概要:
本講義では，機械システムのモデル化，運動方程式導出・解析，運動制御に関する講義を行う。
本科で講義してきた物理の運動，工業力学，機械力学，制御工学を連結し，機械システムの運動解析・制御への適用方法について学習する。
授業の進め方・方法:
本科で用いてきた教科書を併用した講義を行い，演習問題を多く取入れて実施する。
課題について資料調査を行いレポート形式で報告し，調査結果のプレゼンテーションを行う。
最終課題について各自で解析を行い，結果をプレゼンテーションし質疑応答を行う。
注意点:
機械システムの動特性を解析する手法を理解するための演習が必要。
力学・制御の基本的な知識が必要となるので，随時復習が必要。
プレゼンテーションの準備として，事前にスライドや配布資料の準備が必要。
２回のプレゼンテーションに対し，各回において３回以上の質問ができるように準備が必要。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
全体ガイダンス
質点系のモデル化と運動方程式導出方法
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授業の進め方，学習の目的，評価方法等について理解する。
ニュートン力学等を用い，与えられた１自由度のシミュレーションモデルの運動方程式を導出できる。
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| 2週 |
質点と剛体モデルのモデル化と運動方程式導出方法 |
ニュートン力学等を用い，与えられた１自由度のシミュレーションモデルの運動方程式を導出できる。
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| 3週 |
質点と弾性体モデルのモデル化と運動方程式導出 |
ニュートン力学等を用い，与えられた２自由度のシミュレーションモデルの運動方程式を導出できる。
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| 4週 |
台車振子モデルのモデル化と運動方程式導出 |
ニュートン力学等を用い，与えられた２自由度のシミュレーションモデルの運動方程式を導出できる。
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| 5週 |
レポート（第１回目）の提出
ニュートン力学，運動量と力積についてプレゼンテーションと質疑応答 |
課題に対して調査を行った結果を報告書として作成することができる。
課題に対して発表資料を作成しプレゼンテーションを行い，発表内容について質疑応答を行うことができる。
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| 6週 |
ダランベールの原理，ラグランジュ関数についてプレゼンテーションと質疑応答 |
課題に対して発表資料を作成しプレゼンテーションを行い，発表内容について質疑応答を行うことができる。
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| 7週 |
運動方程式の数値解析方法 |
運動方程式の数値解析に関する概要が理解できる。
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| 8週 |
質点と剛体モデルの運動方程式を用いた数値解析 |
質点と剛体モデルの運動方程式に関する数値解析プログラムの構造が理解できる。
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| 2ndQ |
| 9週 |
質点と弾性体モデルの運動方程式を用いた数値解析 |
質点と弾性体モデルの運動方程式に関する数値解析プログラムの構造が理解できる。
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| 10週 |
台車振子モデルの運動方程式を用いた数値解析 |
台車振子モデルの運動方程式に関する数値解析プログラムの構造が理解できる。
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| 11週 |
台車振子モデルに外力を作用させたときの運動方程式を用いた数値解析 |
外力を入力した場合の振子の振動形態について理解できる。
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| 12週 |
極配置法を用いた制御測 |
状態方程式を用い，極配置法によるフィードバックゲインを求め制御可能であることを認識する。
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| 13週 |
運動方程式と振動形態，運動方程式と状態方程式 |
運動方程式を状態方程式に変換できる。
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| 14週 |
台車振子運動方程式を状態方程式へ変換し，制御に関する数値解析 |
ニュートン力学等を用い，与えられた２自由度のシミュレーションモデルの運動方程式を導出できる。
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| 15週 |
レポート（第２回目）の提出
最終プレゼンテーションと質疑応答 |
課題に対して調査を行った結果を報告書として作成することができる。
課題に対して発表資料を作成しプレゼンテーションを行い，発表内容について質疑応答を行うことができる。
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| 16週 |
最終プレゼンテーションと質疑応答 |
課題に対して発表資料を作成しプレゼンテーションを行い，発表内容について質疑応答を行うことができる。
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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 | 自然科学 | 物理 | 力学 | 慣性の法則について説明できる。 | 5 | 前1,前5,前15,前16 |
| 作用と反作用の関係について、具体例を挙げて説明できる。 | 5 | 前1,前4,前5,前15,前16 |
| 運動方程式を用いた計算ができる。 | 5 | 前7,前8,前9,前10,前11,前15,前16 |
| 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。 | 5 | 前7,前8,前9,前10,前11,前15,前16 |
| 運動の法則について説明できる。 | 5 | 前2,前3,前4,前5,前11,前15,前16 |
| 仕事と仕事率に関する計算ができる。 | 5 | 前5,前15,前16 |
| 物体の運動エネルギーに関する計算ができる。 | 5 | 前2,前3,前4,前6,前15,前16 |
| 重力による位置エネルギーに関する計算ができる。 | 5 | 前2,前3,前4,前6,前15,前16 |
| 弾性力による位置エネルギーに関する計算ができる。 | 5 | 前3,前4,前6,前15,前16 |
| 力学的エネルギー保存則を様々な物理量の計算に利用できる。 | 5 | 前2,前3,前4,前6,前15,前16 |
| 物体の質量と速度から運動量を求めることができる。 | 5 | 前1,前5,前6,前15,前16 |
| 運動量の差が力積に等しいことを利用して、様々な物理量の計算ができる。 | 5 | 前5,前15,前16 |
| 運動量保存則を様々な物理量の計算に利用できる。 | 5 | 前5,前15,前16 |
| 等速円運動をする物体の速度、角速度、加速度、向心力に関する計算ができる。 | 5 | 前2,前3,前4,前8,前9,前10,前11,前15,前16 |
| 剛体における力のつり合いに関する計算ができる。 | 5 | 前2,前3,前4,前6,前8,前9,前10,前11,前15,前16 |
| 一様な棒などの簡単な形状に対する慣性モーメントを求めることができる。 | 5 | 前2,前3,前4,前8,前9,前10,前11,前15,前16 |
| 剛体の回転運動について、回転の運動方程式を立てて解くことができる。 | 5 | 前2,前3,前4,前8,前9,前10,前11,前15,前16 |