システム制御工学基礎

科目基礎情報

学校	沼津工業高等専門学校	開講年度	平成29年度 (2017年度)
授業科目	システム制御工学基礎
科目番号	0015	科目区分	専門 / 選択
授業形態	授業	単位の種別と単位数	履修単位: 1
開設学科	機械工学科	対象学年	5
開設期	前期	週時間数	2
教科書/教材	JSMEテキストシリーズ　制御工学　日本機械学会(著)
担当教員	三谷 祐一朗

到達目標

1. 制御対象を，状態方程式を用いてモデリングできる．
2. 状態フィードバック制御系が設計できる．
3. 線形制御系・非線形制御系の概念が説明できる．
4. 倒立振子における安定な制御系を設計し，シミュレーションを行うことができる．

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
制御対象を，状態方程式を用いてモデリングできる．	□多入出力系における状態方程式を立てることができる．	□１入出力系における状態方程式を立てることができる．	□１入出力系における状態方程式を立てることができない．
状態フィードバック制御系が設計できる	□最適レギュレータを用いた状態フィードバック制御系が設計でき，その意味を説明できる．	□最適レギュレータを用いた状態フィードバック制御系が設計できる．	□最適レギュレータを用いた状態フィードバック制御系が設計できない．
線形制御系・非線形制御系の概念が説明できる．	□線形制御系・非線形制御系の具体的手法について説明できる．	□線形制御系・非線形制御系の概念を，例を挙げて説明できる．	□線形制御系・非線形制御系の概念が説明できない．
倒立振子における安定な制御系を設計し，シミュレーションを行うことができる．	□倒立振子における安定な制御系を設計し，シミュレーションによりその効果を理論的に検証できる．	□倒立振子における制御系を設計し，シミュレーションを行うことができる．	□倒立振子における制御系が設計できない．

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 （自然科学の成果を社会の要請に応えて応用する能力）

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．しかしそれは，制御系における入出力が単一の場合に言えることであり，複数の入出力が存在し，それらがお互いに干渉するとき，モデリングなしでの調整は極めて困難となる．その典型例が，振子を支える台車と振子を同時に制御する必要のある倒立振子である．本講義は，倒立振子の安定な制御系の設計ができることを目指す．なお必要に応じて線形代数学の知識を補う．

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

		週	授業内容	週ごとの到達目標
前期
	1stQ
		1週	シラバス説明，レポートの書き方，moodleのコンテンツ紹介，授業概要，班分け・授業の進め方 (ALとは)，PID制御系設計手法の復習	AL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．
		2週	制御系の安定性の復習（ナイキストの安定判別法の理解）(1)	ナイキストの安定判別法を用いれば，制御系の安定判別が可能であることを理解できる．
		3週	制御系の安定性の復習（ナイキストの安定判別法の理解）(2)	ナイキストの安定判別法を用いて，むだ時間系の安定判別ができる．
		4週	単振子の運動方程式と制御系設計	単振子の運動方程式を立てることができ，ナイキストの案米判別法を用いた安定な制御系が設計できる．
		5週	MATLAB / Simulink の使い方	単振子における制御シミュレーションができる．
		6週	MATLAB / Simulink を用いた制御システムの評価 (1)	単振子における制御システムの評価ができる．
		7週	MATLAB / Simulink を用いた制御システムの評価 (2)	ナイキストの安定判別法を用いた単振子における制御システムの安定性が検証できる．
		8週	前期中間試験	単振子における安定な制御系の設計問題を解くことができる．
	2ndQ
		9週	Sysmac Studio の基本的な使い方	Sysmac Studio を使って基本的なラダー回路が書ける．
		10週	Sysmac Studio を使ったモーション制御	Sysmac Studio を使って基礎的なモーション制御ができる．
		11週	PLC Coder によるコード変換とSimulink ブロックの Simulink Sysmac Studio への実装	Simulink ブロックを用い，加速度を指令値とするサーボ制御ができる．
		12週	単振子の状態フィードバック制御 (1)	MATLAB / Simulink を用いて設計した単振子の制御系をPLCに実装できる．
		13週	単振子の状態フィードバック制御 (2)	単振子の状態フィードバック制御による制振制御システムが構築ができる．
		14週	レポート作成	単振子の制振制御システム構築について，報告書にまとめることができる．
		15週	定期試験結果について，総評，授業アンケート	授業アンケートを通じて，教員に意見をフィードバックできる．
		16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