概要:
制御工学の基礎(キーワード:フィードバック,伝達関数,応答,安定性,PID制御)について授業する.
授業の進め方・方法:
授業形式で行う。理解を深めるために演習・課題等を適宜実施する。
注意点:
各自関数電卓を毎回持参すること。
単に結果を覚えるのではなく,原理や意味を理解するように努力すること。
この科目は船員養成三級海技士(機関)の指定教科である。また,航海士にとっても,舵機等の機器の自動制御を理解し,正しく使用するために重要である.
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
後期 |
3rdQ |
1週 |
自動制御の概要とフィードバック制御系の構成 |
自動制御の概念とフィードバック制御系を構成する要素の働きを理解する。
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2週 |
ラプラス変換とラプラス逆変換 |
ラプラス変換とラプラス逆変換,また,その性質を理解する。
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3週 |
ラプラス変換の応用 |
ラプラス変換を用いて微分方程式を解き,出力の時間変化を求める方法と理解する.
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4週 |
伝達関数1 |
伝達関数の定義が説明できる。基本要素(比例,微分,積分,一次遅れ)の伝達関数を計算できる。
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5週 |
伝達関数2 |
伝達関数の定義が説明できる。基本要素(比例,微分,積分,一次遅れ)の伝達関数を計算できる。
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6週 |
ブロック線図と過渡応答1 |
ブロック線図の等価変換でシステム全体の伝達関数を求められる。基本的な入力信号に対する時間応答の定義を理解し,計算できる。
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7週 |
ブロック線図と過渡応答2 |
ブロック線図の等価変換でシステム全体の伝達関数を求められる。基本的な入力信号に対する時間応答の定義を理解し,計算できる。一次遅れ要素の時定数を求めることができる.
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8週 |
後期中間試験 |
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4thQ |
9週 |
周波数応答とボード線図 |
周波数応答の意味,周波数伝達関数からのゲインと位相の計算を理解する。基本要素のゲイン,位相を計算し,ボード線図を描くことができる.一次遅れ要素の時定数を求めることができる.
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10週 |
周波数応答とベクトル軌跡 |
周波数応答の意味,周波数伝達関数からのゲインと位相の計算を理解する。基本要素のゲイン,位相を計算し,ベクトル軌跡を描くことができる.
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11週 |
二次振動系の過渡応答 |
固有振動数および減衰係数と過渡応答の関係を理解することができる.
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12週 |
二次振動系の周波数応答 |
固有振動数および減衰係数と周波数応答の関係を理解することができる.
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13週 |
制御系の安定性と安定判別法,安定余裕1 |
伝達関数の極配置と安定性との関係を理解する。ナイキストの安定判別法を使ってフィードバック制御系の安定判別ができる。
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14週 |
制御系の安定性と安定判別法,安定余裕2 |
伝達関数の極配置と安定性との関係を理解する。ナイキストの安定判別法を使ってフィードバック制御系の安定判別ができる。
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15週 |
PID制御と補償 |
PID制御系を構成する基本要素の働きと特性を理解する。
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16週 |
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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 | 後2,後4,後5,後6,後7 |
平方根の基本的な計算ができる(分母の有理化も含む)。 | 3 | 後9,後12 |
複素数の相等を理解し、その加減乗除の計算ができる。 | 3 | 後9,後10,後13,後14 |
解の公式等を利用して、2次方程式を解くことができる。 | 3 | 後13,後14 |
指数関数の性質を理解し、グラフをかくことができる。 | 3 | 後3,後6,後7 |
対数の意味を理解し、対数を利用した計算ができる。 | 3 | 後3,後9,後12 |
対数関数を含む簡単な方程式を解くことができる。 | 3 | 後3 |
微分方程式の意味を理解し、簡単な変数分離形の微分方程式を解くことができる。 | 3 | 後3 |
簡単な1階線形微分方程式を解くことができる。 | 3 | 後3 |
定数係数2階斉次線形微分方程式を解くことができる。 | 3 | 後11 |
自然科学 | 物理 | 力学 | 物体の変位、速度、加速度を微分・積分を用いて相互に計算することができる。 | 3 | 後4,後5,後11 |
簡単な運動について微分方程式の形で運動方程式を立て、初期値問題として解くことができる。 | 3 | 後3,後11 |
運動の法則について説明できる。 | 3 | 後3,後11 |
専門的能力 | 分野別の専門工学 | 商船系分野(機関) | 電気電子工学 | LCRを用いた交流回路の計算ができる。 | 3 | 後4,後5,後11,後12 |
制御工学 | 機械制御に関する用語や機器について説明できる。 | 3 | 後1 |
シーケンス制御に関する機器や回路図について説明できる。 | 3 | 後1 |
シーケンス制御における動作の流れを表現できる。 | 3 | 後1 |
システムに対する入力信号と出力信号について説明できる。 | 3 | 後1,後6,後7 |
制御の対象となるものを選択できる。 | 3 | 後1 |
ブロック線図を読み解くことができる。 | 3 | 後1,後6,後7 |
フィードバック制御系の例からブロック線図をかくことができる。 | 3 | 後1,後6,後7 |
自動制御の応用例を説明できる。 | 3 | 後1,後15 |
自動制御に用いられている各種機器の動作などを説明できる。 | 3 | 後1,後15 |