到達目標
１．状態方程式を立てることができる．
２．状態フィードバック制御系が設計できる．
３．MATLAB/Simulinkを用いて状態フィードバック制御のシミュレーションを行い，その制御効果について評価することができる．
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 |
| １．状態方程式を立てることができる． | □多入出力系の微分方程式から状態方程式を導くことができる． | □微分方程式から状態方程式を導くことができる． | □微分方程式から状態方程式を導くことができない． |
| ２．状態フィードバック制御系が設計できる． | □MATLABのコマンドを用いて，多入出力系における状態フィードバック制御系が設計できる． | □MATLABのコマンドを用いて状態フィードバック制御系が設計できる． | □MATLABのコマンドを用いて状態フィードバック制御系が設計できない． |
| ３．MATLAB/Simulinkを用いて状態フィードバック制御のシミュレーションを行い，その制御効果について評価することができる． | □Simulinkを用いて状態フィードバック制御のシミュレーションを行い，その制御効果について評価することができる． | □Simulinkを用いて状態フィードバック制御のシミュレーションを行うことができる． | □Simulinkを用いて状態フィードバック制御のシミュレーションを行うことができない． |
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:
製造現場では技術者が不足しており，自動化が急速に進んでいる．それに伴い，高機能な制御システムが求められている．ここではその技術者を養成することを主眼に，現代制御理論の設計およびシミュレーション方法を習得する．
授業の進め方・方法:
単振子の制振制御をテーマに，Matlab / Simulinkを活用した制御系の設計およびシミュレーションを行う．適宜課題を与え，学習内容の理解を促す．
注意点:
1.評価については、評価割合に従って行います。
2.この科目は学修単位科目であり、１単位あたり15時間の対面授業を実施します。併せて１単位あたり30時間の事前学習・事後学習が必要となります。
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 |
１）授業の趣旨：後期「メカトロニクス」における理論・ソフトウェア（MATLAB）習得
２）シラバス説明
３）Moodleの内容紹介
４）到達目標，授業の概要
５）単振子のモデルの導出・制振のための制御入力の与え方 |
システム制御工学の概要が説明できる．
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| 2週 |
１）単振子の制振のための制御入力の与え方，D制御により減衰効果が得られる理由
２）状態方程式とは
３）１自由度振動系における状態方程式の導出 |
１）単振子の運動方程式が立てられ，D制御により減衰効果が得られる理由を説明できる．
２）１自由度振動系における状態方程式が立てられる．
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| 3週 |
１）古典制御・現代制御の特徴・まとめ
２）２自由度振動系における微分方程式・状態方程式
３）単振子における状態方程式の導出
４）状態フィードバック制御とその安定性 |
１）２自由度振動系における状態方程式が立てられる．
２）単振子における状態方程式が立てられる．
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| 4週 |
１）状態フィードバック制御系における安定性（伝達関数における極との関係）
２）MATLAB/Simulinkの使い方（非線形・線形微分方程式，状態方程式を用いた単振子の自由振動） |
１）状態方程式における安定性が説明できる．
２）MATLAB/Simulinkを用いた単振子の自由振動がシミュレーションできる．
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| 5週 |
１）Simulinkブロックの基本的な使い方
２）単振子における自由振動のシミュレーション（非線形・線形運動方程式，状態方程式：復習）
３）振子の角速度のＤフィードバックによる制振シミュレーション
４）LQRによる状態フィードバック制御器の設計と状態フィードバック制御シミュレーション |
１）単振子のD制御のシミュレーションができる．
２）LQR（最適レギュレータ）による状態フィードバック制御系が設計できる．
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| 6週 |
１）Simulinkにおけるセンサ信号の量子化の方法
２）最適レギュレータの設計（リカッチ方程式と評価関数の最小化） |
１）Simulinkにおける量子化を表現できる．
２）LQRによる適切な状態フィードバック系が設計できる．
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| 7週 |
１）前期中間試験
２）最適レギュレータ（評価関数の最小化（復習），安定性）
３）１自由度振動系における運動方程式・状態方程式・状態フィードバック制御
３）MATLAB/Simulinkを用いた１自由度振動系におけるＰＤ制御・状態フィードバック制御 |
１）MATLAB/Simulinkを用いた１自由度振動系における状態フィードバック制御のシミュレーションができる．
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| 8週 |
１）前期中間試験の解答・解説
２）レポートNo.3の解説（MATLAB/Simulinkを用いた倒立振子の制御・エンコーダの影響） |
１MATLAB/Simulinkを用いた倒立振子の制御シミュレーションができる．
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| 2ndQ |
| 9週 |
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| 10週 |
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| 11週 |
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| 12週 |
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| 13週 |
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| 14週 |
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| 15週 |
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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 |
| １．状態方程式を立てることができる． | 10 | 10 | 10 | 3 | 33 |
| ２．状態フィードバック制御系が設計できる． | 10 | 10 | 10 | 3 | 33 |
| ３．MATLAB/Simulinkを用いて状態フィードバック制御のシミュレーションを行い，その制御効果について評価することができる． | 10 | 10 | 10 | 4 | 34 |