制御工学Ⅰ

科目基礎情報

学校	香川高等専門学校	開講年度	2017
授業科目	制御工学Ⅰ
科目番号	0091	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: 2
開設学科	電子システム工学科（2018年度以前入学者）	対象学年	4
開設期	通年	週時間数	2
教科書/教材	教科書：　豊橋技術科学大学・高等専門学校 制御工学教育連携プロジェクト 編著「専門基礎ライブラリー 制御工学 ―技術者のための、理論・設計から実装まで―」実教出版 ISBN 978-4-407-32575-1，参考図書：高専の数学教材研究会 編集「高専テキストシリーズ 応用数学」森北出版 ISBN 978-4-627-05551-3，岡田昌史 著「システム制御の基礎と応用」数理工学社 ISBN 978-4-901683-52-4，川谷亮治 著 「フリーソフトで学ぶ線形制御－Maxima/Scilab 活用法」森北出版 ISBN 978-4-627-91941-9，橋本洋志ほか著「Scilab で学ぶシステム制御の基礎」オーム社 ISBN 978-4-274-20388-6
担当教員	矢木 正和,滝 康嘉

到達目標

1. システムのモデル化，および伝達関数の導出ができる。
2. ブロック線図による表現や組み換えができる。
3. システムの安定性を判別し，安定なフィードバックシステムを構成できる。
4. システムの過渡特性，定常特性，周波数特性について理解できる。
5. 制御系CADを用いてシミュレーションや特性解析ができる。

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
評価項目1	応用的な問題に対して，システムをモデル化し，伝達関数を導出できる。	簡単なシステムについてモデル化の手順を理解し，伝達関数の導出ができる。	システムのモデル化，および伝達関数の導出ができない。
評価項目2	様々なフィードバックシステムのブロック線図から，入出力のみならず誤差や外乱に関する伝達関数を導出できる。	ブロック線図が理解でき，代表的なフィードバックシステムのシステムの入出力関係を示す伝達関数を導出できる。	ブロック線図の仕組みを理解できず，フィードバックシステム全体の伝達関数を導出できない。
評価項目3	様々なシステムの安定性を判別し，安定なフィードバックシステムを構成できる。	簡単なシステムの安定性を判別でき，安定なフィードバックシステムを構成する手法の幾つかを理解できる。	システムの安定性を判別できず，安定なフィードバックシステムを構成できない。
評価項目4	システムの過渡特性，定常特性，周波数特性を理解し，説明できる。	システムの過渡特性，定常特性，周波数特性について理解できる。	システムの過渡特性，定常特性，周波数特性について理解できない。
評価項目5	様々なシステムに対し，制御系CADを用いてシミュレーションや特性解析ができる。	制御系CADを用いた，システムのシミュレーションや諸特性の表示を理解できる。	制御系CADを用いたシミュレーションや特性解析ができない。

教育方法等

概要:

あらゆる工業分野において，フィードバック制御による工程の自動化・省力化が広く浸透し，いまや産業界を支える技術の大きな柱となっている。このフィードバック制御系の基礎的事項について理解するとともに，周波数応答を中心とした古典制御理論を理解する。さらに，制御系CADを取り入れたシミュレーション演習や実機実験などを通じ，制御工学を感覚的に理解してもらう。

授業の進め方・方法:

基礎的な事項について学んだ後，制御系CADである数値計算システムScilab/Xcosによるシミュレーションを中心とした演習を実施する。基本的には教科書に沿いながらも，前期の段階でフィードバック制御を取り上げることにより，制御工学の全体像を早めにつかんでもらう。また，中間試験を実施しない分，実際に自分で考えて課題を解決する演習を多く取り入れる。演習では学んだことを課題に応用するとともに，そこから基礎に立ち返ることで，各トピックに対する理解を深めていく。

注意点:

Scilab/Xcosはフリーソフトなので，自宅や研究室にインストールして自学自習や課題で活用して欲しい。また，制御工学に限らず様々な科学技術計算に使えるため，セミナーや卒業研究で活用してもらいたい。
オフィスアワーは別途指示しますが，メールでも質問を受け付けます。

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
前期
	1stQ
		1週	ガイダンス（制御工学の全体像）	システムの表現とフィードバック制御の基本を理解する。
		2週	ラプラス変換と伝達関数	ラプラス変換について理解する。
		3週	システムのモデル化とシミュレーション（RLC回路）	システムをモデル化し，微分方程式を導出できる。
		4週	システムのモデル化とシミュレーション（RLC回路）	伝達関数を用いてシステムの入出力を表現できる。
		5週	シミュレーションとシステムの特性（RLC回路）	制御系CADを用いてシステムのシミュレーションができる。
		6週	システムのモデル化（運動方程式の導出）	システムのモデル化手法が理解できる。
		7週	システムのモデル化（運動方程式の導出）	システムをモデル化し，微分方程式を導出できる。
		8週	フィードバックシステムとブロック線図	ブロック線図によるシステムの表現が理解できる。
	2ndQ
		9週	PID制御のシミュレーション	ブロック線図によるシステムの表現が理解できる。
		10週	PID制御のシミュレーション	制御系CADを用いてシステムをシミュレーションできる。
		11週	伝達関数の極と安定性	伝達関数の極による安定判別を説明できる。
		12週	フィードバックシステムの安定性	伝達関数の極による安定性判別を説明できる。
		13週	演習（ラプラス変換，ブロック線図，安定性）	ラプラス変換，ブロック線図，安定性判別が理解できる。
		14週	演習（運動方程式，ほか）	システムのモデル化を理解できる。
		15週	試験返却と確認，補足	システムの表現とフィードバック制御の基本を理解する。
		16週
後期
	3rdQ
		1週	前期のまとめと補足，周波数特性	システムの表現と特性解析，フィードバック制御の基本を理解する。
		2週	周波数特性（ボード線図）	周波数特性について理解できる。
		3週	周波数特性（ボード線図）	制御系CADによる特性解析が理解できる。
		4週	微分方程式の解と過渡応答	過渡特性，定常特性について理解できる。
		5週	極配置による安定化	フィードバックシステムの安定判別法について説明できる。
		6週	周波数特性（ベクトル軌跡）	周波数特性について理解できる。
		7週	周波数特性（ベクトル軌跡）	制御系CADによる特性解析が理解できる。
		8週	ナイキストの安定判別	フィードバックシステムの安定判別法を説明できる。
	4thQ
		9週	フィルタ	計測制御の方法について理解する。
		10週	ディジタルフィルタ	計測制御の方法について理解する。
		11週	システム同定	計測制御の方法について理解する。
		12週	課題演習	自動制御の方法について理解する。
		13週	課題演習	自動制御の方法について理解する。
		14週	演習（周波数特性）	制御系の過渡特性，定常特性，周波数特性について理解し，説明できる。
		15週	試験の返却と補足	システムの表現と特性解析，フィードバック制御の基本を理解する。
		16週

評価割合

	試験	提出課題	合計
総合評価割合	60	40	100
基礎的能力	0	0	0
専門的能力	60	40	100
分野横断的能力	0	0	0