到達目標
１． 制御に必要な基礎数学を制御系設計ソフトウェアScilab、MATLABで解析できる．
２． ScilabやXCOSを使用して制御系の解析、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 | 工学の分野を横断した専門科目に興味や関心を抱き、制御系CADを使って問題解決に取り組める | 制御工学の専門知識に興味や関心を抱き、制御系CADを使って問題解決に取り組める | 制御工学の専門知識に興味や関心を抱いても、制御系CADを使って問題解決に取り組めない |
| 評価項目2 | 周波数応答法による制御設計をよく理解でき、制御系CADを使って発展問題が作成できる | 周波数応答法による制御設計を理解し、制御系CADを使って類似問題を解くことができる | 周波数応答法による制御設計が理解できない |
| 評価項目3 | 古典制御と現代制御の関係をよく理解し、制御系CADの取り扱いの違いを説明できる | 古典制御と現代制御の関係を理解し、基本的な制御系CADの取り扱いができる | 古典制御と現代制御の関係が理解できない |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
制御系設計ソフトウェアとして普及しているScilab、MATLABを用いて制御工学の例題や演習問題を解く
また、これらにはGUIを用いたXCOS、Simulinkがありブロック図で表したシステムの挙動が視覚で確認できる
授業の進め方・方法:
・ 授業は講義＋課題形式で行う、授業中は集中して聴講し課題に積極的に取り組むこと
・ 課題の提出は、授業中に行うことを原則とする
・ 課題の提出は、Blackboard上で行う
注意点:
・ 一般科目の基礎数学・微分積分・微分方程式・線形代数と関わっているので復習しておくこと
・ 分野を横断した科目で、応用数学・古典制御・工学数理基礎・電気回路の理解にも有効である
・ 無償のScilabと有償のMATLABの操作法はほとんど同じで、いろいろな専門分野への拡張性がある
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 |
数式を用いたシミュレーション技法 |
ScilabとMATLABが起動でき、簡単な例題が解ける
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| 2週 |
GUIを用いたシミュレーション技法 |
XCOSとSimulinkが起動でき、簡単な例題が解ける
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| 3週 |
制御のための基礎数学1 |
複素数の計算を、Scilab やMATLABで求められる
関数（real、imag、conj、atan、exp）が使える
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| 4週 |
制御のための基礎数学2 |
ラプラス変換とフーリェの関係が説明できる
関数（fft、ifft）が使える
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| 5週 |
制御のための基礎数学3 |
ラプラス逆変換の留数の計算ができる
関数（roots、pdiv、horner）が使える
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| 6週 |
制御のための基礎数学4 |
行列の加算、乗算などの計算ができる
関数（size、zeros、ones、det、inv）が使える
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| 7週 |
伝達関数の表現 |
電気回路や機械システムの伝達関数が表現できる
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| 8週 |
前期中間試験 |
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| 2ndQ |
| 9週 |
試験返却・解答
ブロック線図 の表現 |
電気回路の伝達関数をブロック線図で表現できる
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| 10週 |
システムの時間応答1 |
CR回路（微分/積分回路）のインパルス応答とステップ応答がScilabで求められる
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| 11週 |
システムの時間応答2 |
CR回路（微分/積分回路）のインパルス応答とステップ応答がXCOSで求められる
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| 12週 |
システムの時間応答3 |
1次、2次遅れ系要素のインパルス応答とステップ応答がScilabで求められる
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| 13週 |
システムの時間応答4 |
1次、2次遅れ系要素のインパルス応答とステップ応答がXCOSで求められる
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| 14週 |
システムの時間応答5 |
伝達関数の極と零点を変化させた2次遅れ系要素のステップ応答が説明できる
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| 15週 |
前期定期試験 |
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| 16週 |
試験返却・解答
システムの時間応答6 |
最小位相系と非最小位相系の違いが説明できる
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
試験返却・解答
周波数特性1 |
ドレミの音を聞いて周波数を知る
正弦波入力に対する応答からゲインと位相を知ることがｄ
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| 2週 |
周波数特性2 |
制御要素のベクトル軌跡を描くことができる
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| 3週 |
周波数特性3 |
制御要素のボード線図を描くことができる
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| 4週 |
周波数特性4 |
制御要素のニコルズ線図を描くことができる
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| 5週 |
安定余裕の評価1 |
ナイキスト線図を用いて安定余裕の評価ができる
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| 6週 |
安定余裕の評価2 |
ボード線図を用いて安定余裕の評価ができる
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| 7週 |
システムの安定判別法1 |
ラウスの安定判別法が説明できる
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| 8週 |
後期中間試験 |
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| 4thQ |
| 9週 |
試験返却・解答
システムの安定判別法2 |
ナイキストの安定判別法が説明できる
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| 10週 |
周波数応答法による制御系設計１ |
ゲイン調整でゲイン定数が設計できる
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| 11週 |
周波数応答法による制御系設計2 |
位相遅れ補償の伝達関数が設計できる
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| 12週 |
周波数応答法による制御系設計3 |
位相進み補償の伝達関数が設計できる
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| 13週 |
PID補償による制御系設計 |
限界感度法とステップ応答法によりPIDコントローラの伝達関数が設計できる
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| 14週 |
実現問題 |
伝達関数から状態方程式を導くことができる
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| 15週 |
後期定期試験 |
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| 16週 |
試験返却・解答
状態方程式の時間応答 |
状態方程式のステップ応答を求めることができる
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評価割合
| 試験 | 発表 | 相互評価 | 態度 | ポートフォリオ | その他 | 合計 |
| 総合評価割合 | 60 | 0 | 0 | 10 | 30 | 0 | 100 |
| 基礎的能力 | 20 | 0 | 0 | 10 | 10 | 0 | 40 |
| 専門的能力 | 20 | 0 | 0 | 0 | 10 | 0 | 30 |
| 分野横断的能力 | 20 | 0 | 0 | 0 | 10 | 0 | 30 |