到達目標
1.連続時間システムを状態方程式で表現し、その時間応答を算出できる。
2.状態方程式について安定性を評価し、可制御正準系と対角正準形式への変換ができる。
3.極配置法や最適レギュレータによる状態フィードバックの設計や同一次元オブザーバの設計ができる。
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 | 連続時間システムにおいて、状態方程式で表現し、その時間応答を算出できる。 | 簡単な連続時間システムにおいて、状態方程式で表現し、その時間応答を算出できる。 | 連続時間システムにおいて、状態方程式で表現し、その時間応答を算出できない。 |
| 評価項目2 | システムにおいて、状態方程式から安定性を評価し、可制御正準系と対角正準形式への変換ができる。 | 簡単なシステムにおいて、状態方程式から安定性を評価し、可制御正準系と対角正準形式への変換ができる。 | システムにおいて、状態方程式から安定性を評価し、可制御正準系と対角正準形式への変換ができない。 |
| 評価項目3 | 極配置法や最適レギュレータによる状態フィードバックの設計や同一次元オブザーバの設計ができる。 | 簡単なシステムにおいて極配置法や最適レギュレータによる状態フィードバックの設計や同一次元オブザーバの設計ができる。 | 極配置法や最適レギュレータによる状態フィードバックの設計や同一次元オブザーバの設計ができない。 |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
制御工学Ⅰでは古典制御に関する内容を取り扱うのに対して、制御工学Ⅱでは現代制御の分野に関する内容を取り扱う。
現代制御工学に関する理論の理解を深めるため、ブロック線図の簡単化、状態というあらたな変数を使って状態空間表現を行い、代表的な２つの方法（標準形と対角形）で記述をする。
更に、システムの可制御性と可観測性を評価し、安定性の評価、制御方法として極配置法や最適制御を用いて状態フィードバック制御の概念を学習する。
講義を行い、ほとんど毎回出題される演習問題（課題）を通し、学習理解を深める。
授業の進め方・方法:
90分の授業に対し、予習と復習を合計180分以上行うこと。
1題90分程度の課題を６～１０題ぶん課すので、理解度に役立てること。
この科目は学修単位科目のため、事前・事後学習として、講義内容に適したテキストを配布すると共に、理解度を確認するためのレポート課題を実施する。
注意点:
・制御工学Ⅱは数学、電気分野、機械分野の広範囲の知識を必要とすることに注意して取り組むこと。
・古典制御の分野である制御工学Ⅰの内容である伝達関数、ブロック線図、過渡特性、定常特性、安定判別について理解していること。
・数学における行列演算、微分積分について理解していること。
・電気系の回路方程式や機械系の運動方程式の導出の経験を有していること 。
・計算問題などはフリーソフトウェア、 Scilab、Maxima の活用で自分自身で確認ができるようにすること。
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 |
システムの安定性１ |
極を求め、s平面を使って安定性を評価できる。
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| 2週 |
システムの安定性２ |
リアプノフ方程式の計算ができる。
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| 3週 |
システムの安定性３ |
リアプノフ方程式を用いて安定性を評価できる。
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| 4週 |
システムの安定性４ |
状態推移行列を使わない方法でシステムの解の導出し、システムの安定性を評価できる。
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| 5週 |
システムの安定性５ |
出力の2乗積分値の計算ができ、２次形式評価関数を理解する。
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| 6週 |
システムの安定性６ |
安定なシステムにおいて、状態の評価関数を用いて評価ができる。
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| 7週 |
システムの安定性７ |
安定なシステムにおいて、出力の評価関数を用いて評価ができる。
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| 8週 |
後期中間試験 |
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| 4thQ |
| 9週 |
フィードバック制御１ |
極配置法を理解する。
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| 10週 |
フィードバック制御２ |
極配置法を用いてフィードバック制御を構築することができる。
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| 11週 |
フィードバック制御３ |
リカッチ方程式の計算ができる。
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| 12週 |
フィードバック制御４ |
最適制御を用いてフィードバック制御を構築することができる。
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| 13週 |
オブザーバの設計１ |
オブザーバを理解する。
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| 14週 |
オブザーバの設計２ |
同一次元オブザーバと最小次元オブザーバの違いがわかる。
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| 15週 |
オブザーバの設計３ |
同一次元オブザーバを用いて、システムを構築することができる。
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| 16週 |
後期期末試験 |
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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 | 20 | 0 | 100 |
| 基礎的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 専門的能力 | 80 | 0 | 0 | 0 | 20 | 0 | 100 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |