【授業の目的】
本授業では,線形制御理論の基礎を学び、将来、実用的な制御回路や制御システムを設計する際に必要となる基本的事項を理解し,論理的な思考力を習得することを目的とする。 現在、我々を取り巻いている様々な家電機器やロボットさらにはロケットなどの先端的なシステムを動かすために、自動的な制御が必要となる。その中で、フィードバック制御が最も基礎的な手法である。講義を通し、系(システム)の特性及びフィードバック制御の基礎的な事項を学び、簡単なフィードバック制御系の機構が理解できること、さらに設計できるための制御工学の基礎を習得し,応用や新技術に繋がる基盤形成を目的とする。
【授業の到達目標】
(1) 簡単な回路の伝達関数が書けること.【技能】 (2) 簡単な回路について周波数応答が計算できること.【技能】 (3) 与えられた伝達関数から、出力信号の時間応答を求めることができる.【技能】 (4) 帰還制御回路の安定性判別について理解できる.【知識・理解】 (5) 制御回路の過渡特性について理解できる.【知識・理解】 (6) 制御回路の定常特性について理解できる.【知識・理解】
【授業概要(キーワード)】
伝達関数,周波数応答,時間応答,安定性,過渡特性,定常特性
【科目の位置付け】
○これまで学んできた専門科目の内容を基礎としてそれらを統合し、さらに高度な専門知識を広めるとともに、色々な知識を統合する経験を通じて、自主的、継続的な学習能力を養う.(カリキュラム・ポリシーに準じる) ○制御工学の基礎となる科目:工業数学・電気回路・電子回路・システム工学・力学・(熱力学・化学)
【SDGs(持続可能な開発目標)】
04.質の高い教育をみんなに 09.産業と技術革新の基盤をつくろう
【授業計画】
・授業の方法
基本的にテキストに沿って毎回90分の対面講義を行い,講義の中でまとめと共に中間試験と期末試験を行う.状況によっては,遠隔授業の場合も有るが,その際は事前に連絡する。
・日程
この授業は,原則として毎週木曜日7・8校時に以下の内容で行う。 1.講義内容と進め方/数学的準備、動的システムのモデルと解析 2.数学的準備(ラプラス変換) 3.動的システムと数式モデル 4.動的システムと数式モデル 5.伝達関数(ブロック線図) 6.伝達関数1 7.伝達関数2 8.中間試験とまとめ、 9. 動的システムの時間応答と安定性1 10.動的システムの時間応答と安定性2 11.システムの周波数応答1 12.システムの周波数応答2、フィードバック制御系の設計 13.フィードバック制御系の構成と考え方/安定性 14.フィードバック制御系の応答特性と仕様 15.期末試験とまとめ
【学習の方法・準備学修に必要な学修時間の目安】
・受講のあり方
制御工学では数学をたくさん使う。特に新しい数式の使い方などについては授業中に注意深く説明を聞いて欲しい.講義期間中、数学的な取扱について不明な点があるときは、各自ただちに確認して補っておくこと。先に進めば進むほど難しくなるだけである。
・授業時間外学習(予習・復習)のアドバイス
テキストを読むとともに、1年次の専門数学や2年次の電気回路、線形システム基礎の復習を怠らないこと。復習は時間を惜しまず,関連科目も含めてより深く理解できるよう努力して欲しい.時間の目安は,週3-4時間である。授業時間内に例題や演習問題を扱うが、時間が限られているので、各自で演習問題に取り組み問題を解けるように実力を付けること。
【成績の評価】
・基準
学科のディプロマポリシーに沿って, ○簡単な回路の伝達関数や周波数応答が求められることを合格基準とする。 ○伝達関数から、出力信号の時間応答を求められることを合格基準とする。 ○帰還制御回路の安定性判別について説明できることを合格基準とする。 ○制御回路の過渡特性や定常特性について説明できることを合格基準とする。
・方法
上記、科目の達成目標に記載の項目について試験を行い、以下の基準を満足したものを合格とする。原則的に中間試験50点と期末試験50点の合計100点満点で、60点以上を合格とする。場合により,中間・期末試験をレポート課題に代える場合も有るが,その際は事前に周知を徹底する。
【テキスト・参考書】
斎藤制海、徐粒:「制御工学-フィードバック制御の考え方-」(計測と制御シリーズ)、森北出版 (2003) 阿部健一、古沢誠:「システム制御工学」(電気・電子工学基礎シリーズ)朝倉書店(2007)
【その他】
・学生へのメッセージ
制御工学は、一見あまりにも数学的で抽象的に見えると思うが、実はかなり実用的である。具体的な制御回路を取り扱う際の指針を与える内容であり、電気電子工学分野の仕事にとって極めて重要な分野であるから、しっかりと勉強されたい。 2年後期の線形システム基礎を履修していること。ラプラス変換を多用する。線形システム基礎を受講していない学生は、自分でラプラス変換について予習すること。3年前期までの履修科目の内容を部分的に触れるので、前期までの基本事項を復習しておくこと。
・オフィス・アワー
教員の部屋:9-803号室、オフィスアワーは随時 授業後,不明な点は自由に質問してほしい
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