到達目標
1. DCモータに対してモデリングすることができる．
2. 一次遅れ要素におけるPID制御系を設計することができる．
3. PLCを用いてPID制御器を実装できる．
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 |
| DCモータに対してモデリングすることができる． | □微分方程式や伝達関数を用いて，DCモータに対する複数種類のモデリングを行い，その結果を比較して妥当性を検討することができる． | □微分方程式や伝達関数を用いて，DCモータに対するモデリングができる． | □微分方程式や伝達関数を用いて，DCモータに対するモデリングができない． |
| 一次遅れ要素におけるPID制御系を設計することができる． | □一次遅れ要素における複数種類のPID制御系を設計することができ，その性能を評価することができる． | □一次遅れ要素におけるPID制御系を設計することができる． | □一次遅れ要素におけるPID制御系を設計することができない． |
| PLCを用いてPID制御器を実装できる． | □PLCを用いて複数種類のPID制御器を実装できる． | □PLCを用いてPID制御器を実装できる． | □PLCを用いてPID制御器を実装できない． |
学科の到達目標項目との関係
【本校学習・教育目標（本科のみ）】 2
説明
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教育方法等
概要:
世の中に存在するフィードバック制御のおよそ8～9割はPID制御であると言われている．それは，PID制御が直感的に理解でき，たとえ制御対象がモデリングされていなくても，比較的容易にフィードバックゲインを調整して安定な制御を構築できるからである．それゆえ，生産現場におけるPID制御パラメータの調整は必ずしも最適ではないのが現状である．ここでは，制御対象としてDCモータを取り上げ，モデリングに基づくPID制御系の設計と実機への実装および，制御効果の評価を行う．
授業の進め方・方法:
反転授業および，PBL形式のアクティブラーニング (AL) を実施する．Matlab / Simulinkを活用した制御系のシミュレーション，およびPLCとサーボモータを活用したフィードバック制御システムの制御を行う．到達目標（課題）を設定し，グループ内で調査・ディスカッションすることで，目標達成を試みる．重要な点は，目標を達成することよりむしろ，複数の学生がコミュニケーションを通じて，自ら専門知識を学習し活用できる能力を獲得することである．
注意点:
1.試験や課題レポート等は、JABEE 、大学評価・学位授与機構、文部科学省の教育実施検査に使用することがあります。
2.授業参観される教員は当該授業が行われる少なくとも1週間前に教科目担当教員へ連絡してください。
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 |
１）シラバス説明，moodleのコンテンツ紹介，授業概要・方法（反転授業，PBL，アクティブラーニング）
２）アクティブラーニングの実践（問題提起）：PID制御系設計手法の復習「DCモータにおける速度制御仕様を満たす制御系の設計問題」
３）グループワーク（題に対して実現する方法（手順）をディスカッション） |
アクティブラーニング形式の学習が実施でき，能動的な専門知識の学び方を実践することができる．
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| 2週 |
１）前回提示した課題：「DCモータにおける速度制御仕様を満たす制御系の設計問題」の再確認．
２）前回の結論：DCモータの回転速度制御においては，一次遅れ要素で近似できる」を踏まえ，実機にてPID制御系を設計する際に必要なことを検討：微分方程式における物理定数の導出(実測）．
３）全ての物理定数（回転慣性，インダクタンスなど）を精度良く実測するのは困難．そこで，制御対象が一次遅れ要素と近似できる事を利用し，モデリングする方法を検討：時定数・ゲイン定数を実測すれば，微分方程式における係数が求まる． |
DCモータのモデリングとその方法を説明できる．
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| 3週 |
１）前回提示した課題：「DCモータの速度制御（目標値一定）」の再確認・内容の振り返り．
２）実験の実施をイメージし，手順を箇条書きにする．班ごとに発表．
３）実験装置の全体配置図と役割の概要を把握，実験の流れを再検討．
４）実験に必要な事柄の確認：
（１）MATLAB/Simulinkを使った制御系の設計・シミュレーション
（２）PLCを使ったラダー図（回路）の作成
（３）表示器（タッチパネル）の画面作成
５）DCモータの回転速度制御に必要な技術
（１）エンコーダの信号の読み取り（Ａ・Ｂ・Ｚ相）
（２）PWMとは |
DCモータのモデリングのための実験ができる．
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| 4週 |
１）CX-Programmerの使い方（ラダー図の基本）
２）MATLAB/Simulinkの使い方（制御例・一次遅れ要素に対するPID制御） |
１）基本的なシーケンス制御のラダー図を描くことができる．
２）MATLAB/Simulinkを用いた基本的な制御系の設計ができる．
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| 5週 |
１）表示器の使い方（プログラムの作成・ダウンロード方法）
２）MATLABによる一次遅れ要素のPID制御系設計
３）PLCを用いたラダー図の基本 |
１）基本的なシーケンス制御のラダー図を描くことができる．
２）MATLAB/Simulinkを用いた基本的な制御系の設計ができる．
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| 6週 |
DCモータのPID制御に向けた作業の継続 |
DCモータにおけるPID制御の設計方法が説明できる．
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| 7週 |
１）エンコーダを用いたDCモータの回転速度の取得
２）DCモータの回転速度の，表示器を用いたグラフ化
３）MATLABによるPID制御系の設計（閉ループ系を１次系・２次系とする） |
エンコーダを用いたモータのモデリングができる．
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| 8週 |
前半の総まとめ，進捗確認，後半へ向けての方針の作成 |
１）DCモータのモデリング，およびPID制御系の設計方法についての基礎的な問題を解くことができる．
２）実機を用いたDCモータのモデリング手法が説明できる．
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| 2ndQ |
| 9週 |
前期中間試験の返却・コメント，他の班員の担当内容・他の班の作業内容の相互確認 |
試験結果に基づき，自己の理解度を向上させる事ができる．
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| 10週 |
１）温度制御を例にしたPIDAT命令
２）DCモータにおけるPID制御システムの構築 |
PLCを用いた，PID制御の実装方法の概要を説明できる．
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| 11週 |
１）エンコーダを用いたモータの回転速度の測定
２）モータの回転速度の表示器へのグラフ表示 |
PLCへのPID制御の実装ができる．
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| 12週 |
PIDAT命令に必要なパラメータ設定方法 |
PLCへのPID制御の実装における必要なパラメータを説明できる．
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| 13週 |
PID制御実験と結果の分析 |
DCモータにおけるPID制御結果を分析することができる．
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| 14週 |
PID制御実験と結果の分析，レポート作成 |
PID制御結果を分かりやすく報告することができる．
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| 15週 |
総まとめ |
今まで学習してきたことを活用し，与えられた課題の解決方法や結果をまとめ，考察するができる．
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| 16週 |
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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 |
評価割合
| 前期中間試験 | 前期末試験 | レポート | 態度 | 合計 |
| 総合評価割合 | 30 | 30 | 30 | 10 | 100 |
| 評価割合 | 30 | 30 | 30 | 10 | 100 |