到達目標
基本的な制御システムとしてフィードバック系の概念が理解でき，数式およびブロック図を扱える．
ラプラス変換とZ変換による伝達関数と状態方程式の相互変換ができる．
状態空間法を理解し，安定性などの解析方法が理解できる．
マイコンを用いた制御システムの制御回路およびプログラムを実装できる．
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 | フィードバック系の概念が理解でき，数式およびブロック図を扱える． | フィードバック系の概念が理解でき，与えられた数式およびブロック図の操作ができる． | フィードバック系の概念さえ理解できず，数式やブロック図が扱えない． |
| 評価項目2 | ラプラス変換とZ変換による伝達関数と状態方程式の相互変換ができる． | 与えられた数式に対して，ラプラス変換とZ変換による伝達関数と状態方程式の相互変換ができる． | 伝達関数および状態方程式が理解できず，導出もできない． |
| 評価項目3 | 状態空間法を理解し，安定性などの解析方法が理解できる． | 与えられた数式において，安定性などの解析方法が理解できる． | 安定性などの解析方法が理解できない． |
| 評価項目4 | マイコンを用いた制御システムの制御回路およびプログラムを実装できる． | 回路図が示されている条件下で，制御システムを組むことができる． | 制御システムが組めない． |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
情報工学で触れる範囲での制御の基礎知識を学習する．
ラプラス変換やZ変換など数学ツールを扱うことができ，制御系表現ができるようになることが目的である．
また，マイコンを用いて実際に制御をした場合にどのような事が起こるのかを体感する．
授業の進め方・方法:
前期は授業時間の前半を板書による座学，後半を演習課題を行う時間とする．
演習課題は，周りと相談しながら解を導いてよい．
後期はマイコンを用いた演習を行う．
組み込み系では必須となる知識が多いため，将来の進路に組み込み系が視野として入っている場合はしっかり授業に取り組むこと．
授業の短い時間ではとても学習しきれないため，他の書物も目を通して知識の幅を広げつつ受講すること．
注意点:
線形代数や微分方程式などの数学と密接な関係があり，これらの数学的手法を復習しながら学習すること．
また，身の回りのシステムについての関連性を考えながら受講するとよい．
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 |
ガイダンス，制御工学の概要 |
学習方法を理解する
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| 2週 |
制御の歴史，制御とシステム |
制御の歴史と基本的な用語等を理解する
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| 3週 |
制御とフィードバック，制御系分類
AD/DA変換とブロック図，静特性と動特性 |
フィードバックについて理解し，AD/DA変換の概略とブロック図の表現方法を理解する
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| 4週 |
システムを表現する（インパルス応答による方法）
システムを表現する（微分方程式による方法） |
二通りのシステム表現の方法を理解する
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| 5週 |
ラプラス変換と伝達関数
状態方程式とブロック図 |
ラプラス変換による伝達関数表現を理解する
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| 6週 |
差分方程式とZ変換
Z変換の性質と逆Z変換 |
Z変換による伝達関数表現を理解する
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| 7週 |
前期中間までの総まとめ |
6週間で詰め込んだ重要知識を復習し，まとめる
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| 8週 |
前期中間試験 |
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| 2ndQ |
| 9週 |
前期中間試験の答案返却・解説 |
解説を聞いて，自分の苦手箇所を理解する
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| 10週 |
PID制御（実験実習Ⅳのための知識補填） |
実験実習ⅣのためにPID制御の概要を理解する，出来れば実験で応用する
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| 11週 |
行列の行列式，ランク，固有値固有ベクトル |
行列の復習をし行列式，ランク，固有値固有ベクトルが制御の領域でどういう意味を持っているのかを理解する
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| 12週 |
状態方程式と伝達関数 |
状態方程式という表現方法を理解する
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| 13週 |
状態方程式の一般化と対角化 |
状態方程式を使いやすいように加工する技術を理解する
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| 14週 |
前期末までの総まとめ |
13週間で学習した内容を復習し，まとめる
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| 15週 |
前期期末試験 |
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| 16週 |
前期期末試験の答案返却・解説 |
解説を聞いて，自分の苦手箇所を理解する
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
可制御性と可観測性 |
可制御性判定，可観測性判定について理解する
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| 2週 |
制御系解析と安定性 |
制御系の安定とは何かを理解する
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| 3週 |
状態フィードバック法 |
状態フィードバック法による意図的な安定化手法を理解する
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| 4週 |
最適制御とオブザーバの概略 |
最適制御とオブザーバの概略のみ把握する，細かいところまでは学習しない
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| 5週 |
Arduinoの演習1（Arduinoの基礎） |
Arudinoの基礎的な知識を学習する
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| 6週 |
Arduinoの演習2（LED，フォトトランジスタの扱い） |
Arduinoを使った簡単な回路とプログラミングを理解する
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| 7週 |
Arduinoの演習3（ポテンショによる入力）
後期中間までの総まとめ |
Arduinoを使って入力インタフェースを実装する．
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| 8週 |
後期中間試験 |
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| 4thQ |
| 9週 |
後期中間試験の答案返却・解説 |
解説を聞いて，自分の苦手箇所を理解する
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| 10週 |
Arduinoの演習4（ステッピングモータの制御） |
Arudinoでステッピングモータを自在に操れるようにする
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| 11週 |
Arduinoの演習5（ステッピングモータを用いたフィードフォワード制御） |
ポテンショでステッピングモータを任意に制御する
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| 12週 |
Arduinoの演習6（DCモータの制御） |
ArduinoでDCモータを回せるようにする
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| 13週 |
Arduinoの演習7（DCモータを用いたマスタスレーブ制御） |
DCモータとポテンショを用いてマスタスレーブ制御を実装する
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| 14週 |
Arduinoの演習8（DCモータを用いたマスタスレーブ制御）
後期期末までの総まとめ |
DCモータとポテンショを用いてマスタスレーブ制御を実装する
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| 15週 |
後期期末試験 |
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| 16週 |
後期期末試験の答案返却・解説
Arduinoの演習9（DCモータを用いたマスタスレーブ制御） |
解説を聞いて，自分の苦手箇所を理解する．
また，終わっていない場合，マスタスレーブ制御を完成させる
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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 |
| 基礎的能力 | 数学 | 数学 | 数学 | 行列の定義を理解している。 | 3 | 前11 |
| 行列の和・差・数との積の計算ができる。 | 3 | 前11 |
| 行列の積の計算ができる。 | 3 | 前11 |
| 線形変換の定義を理解している。 | 3 | 前11 |
| 微分方程式の意味を理解している。 | 3 | 前4 |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 電気・電子系 | 制御 | 伝達関数を用いたシステムの入出力表現ができる。 | 3 | 前5 |
| ブロック線図を用いたシステムの表現方法が理解できる。 | 3 | 前5 |
| システムの過渡特性についてステップ応答を用いて説明できる。 | 3 | 後2 |
| フィードバックシステムの安定判別法について説明できる。 | 2 | 後2 |
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 | 20 | 0 | 0 | 0 | 0 | 10 | 30 |
| 専門的能力 | 50 | 0 | 0 | 0 | 0 | 10 | 60 |
| 分野横断的能力 | 10 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 10 |