到達目標
（科目コード：41430，英語名：System Control in Chemistry）
この科目は長岡高専の教育目標の(C)および(D)と主体的に関わる。この科目の到達目標と、各到達目標と長岡高専の学習・教育到達目標との関連を、到達目標、評価の重み、学習・教育目標との関連の順で次に示す。
①制御工学の基礎に関して理解する。（50% c1）
②数理モデルに基づいて微分方程式を立式できる。（40% d1）
③Arduinoを用いた制御について理解する。（10% d2）
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 | 最低限の到達レベルの目安 | 未到達レベルの目安 |
| 制御工学の基礎に関して理解する | 制御工学の基礎を理解しており、数理モデルに基づいて常微分方程式を立式し、フーリエ変換による伝達関数を求めることができる。 | 制御工学の基礎を理解しており、数理モデルに基づいて常微分方程式を立式できる。 | 制御工学の基礎を理解している。 | 左記に達していない。 |
| Arduinoを用いた制御について理解する。 | Arduinoを用いた制御方法について、PID制御の理論に基づいて理解し、説明することができる。また、Arduinoのコードについて理解することができる。 | Arduinoを用いた制御方法について、PID制御の理論に基づいて理解し、説明することができる。 | PID制御について理解している。 | 左記に達していない。 |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
化学プロセスに限らず、広く産業で用いられている機器を操作するには、制御工学の知見が不可欠である。本講義では特にプロセスの制御に関して、古典制御について解説する。また、制御工学およびラプラス変換の基礎についても解説する。
○関連する科目：情報処理Ⅱ(前年度履修)，シミュレーション工学(次年度履修)
授業の進め方・方法:
制御工学に関する試験およびレポート課題により評価する。ラプラス変換等の数学的な操作が必要となるため、自習および復習が不可欠である。
注意点:
特になし
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 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
プロセスシステム工学概論 |
化学工学の大きな柱であるプロセスシステム工学について概説する。
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| 2週 |
フィードバック制御とフィードフォワード制御 |
フィードバック制御とフィードフォワード制御について理解し、その特徴や構成を記述できる。
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| 3週 |
数理モデリング |
化学プロセスにおける種々の単位操作および反応操作について、数理モデル（常微分方程式）により記述できる。
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| 4週 |
伝達関数(1) |
制御系の解析に不可欠な伝達関数を理解し、常微分方程式から伝達関数を記述することができる。また、基本的なラプラス変換ができる。
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| 5週 |
伝達関数(2) |
制御系の解析に不可欠な伝達関数を理解し、常微分方程式から伝達関数を記述することができる。また、基本的なラプラス変換ができる。
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| 6週 |
伝達関数(3) |
制御系の解析に不可欠な伝達関数を理解し、常微分方程式から伝達関数を記述することができる。また、基本的なラプラス変換ができる。
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| 7週 |
ラプラス変換に関する復習 |
ラプラス変換の基礎的な知識について改めて解説する。
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| 8週 |
ブロック線図 |
ブロック線図によりシステムが表記できる。
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| 2ndQ |
| 9週 |
時間応答と周波数応答 |
時間応答および周波数応答について理解している。また、各信号に対する応答の挙動を数学的に解析できる。
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| 10週 |
PID制御 |
PID制御について理解し、各制御方法の特徴について記述できる。
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| 11週 |
プロセス制御：熱交換器 |
熱交換器について、数理モデリングができ、制御系が設計できる。
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| 12週 |
プロセス制御：Batch Reactor |
Batch Reactorについて、数理モデリングができ、制御系が設計できる。
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| 13週 |
プロセス制御：CSTR |
CSTRについて、数理モデリングができ、制御系が設計できる。
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| 14週 |
Arduinoを用いたPID制御の紹介 |
Arduinoを用いたPID制御について解説する。
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| 15週 |
総合演習 |
制御工学に関する典型的な問題について解説する。
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| 16週 |
期末試験
17週：試験解説・発展授業 |
試験時間：80分
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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 | 工学基礎 | 情報リテラシー | 情報リテラシー | 論理演算と進数変換の仕組みを用いて基本的な演算ができる。 | 3 | 前4 |
| コンピュータのハードウェアに関する基礎的な知識を活用できる。 | 3 | 前4,前5 |
評価割合
| 試験 | 課題（小テスト・レポート） | 合計 |
| 総合評価割合 | 60 | 40 | 100 |
| 基礎的能力 | 20 | 20 | 40 |
| 専門的能力 | 20 | 20 | 40 |
| 分野横断的能力 | 20 | 0 | 20 |