制御工学IA

科目名
Course Title
授業コード 単位数 配当年次 開講期間
Term
科目分類 ナンバリング
コード
曜日
コマ
教室 担当教員氏名
Instructor
制御工学IA
Control Engineering I A
B200670001 2 3 前期授業 専門科目 BEELE3424-J1 木2 B4-東K-401 原 尚之

オフィスアワー

金曜日,12:15~12:45,B4棟W431
事前に連絡しておくことが望ましい。

授業目標

フィードバック制御系の解析および設計の基本的な内容を理解することを目的とする。具体的な達成目標を以下に示す。
1.フィードバック制御の役割・目的について理解すること。
2.簡単な線形ダイナミカルシステムの数理モデル(微分方程式による表現)を求め、その伝達関数表現を計算できること。
3.ブロック線図について理解し、複雑なブロック線図の簡単化ができるようになること。
4.システムのインパルス応答・ステップ応答の定義を理解し、低次のシステムについては具体的に計算できること。
5.1次系・2次系の応答特性・性質(時定数、減衰係数、自然角周波数,etc)を理解する。
6.ダイナミカルシステムの安定性の定義および安定判別法を理解し、具体的に与えられたシステムの安定性を判別できること。
7.周波数応答関数およびベクトル軌跡、ボード線図など周波数領域からみたシステムの特徴付けを理解し、特に、低次システムについてはベクトル軌跡、ボード線図が描けるようになること。またフィードバック系の安定判別法であるナイキストの安定判別法について理解すること。
8.フィードバック制御系の目標値追従特性や外乱除去特性について理解し、積分器と定常偏差の関係を把握すること。
9.根軌跡法について理解し、低次システムの根軌跡を描けるようになること。
10.PID制御の考え方を理解し,説明できること。

教科書

杉江俊治・藤田政之:フィードバック制御入門、コロナ社

参考書

講義で扱う内容を含む本として,例えばつぎのようなものがある。
・森:演習で学ぶ基礎制御工学、森北出版
・太田(編著):制御工学、オーム社
(これ以外にも良書は多数ある)
また次の本では、制御工学の基本的な考え方ととその応用例がやさしく述べられている。
・木村:制御工学の考え方、講談社
次の本も基本的な考え方を理解するのに有用である。
・P.K. Janert (野原 監訳)エンジニアのためのフィードバック制御入門、オライリー・ジャパン
Pythonを使い実際にシミュレーションもしたい人には次の本を薦める。
・Pythonによる制御工学入門

関連科目

制御工学IIA

授業時間外の学習(準備学習等について)

講義の流れは基本的には教科書に従う。授業前・後には教科書・ノートを読み予習・復習をすることが望ましい。宿題として指示される教科書の各章末の演習問題を解くことに加え、理解度の向上を図るため、それ以外の演習問題にも積極的に取り組む必要がある。実際に自分の手を動かし演習問題を解かないと習得することは難しい。

授業の概要

制御は人間の技術的欲求を背景として生まれたものであり,今日では制御の恩恵に与らない技術を考えつくのが難しいほど,人間社会に深く浸透している。制御技術の進歩は制御対象を動的システムとしてモデル化するところから始まる。本講義では,1つの入力と1つの出力をもつプラントを制御対象としたフィードバック制御の概要を講述する。伝達関数とブロック線図に基づくフィードバック制御系のモデル化手法や代表的な伝達要素の過渡応答,周波数応答に習熟させるとともに,安定性,速応性,定常偏差などの制御系の性能との関係,性能評価法について理解させる。

授業計画

1 序論および制御工学の意義
2 動的システムの表現、線形性、非線形システムの線形化
3 ラプラス変換、逆ラプラス変換
4 伝達関数
5 ブロック線図
6 過渡応答(ステップ応答、インパルス応答)
7 1次系・2次系のステップ応答、インパルス応答
8 ダイナミカルシステムの安定性
9 フィードバック制御系の特性
10 根軌跡法
11 周波数応答1(周波数応答応答関数、ベクトル軌跡)
12 周波数応答2(ボード線図、ボード線図の性質)
13 周波数応答による安定判別(ナイキストの安定判別法)
14 ゲイン余裕・位相余裕
15 PID制御
16 定期試験

成績評価

授業目標1~10の理解度により成績評価をおこなう。成績が合格(C以上)となるためには、授業目標1~10の項目において,基本的な制御工学の用語を簡潔に説明できること,また基本的な問題(教科書の例題レベル)が解けることが必要である。成績は,期末試験の成績(80%)、小テストの評価(20%)により判定する。

備考(実務経験の活用を含む)

出席回数が10回に満たない場合は期末試験の受験資格を与えない。ただし、「特別な事情で欠席する旨を担当教員へ届け出て、許可を得た場合」を除く。また、交通事故などの特別の理由なく遅刻した場合、および授業中に居眠り、携帯メールのやりとり、指示外のレポート作成、その他授業に集中しない行為を継続して行った場合には欠席扱いにすることがある。欠席した授業については別途レポート提出を求めることがある。期末試験終了後に,レポート提出等の救済措置は一切しない。病欠・交通トラブル・その他特別な事情により期末試験を受けられなかった場合には、事由を証明する書類の提出がある場合に限り、再試験、レポート提出等の措置を行う。