E0734500

システム基礎論1

Fundamentals of Systems Theory 1

開講部

工学部

開講学科

電気工学科

開講学年

1年次

開講時期

前期

単位数

2

単位区分

選択

系列区分

専門

講義区分

講義
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授業の概要

【授業の概要】システム論の基礎である線形システム論の基本的な知識を習得することを目的とする。システムの数学的モデル化、システムの線形化、システムの状態微分方程式記述などについて行列論と関連付けながら学習する。システム論の概説に続いて、システム論で必要な微分方程式の基礎を、物理的な物体の運動を例として、運動の微分方程式記述、微分方程式の解法について学ぶ。さらに電気回路の過渡現象解析についても微分方程式記述・解法の例題演習をする。次にシステム論で必要なラプラス変換についての基本的な事項を学習する。微分方程式とラプラス変換の関係、ラプラス変換の諸公式についても学習する。システムを解析するため、システムを数学的なモデルで表現し、微分方程式で記述する。微分方程式は一般には非線形であるので線形化され、システムに状態変数を導入した状態微分方程式で表現される。微分方程式を図で表現するためブロック線図、状態変数線図について学ぶ。さらにシステムを統一的に表現するためにラグランジェの運動方程式を導入し、これからシステムの状態微分方程式を導く方法についても学ぶ。

達成目標

1.システムの概念の理解、システムの微分方程式記述、微分方程式の解法ができる。(授業計画の1?3に対応)
2.ラプラス変換、ラプラス逆変換の計算ができる。ラプラス変換の諸定理が理解できる。(授業計画の4.6に対応)
3.2次系の微分方程式記述・ラプラス変換記述および2次系の解析ができる。
(授業計画の7に対応)
4.システムの数学モデル化方法、システムと状態方程式、ブロック線図と状態方程式の関係が理解でき、非線形システムの線形化ができる。(授業計画の8?12に対応)
5.ラグランジェの運動方程式と状態方程式の関係の理解ができる。
(授業計画の13,14に対応)

授業計画

1.システム論概説
  ・システムとは
  ・線形システム論について
2.微分方程式
  ・微分方程式とは
  ・物体の運動の微分方程式記述および解法
3.微分方程式の解法  
  ・電気回路の過渡現象解析
  ・常微分方程式の解法
4.ラプラス変換(1) 
  ・ラプラス変換とは
  ・ラプラス変換とラプラス逆変換
5.ラプラス変換(2) 
  ・ラプラス変換の線形性
  ・デルタ関数、インパルス応答
6.ラプラス変換(3)
  ・微分のラプラス変換、積分のラプラス変換
  ・最終値の定理、初期値の定理
7.ラプラス変換(4) 
  ・ラプラス変換の展開定理
  ・二次系の解析
8.システムの数学モデル化 
  ・動的システムと静的システム
  ・線形システム
9.システムと状態方程式 
  ・電気システムと機械システム
  ・電気?機械システム
10.ブロック線図と状態方程式 
  ・ブロック線図、積分器
  ・状態変数線図
11.非線形システムの線形化
  ・線形システムと非線形システム
  ・タンクシステム
12.システムの線形化 
  ・オートノマスな非線形システム、平衡点、基準点
  ・非線形微分方程式のテーラー展開
13.ラグランジェの運動方程式と状態方程式(1) 
  ・一般化座標、一般化速度
  ・運動エネルギー関数、ポテンシャルエネルギー関数、位置エネルギー関数
14.ラグランジェの運動方程式と状態方程式(2)
  ・ラグランジェの運動方程式
  ・ラグランジアン,例題演習
15.期末試験

評価方法と基準

達成目標1は演習またはReport1
達成目標2は演習またはReport2
達成目標3は演習またはReport3
達成目標4,5は演習またはReport4
Short Test
で評価する。
科目の合否は演習またはReport 4回,Short Test1回、期末試験との合計点で評価する。
 (演習またはReport4回:100点満点)
 (Short Test:100点満点)
 (期末試験:100点満点)
とし,Report:20%,Short Test:10%、期末試験70%の合計点の60%以上
を合格とする。

教科書・参考書

教科書:システム制御理論入門(小郷、美多共著、実教出版)     
参考書:

履修前の準備

線形代数1,微分積分1を履修することが望ましい

学習・教育目標との対応

1.D3:電気工学の専門分野における理論と技術を学び、これら知識を駆使することにより,与えられた課題を解決することができる。

オフィスアワー

授業後研究室で対応する

環境との関連

環境に関連しない科目

最終更新 : Thu Sep 20 07:54:02 JST 2012