授業科目名(和文)
[Course]
制御工学Ⅰ <制御理論>
授業科目名(英文)
[Course]
Control Engineering I <Control Theory>
学部(研究科)
[Faculty]
情報工学部
学科(専攻)
[Department]
人間情報工学科/スポーツシステム工学科
担当教員(○:代表教員)
[Principle Instructor(○)
and Instructors]
井上 貴浩  自室番号(2304)、電子メール(inoue**ss.oka-pu.ac.jp)
※利用の際は,** を @に置き換えてください
単位数
[Point(Credit)]
2単位
対象学生
[Eligible students]
2年次生
授業概略と目標
[Course description and Objects]
普段の生活の中で出会う機械システム(エレベータ,ファンヒータ,エアコン等々)では,規模や複雑度こそ異なるが何らかの“制御”が組み込まれている.共通点として人間環境と直結したインターフェースであるということである.つまり,目まぐるしくかつ動的に変化する外部環境をうまく処理しながらシステムを運用する必要がある.その手法が制御理論(工学)である.本講義では,制御工学の基礎数学であるラプラス変換から始まり,ブロック線図,伝達関数といった基礎制御理論を学ぶ,また,時間応答や周波数応答,安定性解析,フィードバック系の安定性解析までを網羅した授業構成とし,ロボット制御において実用性の極めて高い古典制御の代表であるPID制御までを学習する.
到達目標
[Learning Goal]
1. 機械システムのダイナミクス(運動方程式=制御対象)を導けるようにする.
2. その制御対象を含めたオープンループやクローズドループを理解し,フィードバック制御系を学習する.
3. 制御対象を含めたブロック線図の描き方を学び,閉ループの図的意味を理解する.
4. 複雑な機械システムの入出力関係を理解し,安定性解析の手法を習得する.
5. ボード線図や位相線図を描けるよう心がけ,古典制御という一制御手法を学ぶ.
6. 古典制御の代表であるPID制御の基本を学び,ロボット制御系の設計手法を学ぶ.
履修上の注意
[Notes]
1年次配当の「力学」と2年次配当の「フーリエ解析」を履修することが望ましい.また,制御工学に関する演習書が多く出版されているので,演習問題を復習で利用することが望ましい.
その他: 本講義は3年次生開講の「創造設計・実験I,II」や「メカトロニクス」に深く関連する.また,運動器具開発をはじめとする製造業や生産開発系企業の幅広い分野で必要不可欠の学問である.したがって,より多くの学生が本講義を履修することを望む.
授業計画とスケジュール
[Course schedule]
1. 自動制御の基礎
2. 制御工学のための基礎数学(ラプラス変換)
3. 制御系のブロック線図
4. 伝達関数
5. 時間応答法の基礎
6. インパルス応答とステップ応答
7. 一次遅れ系と二次遅れ系
8. 周波数応答法
9. ベクトル軌跡
10. ボード線図
11. 位相線図とゲイン余裕
12. 根軌跡法
13. PID制御の基礎
14. PID制御の応用
15. 閉ループ系の安定性
成績評価方法と基準
[Grading policy (Evaluation)]
成績評価は中間試験(35%),期末試験(35%),10回程度のリポート提出(10%),6回程度の小テスト(20%)の成績を勘案し行う.
教科書
[Textbook]
教科書:「基礎と実践 制御工学入門」,横山,濱根,小野垣 著,コロナ社,2009
参考書:「詳解制御工学演習」,明石,今井,共立出版,1981
参考書:「Control Systems Engineering, sixth ed.」, N.Nise, John Wiley & Sons, Inc., 2011
自主学習ガイド及び
キーワード
[Self learning]
教科書の章末問題のみでは不足するため,演習書を入手し普段から自習を行うと同時に講義ごとに必ず復習すること.また,宿題を多く課すが自力で解くことにより定期試験に備えること.
開講年度
[Year of the course]
27
備考 システムの動特性を解析する上で周波数領域で行うことが多い.本学問はその入門であると言える.また,ロボット制御(機械システムを思い通りに動かすこと)における基礎的学問であるのと同時に,音声信号処理にも通じる汎用性の高い学問領域であるので,本学科学生にとっては有意義な講義になる.