制御工学(機械)
 Control Engineering
 担当教員:村松 鋭一(MURAMATSU Eiichi)
 担当教員の所属:大学院理工学研究科(工学系)応用生命システム工学分野
 開講学年:3年  開講学期:前期  単位数:2単位  開講形態:講義
 開講対象:機械システム工学科  科目区分:専門科目 
【授業の目的】
制御工学は制御対象が目標通りに動作するようにシステムを改善する技術である.伝達関数による制御対象のモデル化からはじまり,ボード線図やナイキスト線図による特性解析,PID制御などによる設計法を学習する.

【授業の到達目標】
機械システムにおける簡単な要素を伝達関数でモデル化でき、フィードバック制御系の特性解析と古典的な制御系設計ができることを目標にする。
(1)フィードバック制御の考え方をブロック線図を用いて説明でき、基本的な要素の伝達関数を求めることができる。(B)[DP5]および(F)[DP9]
(2)ベクトル軌跡、ボード線図の見方がわかり、ラウスの方法、ナイキストの方法により制御系の安定判別ができる。(B)[DP5]および(F)[DP9]
(3)制御系設計の古典的手法(PID制御,位相遅れ・位相進み補償)の考え方を説明できる。(B)[DP5]および(F)[DP9]

【授業概要(キーワード)】
伝達関数,フィードバック制御,ラプラス変換,特性方程式,周波数応答,ナイキスト線図,PID制御,メカトロニクス

【科目の位置付け】
機械システム工学の中でデザイン・ロボティクス分野の修得を目的とする科目である。機械システム工学科の学習・教育到達目標のうち、「B.機械工学の基礎」[CP2]、「F.自主的・継続的学習能力」[CP2]を目標とする科目である。

【授業計画】
・授業の方法
90分15回の講義で,解説を聴くとともにおよび基本的な例題に取り組みながら学ぶ.レポートの提出を課されるときがある.
・日程
1.動的システムのモデリングとフィードバック制御.
2.ラプラス変換と伝達関数.ブロック線図と伝達関数.
3.1次系,2次系の過渡応答.
4.極と零点.システムの安定性.安定判別法.
5.周波数応答関数.
6,ボード線図の読み方.
7.ボード線図の書き方.
8.ベクトル軌跡.
9.フィードバック制御系の安定性
10.ナイキストの安定判別法.
11.ゲイン余裕と位相余裕,感度関数.
12.制御系の定常特性・過渡特性.
13.コントローラの構成要素,PID制御.
14.位相進み遅れ補償,制御系設計.
15.期末試験とまとめ.

【学習の方法】
・受講のあり方
授業に遅れないこと.計算式を追うだけでなく,物理現象についてイメージを持ちながら興味をもって聞いて欲しい.毎回予習と復習をして授業に臨むこと.
・授業時間外学習へのアドバイス
制御理論は抽象的な説明がなされており,独学で習得するのは難しい.授業において具体例を見たり簡単な例題を解くことにより理解を深めてほしい.

【成績の評価】
・基準
伝達関数で表されるシステムの特性をボード線図や特性方程式から読み取ることができ,制御系設計ができることが基準である.
(1)フィードバック制御の構成をブロック線図で説明できる.
(2)微分要素,積分要素,1次系,2次系の例をあげることができる.
(3)基本的な伝達関数で表されるシステムのステップ応答を求めることができる.
(4)ブロック線図の見方がわかり,簡単な等価変換ができる.
(5)基本的な伝達関数のボード線図を作図できる.
(6)ボード線図を見てシステムの周波数応答を推定できる.
(7)システムの安定性を判別できる.
(8)PID制御,位相遅れ・位相進み補償の考え方を説明できる.
・方法
授業内容に対する到達度を,演習・レポートと期末試験の点数で評価する.演習・レポート40点満点,期末試験60点満点とし,これらの合計(100点満点)で60点以上を合格とする.

【テキスト・参考書】
教科書は、「制御工学入門」,村松鋭一著,養賢堂.を使用する。

【その他】
・学生へのメッセージ
制御工学は機械系の制御だけでなく,電気回路,化学プラントなどを対象とする一般的な学問です.伝達関数,安定性などの概念が抽象的なので,機械系の学生にとってイメージしにくいかも知れません.このような分野を習得するためには,簡単な例題を繰り返し演習することが大切です.理解が深まれば,機械分野をはじめ自然現象や社会現象のなかに入力・出力のフィードバック関係,安定性,周波数特性で説明できるものが多くあることに気づきます.
・オフィス・アワー
質問等がある場合は、水曜日 16:00~17:00に9号館710号室にて。

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