概要:
制御工学は大きく古典制御と現代制御に分けられます。古典制御は時間領域をラプラス領域や周波数領域に移して、現代制御は時間領域をそのまま状態方程式という行列表現に移して制御系設計を行う手法であり、様々な現場で広く活用されています。４年生の制御工学では古典制御の基本を、5年生の制御工学では古典制御の応用と現代制御の基本を学びます。古典制御ではラプラス領域や周波数領域における制御系設計の利便性を、現代制御では状態方程式による制御系設計の利便性を理解することを狙いとしています。
授業の進め方・方法:
制御工学との2時間の授業となる。前期の授業は教科書「演習で学ぶ基礎制御工学」に沿って、後期の授業は教科書「演習で学ぶ現代制御理論」に沿って基本的に進められる。授業は基本的に教科書に沿って進められる。授業後、授業内容の課題が出される。
注意点:
試験（制御工学）の成績を70%，平素の学習状況等（課題・小テスト・レポート等を含む）を30%の割合で総合的に評価する。学期毎の評価は中間と期末の評価の平均，学年の評価は前学期と後学期の評価の平均とする。なお，後学期中間の評価は前学期中間，前学期末，後学期中間の各期間の評価の平均とする。技術者が身につけるべき専門基礎として，到達目標に対する達成度を試験等において評価する。
|
|
週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
１． 周波数応答①：周波数応答，ベクトル軌跡について学ぶ。 |
１． 周波数応答①：周波数応答，ベクトル軌跡を説明できる。
|
| 2週 |
１． 周波数応答①：周波数応答，ベクトル軌跡について学ぶ。 |
１． 周波数応答①：周波数応答，ベクトル軌跡を説明できる。
|
| 3週 |
１． 周波数応答①：周波数応答，ベクトル軌跡について学ぶ。 |
１． 周波数応答①：周波数応答，ベクトル軌跡を説明できる。
|
| 4週 |
２． 周波数応答②：ボード線図について学ぶ。 |
２． 周波数応答②：ボード線図を説明できる。
|
| 5週 |
２． 周波数応答②：ボード線図について学ぶ。 |
２． 周波数応答②：ボード線図を説明できる。
|
| 6週 |
２． 周波数応答②：ボード線図について学ぶ。 |
２． 周波数応答②：ボード線図を説明できる。
|
| 7週 |
項目１・２ |
項目１・２をまとめることができる
|
| 8週 |
３． 過渡特性：過渡特性について学ぶ。 |
３． 過渡特性：過渡特性を説明できる。
|
| 2ndQ |
| 9週 |
３． 過渡特性：過渡特性について学ぶ。 |
３． 過渡特性：過渡特性を説明できる。
|
| 10週 |
３． 過渡特性：過渡特性について学ぶ。 |
３． 過渡特性：過渡特性を説明できる。
|
| 11週 |
４． システムの安定性：安定判別法，安定度について学ぶ。 |
４． システムの安定性：安定判別法を適用できて，安定度を説明できる。
|
| 12週 |
４． システムの安定性：安定判別法，安定度について学ぶ。 |
４． システムの安定性：安定判別法を適用できて，安定度を説明できる。
|
| 13週 |
４． システムの安定性：安定判別法，安定度について学ぶ。 |
４． システムの安定性：安定判別法を適用できて，安定度を説明できる。
|
| 14週 |
項目３・４の復習 |
項目３・４をまとめることができる
|
| 15週 |
５．状態方程式：状態方程式によるシステムの記述法を学ぶ。 |
５．状態方程式：状態方程式によるシステムの記述ができる。
|
| 16週 |
|
|
| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
５．状態方程式：状態方程式によるシステムの記述法を学ぶ。 |
５．状態方程式：状態方程式によるシステムの記述ができる。
|
| 2週 |
６．システムの応答と安定性：状態遷移行列，固有値について学ぶ。 |
６．システムの応答と安定性：状態遷移行列と固有値が，システムの応答と安定性にどのように関わるか説明できる。
|
| 3週 |
６．システムの応答と安定性：状態遷移行列，固有値について学ぶ。 |
６．システムの応答と安定性：状態遷移行列と固有値が，システムの応答と安定性にどのように関わるか説明できる。
|
| 4週 |
７．可制御性①：座標変換行列による行列の対角化について学ぶ。 |
７．可制御性①：座標変換行列による行列の対角化ができる。
|
| 5週 |
７．可制御性①：座標変換行列による行列の対角化について学ぶ。 |
７．可制御性①：座標変換行列による行列の対角化ができる。
|
| 6週 |
８．可制御性②：可制御性行列と行列のランクによる，可制御と不可制御の判別について学ぶ。 |
８．可制御性②：可制御性行列と行列のランクにより，可制御と不可制御の判別ができる。
|
| 7週 |
項目５～８の復習 |
項目５～８をまとめることができる
|
| 8週 |
８．可制御性②：可制御性行列と行列のランクによる，可制御と不可制御の判別について学ぶ。 |
８．可制御性②：可制御性行列と行列のランクにより，可制御と不可制御の判別ができる。
|
| 4thQ |
| 9週 |
９．極配置法：状態フィードバック，直接法による極配置，可制御正準形，アッカーマン法による極配置を学ぶ。 |
９．極配置法：直接法による極配置，可制御正準形，アッカーマン法による極配置により状態フィードバック系を設計できる。
|
| 10週 |
９．極配置法：状態フィードバック，直接法による極配置，可制御正準形，アッカーマン法による極配置を学ぶ。 |
９．極配置法：直接法による極配置，可制御正準形，アッカーマン法による極配置により状態フィードバック系を設計できる。
|
| 11週 |
９．極配置法：状態フィードバック，直接法による極配置，可制御正準形，アッカーマン法による極配置を学ぶ。 |
９．極配置法：直接法による極配置，可制御正準形，アッカーマン法による極配置により状態フィードバック系を設計できる。
|
| 12週 |
１０．サーボ系：サーボ系の構造，拡大系によるサーボ系設計を学ぶ。 |
１０．サーボ系：サーボ系の構造を考慮して，拡大系によるサーボ系設計が出来る。
|
| 13週 |
１０．サーボ系：サーボ系の構造，拡大系によるサーボ系設計を学ぶ。 |
１０．サーボ系：サーボ系の構造を考慮して，拡大系によるサーボ系設計が出来る。
|
| 14週 |
項目８～１０の復習 |
項目８～１０をまとめることができる。
|
| 15週 |
１１．最適レギュレータ：コスト関数を最小にする最適制御を学ぶ。 |
１１．最適レギュレータ：コスト関数を最小にする最適制御の概念を説明できる。
|
| 16週 |
|
|
| 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 |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 機械系分野 | 計測制御 | 自動制御の定義と種類を説明できる。 | 4 | 前1,前2,前3 |
| フィードバック制御の概念と構成要素を説明できる。 | 4 | 前1,前2,前3 |
| 基本的な関数のラプラス変換と逆ラプラス変換を求めることができる。 | 4 | 前4,前5 |
| ラプラス変換と逆ラプラス変換を用いて微分方程式を解くことができる。 | 4 | 前6 |
| 伝達関数を説明できる。 | 4 | 前8,前9,前10,前11 |
| ブロック線図を用いて制御系を表現できる。 | 4 | 前11,前12,前13,前14 |
| 制御系の過渡特性について説明できる。 | 4 | 後8,後9,後10 |
| 制御系の定常特性について説明できる。 | 4 | 後8,後9,後10 |
| 制御系の周波数特性について説明できる。 | 4 | 後1,後2,後3,後4,後5,後6 |
| 安定判別法を用いて制御系の安定・不安定を判別できる。 | 4 | 後11,後12,後13 |