到達目標
１．制御系の設計法（PIDおよび状態フィードバック制御法）について説明できる。
２．制御目的を実現するPIDパラメータを求め、マイコンによるモータのPID制御を実装できる。
３．制御系設計CADを用いて、二輪倒立振子型のロボットの状態フィードバック制御プログラムを作製し実行できる。
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 |
| 評価項目1 | PIDおよび状態フィードバック制御について説明できる。 | 状態フィードバック制御について、おおまかに説明できる。 | PIDおよび状態フィードバック制御について説明できない。 |
| 評価項目2 | PID制御プログラムを実装できる。 | 詳細な手順書を用いて、PID制御プログラムを実装できる。 | PID制御プログラムを実装できない。 |
| 評価項目3 | 制御系設計CADを用いて状態フィードバック制御プログラムを作成し実行できる。 | 詳細な手順書を用いて、制御系設計CADを用いて状態フィードバック制御プログラムを作成し実行できる。 | 制御系設計CADを用いて状態フィードバック制御プログラムを作成し実行できない。 |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
制御系の応用システムとして、実際にロボットを作成し、制御系設計を行う。
制御理論（PID制御や状態フィードバック制御）のプログラムを作成し、シミュレーションや装置への実装を行う。
授業の進め方・方法:
・講義は、講義、演習、実習の流れで行う。
・講義ごとに、机上での計算、制御系設計CADによるコンピュータシミュレーション、マイコンプログラミングによる制御理論の実装などやるべきことが多岐にわたる。
・原則一人1台のノートパソコンでシミュレーション、実習を行う。
・この科目は学修単位科目のため、事前・事後学習として、レポート課題や演習問題課題を実施する。
・課題の内容や提出状況はポートフォリオの一部として評価する。
注意点:
・4年生の古典制御の内容については簡単に復習するが、習得し身についていることが必要である。
・現代制御では、行列、ベクトルなどの数学の知識も必要である。
・講義ノートは、OneNote を使用するため、学生はノートを取る必要はないので、説明に集中すること。
・課題は Micosoft Teams で管理し、アップロードすることで提出となるため、期限までにすること。
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
ガイダンス、古典制御の復習 |
古典制御の伝達関数、時間応答、周波数応答、安定性を簡単に説明できる。
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| 2週 |
実験環境の導入とマイコンプログラムの基礎 |
実験環境の導入とLEDを点灯させるマイコンプログラムを作成、実行できる。
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| 3週 |
PID制御の基礎理論 |
PID制御のP制御、PI制御、PID制御の特徴を説明できる。
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| 4週 |
限界感度法によるPIDパラメータの設計 |
限界感度法を用いて、測定データからPID制御の制御パラメータを求めることができる。
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| 5週 |
ステップ応答法によるPIDパラメータの設計 |
限界感度法を用いて、測定データからPID制御の制御パラメータを求めることができる。
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| 6週 |
演習問題１ |
中間試験までの演習問題を解くことができる。
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| 7週 |
中間試験 |
中間試験
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| 8週 |
試験返却と解答の解説 |
中間試験問題を解くことができる。
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| 4thQ |
| 9週 |
マイコンへのPID制御プログラムの実装 |
マイコンを用いてモータの回転制御プログラムを作成・実装できる。
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| 10週 |
実機でのPID制御パラメータの設計と制御 |
制御目的を実現するためのPID制御パラメータを設計し、モータのPID制御できる。
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| 11週 |
古典制御と現代制御、状態空間表現 |
システムを状態が方程式で表現できる。
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| 12週 |
状態フィードバック制御 |
状態フィードバック制御を説明できる。
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| 13週 |
状態フィードバック制御実習 |
制御系設計CADを用いて二輪倒立振子型ロボットの状態フィードバック系を設計できる。
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| 14週 |
演習問題２ |
期末試験までの演習問題を解くことができる。
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| 15週 |
期末試験 |
期末試験
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| 16週 |
試験返却と解答の解説 |
期末試験問題を解くことができる。
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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 | 数学 | 数学 | 数学 | 分数式の加減乗除の計算ができる。 | 3 | |
| 実数・絶対値の意味を理解し、絶対値の簡単な計算ができる。 | 3 | |
| 行列の定義を理解し、行列の和・差・スカラーとの積、行列の積を求めることができる。 | 3 | |
| 逆行列の定義を理解し、2次の正方行列の逆行列を求めることができる。 | 3 | |
| 行列式の定義および性質を理解し、基本的な行列式の値を求めることができる。 | 3 | |
評価割合
| 試験 | 発表（相互評価含む） | ポートフォリオ | その他 | ポートフォリオ | その他 | 合計 |
| 総合評価割合 | 60 | 0 | 40 | 0 | 0 | 0 | 100 |
| 基礎的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 専門的能力 | 60 | 0 | 40 | 0 | 0 | 0 | 100 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |