制御工学Ⅰ

科目基礎情報

学校	鹿児島工業高等専門学校	開講年度	2017
授業科目	制御工学Ⅰ
科目番号	0030	科目区分	専門 / 必修
授業形態	講義	単位の種別と単位数	学修単位: 2
開設学科	電子制御工学科	対象学年	4
開設期	通年	週時間数	1
教科書/教材	自動制御　柏木濶 著 朝倉出版株式会社
担当教員	新田 敦司,宮田 千加良

到達目標

１．自動制御の意義・特徴，フィードバック制御系の基本構成が説明できる．
２．基礎的な関数や微分方程式をラプラス変換，及び逆変換が説明できる．
３．線形制御系の特徴，伝達関数，応答の求め方を説明できる．
４．ブロック線図，周波数伝達関数，ベクトル軌跡，ボード線の求め方を説明できる．
５．特性根とインパルス応答の関係、及び、ラウス・フルビッツの方法を用いて安定判別ができる．
６． ナイキスト線図、及びボード線図からゲイン余裕，位相余裕を算出し、安定判別ができる．
７．根軌跡を作成できる。また定常特性，誤差定数が算出できる．
８． ボード線図を用いて、位相遅れ補償、位相進み補償の設計ができる．

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		自動制御の意義・特徴，フィードバック制御系の基本構成が説明できる．	自動制御の意義・特徴，フィードバック制御系の基本構成が説明できない．
評価項目2	微分方程式とラプラス変換の関連を十分理解し，制御工学への適応を説明できる．	基礎的な関数や微分方程式をラプラス変換，及び逆変換が説明できる．	基礎的な関数や微分方程式をラプラス変換，及び逆変換が説明できない．
評価項目3	線形制御系の特徴，伝達関数，応答の求め方を十分理解し，種々の制御系との関連を説明できる．	線形制御系の特徴，伝達関数，応答の求め方を説明できる．	線形制御系の特徴，伝達関数，応答の求め方を説明できる．
評価項目4	各種制御系のブロック線図化及び周波数特性を十分理解する．さらに，制御系の特性を説明できる．	ブロック線図，周波数伝達関数，ベクトル軌跡，ボード線の求め方を説明できる．	ブロック線図，周波数伝達関数，ベクトル軌跡，ボード線の求め方を説明できない．
評価項目5	特性根とインパルス応答の関係、及び、ラウス・フルビッツの方法を用いて安定判別ができる．さらに、特性根と安定性との関係が説明できる．	特性根とインパルス応答の関係、及び、ラウス・フルビッツの方法を用いて安定判別ができる．	特性根とインパルス応答の関係、及び、ラウス・フルビッツの方法を用いて安定判別ができない．
評価項目6	ナイキスト線図、及びボード線図からゲイン余裕，位相余裕を算出し、安定判別ができる。またナイキスト線図とボード線図との関係を説明できる。	ナイキスト線図、及びボード線図からゲイン余裕，位相余裕を算出し、安定判別ができる．	ナイキスト線図、及びボード線図からゲイン余裕，位相余裕が算出できず、安定判別もできない．
評価項目7	根軌跡を作成し、根の挙動を説明できる．また定常特性について説明ができ、定常特性，誤差定数が求められる．	根軌跡を作成できる．また定常特性，誤差定数が算出できる．	根軌跡が作成できない．また定常特性，誤差定数が算出できない．
評価項目8	ボード線図を用いた直列補償について説明ができ、位相遅れ補償、位相進み補償の設計ができる．	ボード線図を用いて、位相遅れ補償、位相進み補償の設計ができる．	ボード線図を用いて、位相遅れ補償、位相進み補償の設計ができない．

学科の到達目標項目との関係

教育プログラムの科目分類 (3)① （設計・システム系）

JABEE（2012）基準 1(2)(c) （数学及び自然科学に関する知識とそれらを応用する能力）

JABEE（2012）基準 2.1(1)① （設計・システム系科目群）

教育プログラムの学習・教育到達目標 3-3 （専門分野の知識と自主的・継続的に学習する能力を身につけ、与えられた制約下で計画的にものづくりの手法を活かして問題を解決できる能力を養う。）

本科（準学士課程）の学習・教育到達目標 3-c （専門分野の学習や工学実験等を通して、専門分野の基礎的な知識を修得することができる。）

教育方法等

概要:

自動制御の概念，及び制御理論の基礎となるラプラス変換，伝達関数，ブロック線図について基礎的な内容を理解し，制御理論の基礎である線形システムの自動制御について基礎的な知識を把握し，実際の制御システムの設計に必要な基礎的能力を修得する．また５年次で行う，非線形制御や，サンプル値制御の導入部とすることも目的とする．

授業の進め方・方法:

自動制御は微積分，複素数の知識が必要である．また，システムの事例としてRC回路やオペアンプを用いた演算回路，ばねマス系等を取り上げるので，電気回路や物理の知識も必要である．

注意点:

ここで学習することは制御工学の基礎となる部分である．内容をよく理解するために，毎回予習や演習問題等の課題を含む復習として，60分以上の自学自習が必要である．理解状況を把握するために適宜小テストを行うので，講義内容をよく理解すること．不明な点や疑問点は参考書で調べたり質問するなどして，そのまま後に残さないこと．

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
前期
	1stQ
		1週	自動制御の概念	自動制御の意義・特徴，フィードバック制御系の基本構成が説明できる．
		2週	ラプラス変換	基礎的な関数や微分方程式をラプラス変換，及び逆変換が説明できる．
		3週	線形系の特徴	重ね合わせの原理が説明できる．インパルス信号，ステップ信号が説明できる．
		4週	伝達関数	伝達関数の意味が説明できる．基本要素（一次遅れの比例要素・一次遅れの微分要素・積分要素・微分要素・比例要素・無駄時間要素・二次遅れ要素）の伝達関数が説明できる．
		5週	伝達関数	基本要素（一次遅れの比例要素・一次遅れの微分要素・積分要素・微分要素・比例要素・無駄時間要素・二次遅れ要素）の伝達関数が説明できる．
		6週	応答	基本要素についてステップ応答，インパルス応答が算出できる．時定数の意味が説明できる．
		7週	ブロック線図	ブロック線図を等価変換して，システムの伝達関数が求められる．
		8週	ブロック線図	ブロック線図を等価変換して，システムの伝達関数が求められる．
	2ndQ
		9週	周波数伝達関数	基本要素について周波数伝達関数を求め，ゲイン・位相が求められる．
		10週	周波数伝達関数	基本要素について周波数伝達関数を求め，ゲイン・位相が求められる．
		11週	ベクトル軌跡	基本要素についてベクトル軌跡を描くことができる．
		12週	ボード線図	基本要素についてボード線図を描くことができる．
		13週	ボード線図	基本要素についてボード線図を描くことができる．
		14週	ボード線図	基本要素についてボード線図を描くことができる．
		15週	試験答案の返却・解説	試験において間違えた部分を自分の課題として把握する
		16週
後期
	3rdQ
		1週	安定判別	特性根とインパルス応答の関係から安定判別ができる
		2週	安定判別	ラウスの方法 ，フルビッツの方法を用いて安定判別ができる
		3週	安定判別	代表根の算出，およびシステムの近似ができる
		4週	代表根	代表根の算出，およびシステムの近似ができる
		5週	ゲイン余裕，位相余裕	ナイキスト線図からゲイン余裕，位相余裕が算出できる
		6週	ゲイン余裕，位相余裕	ボード線図からゲイン余裕，位相余裕が算出できる
		7週	閉路周波数特性	等Ｍ線図から閉路周波数特性が求められる
		8週	根軌跡	根軌跡を作成できる
	4thQ
		9週	根軌跡	根軌跡を作成できる
		10週	定常特性，誤差定数	定常特性，誤差定数が求められる
		11週	定常特性，誤差定数	定常特性，誤差定数が求められる
		12週	ボード線図を用いる補償	ボード線図を用いて、位相遅れ補償、位相進み補償の設計ができる．
		13週	ボード線図を用いる補償	ボード線図を用いて、位相遅れ補償、位相進み補償の設計ができる．
		14週	ボード線図を用いる補償	ボード線図を用いて、位相遅れ補償、位相進み補償の設計ができる．
		15週	試験答案の返却・解説	試験において間違えた部分を自分の課題として把握する
		16週

評価割合

	試験	小テスト+レポート	態度	合計
総合評価割合	80	20	0	100
基礎的能力	0	0	0	0
専門的能力	80	20	0	100
分野横断的能力	0	0	0	0