到達目標
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 | 状態方程式の自由応答と入力応答を計算できる | 状態方程式の自由応答を計算できる | 状態方程式の自由応答を計算できない |
| 評価項目2 | 伝達関数と状態方程式の変換が自由に行える | 状態方程式から伝達関数を変換できる | 状態方程式と伝達関数の変換ができない |
| 評価項目3 | 可制御性・可観測性を理解し，判別条件を使いこなせる | 可制御性・可観測性の判定条件を使いこなせる | 可制御性・可観測性の判定条件も使えない |
| 評価項目4 | 極配置による状態フィードバックゲインを設計できる | 極配置と状態フィードバックを理解している | 状態フィードバックを設計できない |
| 評価項目5 | 状態フィードバック併合のオブザーバを設計できる | オブザーバを設計できる | オブザーバを設計できない |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
本科目では，状態方程式をベースとした現代制御理論の基礎を学ぶ．1960年にKalmanにより提唱された状態方程式をもとにした現代制御理論は，その後モデルベースド制御の根幹として大きく発展し，実社会での豊富な応用例もともない，横断的学問として確立した．ここでは動特性という概念をもとにして，与えられた微分方程式から状態方程式を構築し,古典制御で学んだ伝達関数との関連や応答などの計算法を学ぶ．また，可制御性や可観測性といったシステムの重要な性質や，安定性といった平衡点の性質を学び，現代制御におけるシステム解析の手法を身につける．そして，所望の特性をもつ制御系を設計するための状態フィードバック，および，そのための極配置と最適レギュレータという二大手法を学ぶ．さらに，オブザーバの概念を修得することで，実用的な出力フォードバックの設計方法も学ぶ．また，実用上重要となる設定値追従の際に必要になる積分型サーボ系の構成法についても学ぶ．
授業の進め方・方法:
講義形式を主としてすすめるが，随時,演習を加えることで理解の確認を行う．また，教科書で足りないところもあるので,随時説明する．
注意点:
授業の予習・復習及び演習については自学自習により取り組み学修すること.
授業計画
|
|
週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
講義の概要・ねらい．制御のについての入門的事項を講義する．状態方程式の構築法を学ぶ． |
状態方程式の考え方について理解する．
|
| 2週 |
機械系や電気系など,工学に身近な例で,状態方程式の構築方法を学ぶ． |
微分方程式から状態方程式を構築できる．非線形システムを平衡点周りで線形化できる．
|
| 3週 |
状態方程式を扱ううえで必要な線形代数の基礎を学ぶ． |
一次独立・従属，ランク，逆行列，固有値・固有ベクトル,対角化,正定行列の性質を理解する．
|
| 4週 |
状態方程式と伝達関数の関係を学ぶ． |
状態空間と伝達関数表現の相互の変換を行うことができる．状態方程式の自由度も理解する．
|
| 5週 |
状態方程式の自由応答および入力応答を計算・理解する． |
入力がない場合の状態方程式の自由応答（初期値応答）の計算ができる．また，入力が印加された場合の状態方程式の応答を計算できる．
|
| 6週 |
状態方程式の解軌道の安定性を理解する．安定性の種類,それぞれの等価条件を享受する． |
解軌道の安定性の等価条件を使いこなす．リアプノフ不方程式を低次の場合で解くことができる.
|
| 7週 |
中間試験 |
|
| 8週 |
状態フィードバックと極配置について学ぶ．所望の極に配置するゲインの計算を修得する． |
状態フィードバックを理解する．また極配置を行うためのゲインの計算法を身につける．
|
| 2ndQ |
| 9週 |
可制御・可観測性，最小実現，極・零相殺との関連を学ぶ． |
可制御・可観測の考え方を説明できる．また，行列を用いた判定法も使いこなすことができる．
|
| 10週 |
最適レギュレータによる状態フィードバックの構成法を学ぶ． |
最適レギュレータと関連するリカッチ方程式も理解する．低次のリカッチ方程式も計算できる．
|
| 11週 |
状態オブザーバの設計について講義する． |
オブザーバ導入の背景や役割を理解する．またその構成法も習得する．
|
| 12週 |
状態オブザーバと状態フィードバックの併合系を講義する． |
分離定理や，状態フィードバックを併合した際の注意点を理解する．
|
| 13週 |
サーボ系の設計を講義する． |
定常偏差をなくすための積分器を併合した積分型サーボ系を理解する．
|
| 14週 |
オブザーバを併合したサーボ系を講義する． |
オブザーバを併合した積分型サーボ系の設計を理解する．
|
| 15週 |
期末試験 |
|
| 16週 |
講義を振り返る．期末テストの説明 |
講義で学んだ現代制御理論の基礎の理解を確認する．
|
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 | 電気・電子系分野 | 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 | |
| ブロック線図を用いてシステムを表現することができる。 | 3 | |
| 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 | |
| システムの定常特性について、定常偏差を用いて説明できる。 | 3 | |
| システムの周波数特性について、ボード線図を用いて説明できる。 | 3 | |
| 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。 | 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 | 100 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 100 |
| 基礎的能力 | 50 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 50 |
| 専門的能力 | 30 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 30 |
| 分野横断的能力 | 20 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 |