到達目標
１ 各種のエンコーダの動作原理を説明できる。
２ PWM 信号により DC モータを駆動する方法を説明できる。
３ 入出力の離散時間データからシステムのパラメータを決定する方法を説明できる。
４ 制御器のディジタル実装の方法について説明できる。
５ モデルに基づいた制御系設計の流れについて説明できる。
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 | 各種のエンコーダの動作原理を十分に説明できる． | 各種のエンコーダの動作原理を説明できる。 | 各種のエンコーダの動作原理を説明できない． |
| 評価項目2 | PWM 信号により DC モータを駆動する方法を十分に説明できる。 | PWM 信号により DC モータを駆動する方法を説明できる。 | PWM 信号により DC モータを駆動する方法を説明できない。 |
| 評価項目3 | 入出力の離散時間データからシステムのパラメータを決定する方法を十分に説明できる。 | 入出力の離散時間データからシステムのパラメータを決定する方法を説明できる。 | 入出力の離散時間データからシステムのパラメータを決定する方法を説明できない。 |
| 評価項目4 | 制御器のディジタル実装の方法について十分に説明できる。 | 制御器のディジタル実装の方法について説明できる。 | 制御器のディジタル実装の方法について説明できない。 |
| 評価項目5 | モデルに基づいた制御系設計の流れについて十分に説明できる。 | モデルに基づいた制御系設計の流れについて説明できる。 | モデルに基づいた制御系設計の流れについて説明できない。 |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
本科で学んだ信号処理、数値計算法、制御工学、電子回路などで学んだ複合的な知識を統合した内容である。具体的には、DC モータや倒立振子の制御を実現する例を通じ、PWM 信号、カウンタ、最小二乗法、ディジタル実装（オイラー近似や双一次変換など）を学んでいく。また，講義をしながら実験装置を実際に動かすことで、効果的な学習を目指す。
授業の進め方・方法:
・スライドとホワイトボードを使用した講義と、Arduino/LEGO で構成される実験装置をソフトウェア MATLAB/Simulink で動かす実習を交え、授業を進めていく。
・WebClass に毎週の講義資料を掲載するので、適宜、予習および復習に利用すること。
・講義内容の理解を深めるため、適宜、レポート課題の提出を課す。
【参考書】
川田編著「倒立振子で学ぶ制御工学」森北出版 (2017)
平田「Arduino と MATLAB で制御系設計をはじめよう! 【第2版】」TechShare (2022)
注意点:
定期試験は実施しない。
単元ごとのレポート課題により成績を評価する。ただし、ひとつでもレポート課題が合格水準に達していない場合，不可の評価とするので，注意すること。
授業の属性・履修上の区分
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
ガイダンス
実験装置の説明 |
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| 2週 |
エンコーダの動作原理、Simulink 実習 |
各種のエンコーダの動作原理を説明できる。
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| 3週 |
PWM 出力と DC モータの動作原理、Simulink 実習 |
PWM 信号により DC モータを駆動する方法を説明できる。
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| 4週 |
DC モータの PID 制御（P, I, D 動作の役割） |
制御器のディジタル実装の方法について説明できる。
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| 5週 |
微分要素と積分要素のディジタル実装、Simulink 実習 |
制御器のディジタル実装の方法について説明できる。
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| 6週 |
DC モータのモデリング（最小二乗法） |
入出力の離散時間データからシステムのパラメータを決定する方法を説明できる。
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| 7週 |
モデルに基づく DC モータの PID 制御器の設計、Simulink 実習 |
モデルに基づいた制御系設計の流れについて説明できる。
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| 8週 |
モデルに基づく DC モータの PID 制御器の設計、Simulink 実習 |
モデルに基づいた制御系設計の流れについて説明できる。
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| 2ndQ |
| 9週 |
前半のまとめ |
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| 10週 |
倒立振子の組み立て、配線 |
各種のエンコーダの動作原理を説明できる。
PWM 信号により DC モータを駆動する方法を説明できる。
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| 11週 |
倒立振子のモデリング、Simulink 実習 |
入出力の離散時間データからシステムのパラメータを決定する方法を説明できる。
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| 12週 |
フィルタ処理 |
制御器のディジタル実装の方法について説明できる。
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| 13週 |
クレーンの制振制御、Simulink 実習 |
モデルに基づいた制御系設計の流れについて説明できる。
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| 14週 |
倒立振子の安定化制御、Simulink 実習 |
モデルに基づいた制御系設計の流れについて説明できる。
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| 15週 |
後半のまとめ |
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| 16週 |
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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 |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 電気・電子系分野 | 制御 | 伝達関数を用いたシステムの入出力表現ができる。 | 4 | 前3,前4,前5,前6,前7 |
| 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。 | 4 | 前6,前7 |
評価割合
| 試験 | レポート・課題 | 相互評価 | 態度 | ポートフォリオ | その他 | 合計 |
| 総合評価割合 | 0 | 100 | 0 | 0 | 0 | 0 | 100 |
| 基礎的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 専門的能力 | 0 | 100 | 0 | 0 | 0 | 0 | 100 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |