礎情報

学校	群馬工業高等専門学校	開講年度	令和05年度 (2023年度)
授業科目	システム制御工学
科目番号	44	科目区分	専門 / 選択
授業形態	授業	単位の種別と単位数	学修単位: 2
開設学科	生産システム工学専攻	対象学年	専1
開設期	後期	週時間数	2
教科書/教材	特に指定なし
担当教員	平間 雄輔

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．

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:

授業計画

		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
		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
		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．
		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．
		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．
		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．
		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。
		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．
	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．
		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．
		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．
		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
		13週	IMC制御	IMC制御を用いた制御系が設計できる
		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
		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
		16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