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授業情報／Course information

科目一覧へ戻る 2020/04/02 現在

授業基本情報
科目名（和文）
／Course		 制御工学Ⅰ
科目名（英文）
／Course		 Control EngineeringⅠ
時間割コード
／Registration Code		 23187501
学部（研究科）
／Faculty		 情報工学部
学科（専攻）
／Department		 人間情報工学科/スポーツシステム工学科
担当教員（○：代表教員）
／Principle Instructor （○） and Instructors		 ○穂苅　真樹
オフィスアワー
／Office Hour		 穂苅　真樹(月曜日4時限目2305室)
開講年度
／Year of the Course		 2019年度
開講期間
／Term		 第4クォーター
対象学生
／Eligible Students		 2年
単位数
／Credits		 2.0
授業概要情報
更新日
／Date of renewal		 2019/07/06
使用言語
／Language of Instruction		 日本語
オムニバス
／Omnibus		 該当なし
授業概略と目的
／Cource Description and Objectives		 普段の生活の中で出会う機械システム（エレベータ，ファンヒータ，エアコン等々）では，規模や複雑度こそ異なるが何らかの“制御”が組み込まれている．共通点として人間環境と直結したインターフェースであるということである．つまり，目まぐるしくかつ動的に変化する外部環境をうまく処理しながらシステムを運用する必要がある．その手法が制御理論（工学）である．本講義では，制御工学の基礎数学であるラプラス変換から始まり，ブロック線図，伝達関数といった基礎制御理論を学ぶ，また，時間応答や周波数応答，安定性解析，フィードバック系の安定性解析までを網羅した授業構成とし，ロボット制御において実用性の極めて高い古典制御の代表であるPID制御までを学習する．
履修に必要な知識・能力・キーワード
／Prerequisites and Keywords		 本授業では「力学」と「微分方程式」の知識を必要とする．
キーワード：ラプラス変換，伝達関数，一次遅れ系，周波数解析
履修上の注意
／Notes
教科書
／Textbook(s)		 教科書：「基礎と実践　制御工学入門」，横山，濱根，小野垣 著，コロナ社，2009
参考文献等
／References		 参考書：「詳解制御工学演習」，明石，今井，共立出版，1981
参考書：「Control Systems Engineering, sixth ed.」, N.Nise, John Wiley & Sons, Inc., 2011
制御工学に関する演習書が多く出版されているので，演習問題を復習で利用することが望ましい．
自主学習ガイド
／Expected Study Guide outside Coursework/Self-Directed Learning Other Than Coursework		 教科書の章末問題のみでは不足するため，演習書を入手し普段から自習を行うと同時に講義ごとに必ず復習すること．また，宿題を多く課すが自力で解くことにより定期試験に備えること．
資格等に関する事項
／Attention Relating to Professional License
備考
／Notes		 本講義は3年次生開講の「創造設計・実験I,II」や「メカトロニクス」に深く関連する．また，運動器具開発をはじめとする製造業や生産開発系企業の幅広い分野で必要不可欠の学問である．システムの動特性を解析する上で周波数領域で行うことが多い．本学問はその入門であると言える．また，ロボット制御（機械システムを思い通りに動かすこと）における基礎的学問であるのと同時に，音声信号処理にも通じる汎用性の高い学問領域であるので，本学科学生にとっては有意義な講義になる．
授業計画詳細情報
No. 単元（授業回数）
／Unit (Lesson Number)		 単元タイトルと概要
／Unit Title and Unit Description		 時間外学習
／Preparation and Review		 配付資料
／Handouts
1 １ [自動制御の基礎]
産業革命期に発明された減速機つき蒸気機関から始まる自動制御の歴史の流れを学ぶ．
2 ２ [制御工学のための基礎数学]
簡単なラプラス変換と応用ラプラス変換とそれらの逆ラプラス変換を学ぶ．
3 ３ [制御系のブロック線図]
ノイズ外乱を含めたブロック線図の構成と等価変換方法を学ぶ．
4 ４ [伝達関数]
制御系を信号の伝達と捉えると内部状態が想像しやすい．そのための伝達関数を学ぶ．
5 ５ [時間応答法の基礎]
５つの基本伝達要素を学ぶ．
6 ６ [インパルス応答とステップ応答]
基本となる入力信号を学習し，様々な伝達関数を介した出力信号を観察する．
7 ７ [一次遅れ系と二次遅れ系]
一次遅れ系と二次遅れ系の応答曲線の特徴や時定数・ゲイン定数の概念を学ぶ．
8 ８ [周波数応答法]
自動車の乗り心地性能評価や振動工学にもつながる周波数応答法の基礎を学ぶ．
9 ９ [ベクトル軌跡]
周波数応答を解析する上で必要となるベクトル軌跡を学ぶ．
10 １０ [ボード線図]
周波数応答とその性能を簡単に図から読み取ることができる．本手法を学ぶ．
11 １１ [位相線図とゲイン余裕]
ボード線図はゲイン曲線と位相曲線とから成る．それらからシステムの安定度合いが読み取れる．本手法を学ぶ．
12 １２ [根軌跡法]
実際の制御系を設計する上で便利な手法であり，有用性の高い本手法を学ぶ．
13 １３ [PID制御の基礎]
最もポピュラーな限界感度法を学ぶ．
14 １４ [PID制御の応用]
現在でも産業界で実用的な極配置法を学ぶ．
15 １５ [閉ループ系の安定性]
安定度合いを向上させるための制御系の一設計法を学ぶ．
16 １６ [定期試験]
定期試験を実施する．
授業評価詳細情報
到達目標及び観点／Learning Goal and Specific Behavioral Viewpoints
No. 到達目標
／Learning Goal		 知識・理解
／Knowledge & Undestanding		 技能・表現
／Skills & Expressions		 思考・判断
／Thoughts & Decisions		 伝達・コミュニケーション
／Communication		 協働
／Cooperative Attitude
1 機械システムのダイナミクス（運動方程式＝制御対象）を導けるようにする． ○
2 その制御対象を含めたオープンループやクローズドループを理解し，フィードバック制御系を学習する． ○
3 制御対象を含めたブロック線図の描き方を学び，閉ループの図的意味を理解する． ○
4 複雑な機械システムの入出力関係を理解し，安定性解析の手法を習得する． ○
5 ボード線図や位相線図を描けるよう心がけ，古典制御という一制御手法を学ぶ． ○
6 古典制御の代表であるPID制御の基本を学び，ロボット制御系の設計手法を学ぶ． ○
成績評価方法と基準／Evaluation of Achievement
※出席は2/3以上で評価対象となります。
No. 到達目標
／Learning Goal		 定期試験
／Exam.		 レポート提出
1 機械システムのダイナミクス（運動方程式＝制御対象）を導けるようにする． ○ ○
2 その制御対象を含めたオープンループやクローズドループを理解し，フィードバック制御系を学習する． ○ ○
3 制御対象を含めたブロック線図の描き方を学び，閉ループの図的意味を理解する． ○ ○
4 複雑な機械システムの入出力関係を理解し，安定性解析の手法を習得する． ○ ○
5 ボード線図や位相線図を描けるよう心がけ，古典制御という一制御手法を学ぶ． ○ ○
6 古典制御の代表であるPID制御の基本を学び，ロボット制御系の設計手法を学ぶ． ○ ○
評価割合（％）
／Allocation of Marks		 70 30

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