科目コード | 科 目 名 | 学年 | 単位・時間 | 科目区分 | 授業形態 | 学修単位 | |||||||||||||
2226 | 制御工学Ⅰ : Control EngineeringⅠ | 4S | 2・100分 | 必修 | 講義・通年 | ○ | |||||||||||||
教 員 名 | 山根 健治 : YAMANE Kenji | ||||||||||||||||||
授業概要 | 制御工学に基づく高性能化・高機能化はロボットをはじめ先端的な精密機器、自動車・輸送機器、工作機械、産業用機械など様々な分野で欠くことのできない技術となっており、今後も種々の分野の新製品開発におけるキーテクノロジーとなることが期待される。 本科目では、初めて制御工学を学ぶ学生を対象に、伝達関数に基づく一入力一出力の制御系に関する基本的な手法と考え方を講義し、引き続き第5学年で学ぶ制御工学Ⅱと併せて、いわゆる古典制御理論における基礎的な概念を修得させる。 |
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到 達 目 標 | 評 価 方 法 | ||||||||||||||||||
(1)ラプラス変換を解析のためのツールとして使うことができる。 (2)伝達関数によるシステム構成要素の表現方法を理解できる。 (3)ブロック線図による制御システムの表現方法を理解できる。 (4)制御システムの過渡応答を理解できる。 (5)制御システムの周波数応答を理解できる。 (6)システムの安定性の概念を理解し、安定性を判別できる。 |
① 中間試験(40%)、 ② 期末試験(40%)、 ③ レポート・小テスト(20%) によって評価する。 | ||||||||||||||||||
学習・教育目標 | (C) ① | JABEE基準1(1) | (d)-(1)-① | ||||||||||||||||
授 業 計 画 | 回 | 項 目 | 内 容 | 授 業 計 画 | 回 | 項 目 | 内 容 | ||||||||||||
序論 | 自動制御の歴史、基本構成、分類、自動制御用語集 | 周波数応答 | 周波数応答と周波数伝達関数 | ||||||||||||||||
第1 | 第16 | ||||||||||||||||||
線形動的システムの表現 | 制御系の具体例、構成要素としての動的システム(力学系、電気系、熱系、流体系)、微分方程式、周波数特性、フーリエ変換、 | ベクトル軌跡1 | 比例要素、微分要素、積分要素のベクトル軌跡 | ||||||||||||||||
第2 | 第17 | ||||||||||||||||||
ラプラス変換1 | 複素数の四則演算、ラプラス変換の定義、ラプラス変換の具体例 | ベクトル軌跡2 | 一次遅れ系のベクトル軌跡、例題 | ||||||||||||||||
第3 | 第18 | ||||||||||||||||||
ラプラス変換2 | (演習) ラプラス変換の基本的性質、諸定理 |
ベクトル軌跡3 (演習) |
二次遅れ系、複合系のベクトル軌跡、例題 (演習) |
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第4 | 第19 | ||||||||||||||||||
ラプラス逆変換 | ラプラス逆変換の性質、展開定理、ラプラス変換表 | ボード線図1 | ゲイン特性、位相特性 比例要素、微分要素、積分要素のボード線図 |
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第5 | 第20 | ||||||||||||||||||
(演習)、 伝達関数 |
(微分方程式・ラプラス逆変換の演習)、 重み関数と畳み込み積分、伝達関数の定義 |
ボード線図2 | 一次遅れ系のボード線図、例題 | ||||||||||||||||
第6 | 第21 | ||||||||||||||||||
伝達関数によるシステムの表現 | 力学系、電気回路系、液位系の伝達関数 (演習) |
ボード線図3 | 二次減衰振動系のボード線図 | ||||||||||||||||
第7 | 第22 | ||||||||||||||||||
中間まとめ | 中間まとめとして試験を実施 | 中間まとめ | 中間まとめとして試験を実施 | ||||||||||||||||
第8 | 第23 | ||||||||||||||||||
(試験の解答) ブロック線図1 |
(試験問題の解説と解答) プロック線図によるシステムの表現 |
(試験の解答) ボード線図4 |
(試験問題の解説と解答) むだ時間系、直列結合系のボード線図 |
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第9 | 第24 | ||||||||||||||||||
ブロック線図2 | ブロック線図の等価変換 | (演習) | (ボード線図) | ||||||||||||||||
第10 | 第25 | ||||||||||||||||||
(演習) | (等価変換、伝達関数の導出) | フィードバックの意義 | フィードバックによる目標値応答と外乱応答 | ||||||||||||||||
第11 | 第26 | ||||||||||||||||||
過渡応答1 | インパルス応答、ステップ応答 比例要素、微分要素、積分要素の過渡応答 |
制御系の安定性1 | 制御系の応答と安定性 | ||||||||||||||||
第12 | 第27 | ||||||||||||||||||
過渡応答2 | 一次遅れ系の過渡応答 | 制御系の安定性2 | ラウス、フルビッツの安定判別法 | ||||||||||||||||
第13 | 第28 | ||||||||||||||||||
過渡応答2 | 二次遅れ系の過渡応答 | (演習) | (安定判別の演習) | ||||||||||||||||
第14 | 第29 | ||||||||||||||||||
過渡応答3 (演習) |
むだ時間系の過渡応答 (インパルス応答、ステップ応答に関する演習) |
まとめ | 全体のまとめを行い、制御工学Ⅱとの関連を説明する。また、授業評価アンケートを行う。 | ||||||||||||||||
第15 | 第30 | ||||||||||||||||||
関連科目 | 数学、物理、微分方程式、電気回路学 | ||||||||||||||||||
教 科 書 | 田中正吾 編 「制御工学の基礎」 (森北出版) | ||||||||||||||||||
参 考 書 | 相良節夫 著 「基礎自動制御」 (森北出版)、 伊藤正美 著 「自動制御概論」 (昭晃堂) | ||||||||||||||||||
授業評価・理解度 | 最終回に授業評価アンケートを行う。 | ||||||||||||||||||
副担当教員 | |||||||||||||||||||
備 考 |