到達目標
・ラグランジュの運動方程式を用いて機械系の運動方程式を立てることができる。
・一般化固有値問題となる制御対象を対角化できる。
・可制御性行列と可観測性行列を求め、制御対象の可制御・可観測性を調べることができる。
・状態フィードバックの原理を用いて、制御系の極を任意に配置できる。
・同一次元オブザーバを構成できる。
・最適レギュレータを設計することができる。
・数値解析ソフトScilabを用いて、制御に関する基本的な数値シミュレーションができる。
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 | ラグランジュの運動方程式を用いて機械系の運動方程式を立てることができる。 | ラグランジュの運動方程式を用いて簡単な機械系の運動方程式を立てることができる。 | ラグランジュの運動方程式を用いて簡単な機械系の運動方程式を立てることができない。 |
| 評価項目2 | 状態フィードバックによる極配置とオブザーバとオブザーバの設計ができる。 | 簡単なシステムに対して状態フィードバックによる極配置とオブザーバとオブザーバの設計ができる。 | 状態フィードバックによる極配置とオブザーバとオブザーバの設計ができない。 |
| 評価項目3 | 数値解析ソフトScilabを用いて、制御系が設計ができる。 | Scilabを用いて、制御に関する基本的な数値シミュレーションができる。 | Scilabを用いて数値シミュレーションができない。 |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
制御対象のモデル化と制御系設計に関して学ぶ。制御系は主に現代制御に関するものである。また、理解を深めるために、Scilab（数値解析ソフト）を用いたシミュレーションを行う。
授業の進め方・方法:
前半部分のモデル化と運動方程式と状態方程式の導出に関しては講義形式で進める。後半の状態フィードバック、状態オブザーバと最適レギュレータの設計に関しては、Scilab（数値解析ソフト）を用いたシミュレーションを取り入れた授業を行う。
注意点:
・力学の基礎、制御工学の基礎が必要なので、事前に十分復習しておくこと。また、不明な点は各自しっかり復習し、わからなければ、随時質問に訪れること。
・授業90分に対して配布プリントや講義ノートを活用して90分以上の予習・復習を行うこと。演習課題を出すので理解を深めるのに役立てること。
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 |
制御系の設計手順を説明できる。
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| 2週 |
モデリング |
制御系設計におけるモデリングの重要性を説明できる。
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| 3週 |
ラグランジュの運動方程式１ |
簡単な機械系の運動方程式を導出できる。
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| 4週 |
ラグランジュの運動方程式２ |
２自由度以上の機械系の運動方程式を導出できる。
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| 5週 |
状態方程式 |
状態方程式と出力方程式の導出ができる。
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| 6週 |
状態方程式と伝達関数 |
状態方程式と伝達関数の関係を説明できる。
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| 7週 |
状態方程式の対角化 |
状態方程式の対角化の意義を説明でき、対角化できる。
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| 8週 |
A/D、D/A変換 |
A/D、D/A変換の仕組みを説明できる。
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| 2ndQ |
| 9週 |
Scilabの使い方 |
Scilabの基本的な使い方を説明できる。
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| 10週 |
可制御性と可観測性 |
Scilabを用いて可制御性と可観測性を調べることができる。
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| 11週 |
状態フィードバック |
Scilabを用いて状態フィードバックによる極配置ができる。
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| 12週 |
状態オブザーバ |
Scilabを用いて状態オブザーバが設計ができる。
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| 13週 |
状態オブザーバと状態フィードバック |
Scilabを用いて状態オブザーバと状態フィードバックを組み合わせたシステムの設計ができる。
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| 14週 |
最適レギュレータ |
Scilabを用いて最適レギュレータが設計ができる。
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| 15週 |
試験 |
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| 16週 |
答案返却・解説 |
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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 | 力学 | 減衰系の自由振動を運動方程式で表し、系の運動を説明できる。 | 3 | |
| 計測制御 | 自動制御の定義と種類を説明できる。 | 3 | |
| フィードバック制御の概念と構成要素を説明できる。 | 3 | |
| 伝達関数を説明できる。 | 3 | |
| 制御系の過渡特性について説明できる。 | 3 | |
| 制御系の定常特性について説明できる。 | 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 | 50 | 0 | 0 | 0 | 50 | 0 | 100 |
| 基礎的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 専門的能力 | 50 | 0 | 0 | 0 | 50 | 0 | 100 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |