Japanese / English

A0460400

制御工学１

Control Engineering 1

開講部

工学部

開講学科

機械工学科

開講学年

3年次

開講時期

前期

単位数

2

単位区分

選択必修

系列区分

専門

講義区分

講義

教育目標

D-3
教授内村裕この先生のアンケート一覧を参照

授業の概要

　制御工学は，現代社会を根幹で支えるインフラから，最新の自動車や最先端のロボットまで，様々な分野に応用されている．このような制御の対象となるシステムが，安定かつ所望の動作をするためには，どうしたら良いかを理論的に体系的したものが制御工学である．制御工学１では，入力に対する影響が出力に現れる「因果性を満足するシステム」を対象に，システムからの出力結果を入力に反映することで，所望の動作を実現する「フィードバック制御」を中心に学ぶ．フィードバック制御系の設計においは，対象となるシステムの入出力関係を，周波数領域で表現した方が扱いやすく，そのための数学的な道具である「ラプラス変換」や「伝達関数」について習得する．また，時間領域におけるシステムの挙動と伝達関数の特異値である「極」や「零点」の関係についても学び，システムの安定性と極の相関について学習する．最後に，安定性と制御性能を向上する制御器の設計法の実際について学ぶ．

授業の目的

本講義では以下の知見の習得を目的とする
・物理現象のモデル化を周波数領域で扱う
・入出力関係を伝達関数で表現できる
・システムの安定性を解析できる
・伝達関数の解析によりシステムの性能が把握できる

達成目標

1.微分方程式による数学モデルによってシステムを表現できる．
2.ラプラス変換を理解し応用することができる．
3.基本的なシステムの伝達関数と特性が理解できる．
4.システムの安定条件と特性方程式の極の関係を理解し、安定判別ができる．
5.フィードバック系の応答特性と性能を解析できる．
6.直列補償およびPID制御による制御系の設計ができる．

授業で使用する言語

日本語

授業計画


【授業計画】【授業時間外課題（予習および復習を含む）】
1.制御とは何か
　　　　実社会における制御の実用例，線形システムの性質 		教科書P1〜P14の予習
2.フィードバック制御の構成
　　　　制御系の基本構成，ブロック線図，フィードバック制御の効果 		教科書P15〜P30およびプリントの予習
3.線形微分方程式とシステムの応答
　　　　システムの微分方程式表現，インパルス応答とたたみ込み積分
　　　　演習 		教科書P31〜P46およびプリントの予習
4.ラプラス変換
　　　　ラプラス変換の定義，ラプラス変換の定理，ラプラス変換の応用 		教科書P46〜P61およびプリントの予習
5.周波数応答と伝達関数
　　　　ラプラス変換による伝達関数の定義
　　　　演習 		教科書P62〜P77およびプリントの予習
6.周波数応答の表示と基本伝達関数の特性
　　　　ナイキスト線図，ボード線図，一次遅れ・進み要素 		教科書P77〜P101およびプリントの予習
7.二次要素の特性とむだ時間要素
　　　　二次要素の時間応答と周波数応答，むだ時間要素の特性
　　　　演習 		教科書P101〜P118およびプリントの予習
8.授業の理解度の確認と中間試験による評価 教科書P1〜P118およびプリントの予習
9.システムの安定性と安定判別法
　　　　閉ループ伝達関数と安定性，ラウス，フルビッツの判別法 		教科書P119〜P129およびプリントの予習
10.安定性と安定度
　　　　ナイキストの安定判別法，位相余裕とゲイン余裕の評価
　　　　演習 		教科書P130〜P143およびプリントの予習
11.速応性と定常特性
　　　　時間領域の過渡特性，定常偏差の解析方法 		教科書P144〜P165およびプリントの予習
12.フィードバック制御系の設計（１）
　　　　フィードバック系の閉ループ特性および開ループ特性
　　　　演習 		教科書P166〜Pおよびプリントの予習
13.フィードバック制御系の設計（２）
　　　　直列補償による特性の改善とPID制御の設計法 		教科書P176〜P200およびプリントの予習
14.フィードバック制御系の設計（３）と全体のまとめ
　　　　根軌跡法による設計法 		教科書P200〜P217およびプリントの予習
15.授業の理解度の確認と期末試験による評価 教科書P119〜P217およびプリントの予習

評価方法と基準

演習・レポート 20％，中間試験 30％，期末試験 50％
の配分で評価し、総合点60％以上を合格とする。

教科書・参考書

「自動制御理論」樋口龍雄著　森北出版

履修登録前の準備

微分積分１（数理専門基礎科目）を履修し内容を理解していること．
また，ラプラス変換（数理専門基礎科目）を履修していることが望ましい．

学習・教育到達目標との対応

1.(D-3)機械を製作し運用するために必要な工学特有の手法（計測，制御，設計，加工，ICTなど）に習熟し，それらを問題の状況に応じて適切に使うことができる．

オフィスアワー、質問・相談の方法

・授業終了後および平日午後随時（事前にメール等で連絡のこと）．

環境との関連

環境に関連しない科目

地域志向

地域志向ではない科目

社会的・職業的自立力の育成

・知識活用力を育成する科目

アクティブ・ラーニング科目

該当しない

授業の到達目標と各学科の学習・到達目標との対応

最終更新 : Sat Sep 24 08:33:54 JST 2016