授業科目名

syl.-122-352
sub.-122-103351
120321
自動制御 Automatic Control

担当教員名

三谷祐一朗 MITANI Yuuichiroh

対象クラス
単位数
必修／選択
開講時期
授業区分
授業形態

機械工学科4年生
2履修単位
必修
通年
基礎・専門工学系
講義

実施場所

Ｃ科棟３Ｆ Ｍ４ＨＲ

Syllabus Id
Subject Id
作成年月日

授業の概要(本教科の工学的、社会的あるいは産業的意味)
産業機器はもちろん，輸送機器や家電など，今やコンピュータ制御無くしては，生活が成り立たなくなった．すなわち，機械工学の専門家であっても，制御の知識を要求される時代となった．本科目は，そのような要求を満たす技術者となるための，自動制御に関する基礎的な事を学習し，社会に貢献できる人材となる事を目的とする．

準備学習(この授業を受講するときに前提となる知識)
フックの法則，ニュートンの三法則，オームの法則，ＲＣ回路，微分・積分，微分方程式，複素関数論，ラプラス変換，フーリエ変換，固有値問題，ベクトル解析
Weight 目標
A
工学倫理の自覚と多面的考察力の養成◎
B
社会要請に応えられる工学基礎学力の養成
C
工学専門知識の創造的活用能力の養成
D
国際的な受信・発信能力の養成
学習・教育目標
E
産業現場における実務への対応能力と、自覚的に自己研鑽を継続できる能力の養成
B:数学、自然科学、情報技術を応用し、活用する能力を備え、社会の要求に応える姿勢(社会要請に応えられる工学基礎学力)

学習・教育目標の達成度検査
1. 該当する学習・教育目標についての達成度検査を、年度末の目標達成度試験を持って行う。
2. プログラム教科目の修得と、目標達成度試験の合格を持って当該する学習・教育目標の達成とする。

3.目標達成度試験の実施要領は別に定める。

授業目標
数学，自然科学，情報技術を応用し，活用する能力を備え，社会の要求に応える姿勢を身につける事を目標とする．具体的には，（１）力学や電気，数学の知識を用いて解析し，その応用例を示す事ができる．
（２）計算を通じて自然現象を観測し，そこから現象の法則性を抽出する事ができる．
（３）微分方程式や伝達関数，状態方程式を用いて自然現象をモデル化し，工学技術的な応用を前提として，シミュレーションする事ができる．
（４）基礎知識を統合し，創造性を発揮して課題を探求し，組立，解決する事ができる．
以上４つの目標を目指す．

授業計画（プログラム授業は原則としてプログラム教員が自由に参観でますが、参観欄に×印がある回は参観できません。)
回
第1回
第2回
第3回
第4回
第5回
第6回
第7回
第8回
第9回
第10回
第11回
第12回

メインテーマ

サブテーマ

参観

内容紹介と学生の 制御のデモンストレーション（倒立振子），シラバスの説明，Moodleのコンテ
授業に対する認識 ンツの説明（主としてレポート作成方法），Ｈ２３年度授業の感想・希望集計の把握
結果紹介，数学基礎テスト
数学小テスト解答・解説，自動制御の概念（事例：空調機，水位制御，自動ふ化器，遠心調速機），ＰＩＤ制御
講義概要
on-off制御（例：冷蔵庫，こたつ），ブロック線図（記号の意味，等価変換），DCモータの運動方程式
モデリング
ラプラス変換（１） ＤＣモータ・ＲＣ回路の微分方程式とラプラス変換を用いた入出力関係の導出，ラプラス変換の定義，微分の定理
ラプラス変換（２） ラプラス変換の意義，時間関数のラプラス変換（exp(at)，1(t)，δ (t)），ラプラス変換諸定理（線形性，積分の定理，最終値の定理，時間領域における移動）
伝達関数(1)
畳み込み積分と伝達関数
ＤＣモータ・ＲＣ回路の伝達関数，一次遅れ要素と時定数・ゲイン定数・インディシャル応答
時間応答
前期中間試験
最終問題に，授業の感想・希望記述×
試験問題の解答例の紹介と解説，最終問題の集計結果説明（授業の改善へ），成績集計結果
試験解答・解説
閉ループ伝達関数，一巡伝達関数，Ｐ・Ｉ・Ｄ制御の式とそれぞれの制御器の伝達関数
伝達関数(2)伝達関数の安定性（特性方程式（１次式，２次式），極（実数，複素数），例題）
安定性(1)
フィードバック制御と安定性，特性方程式と極，一次遅れ要素に対する，Ｐ・Ｉ・Ｄ制御の安定範囲の導出
安定性(2)

第13回
第14回
第15回
第16回
第17回
第18回
第19回
第20回
第21回
第22回
第23回
第24回
第25回
第26回
第27回
第28回
第29回
第30回
第31回
第32回

安定性(3)
総復習
前期末試験
試験解答・解説
二次遅れ要素(1)
二次遅れ要素(2)周波数応答(1)周波数応答(2)周波数応答(3)
ミニ実験(1)
後期中間試験
試験解答・解説
ミニ実験(2)

フルビッツの安定判別法とそれを用いた一次遅れ要素に対するＰ・Ｉ・Ｄ制御の安定範囲の導出

ラプラス変換から安定性まで（例題を用いて）最終問題に，授業の感想・希望記述×
試験問題の解答例の紹介と解説，最終問題の集計結果説明（授業の改善へ）
二次遅れ要素（伝達関数の一般形，１自由度振動系の運動方程式とその解）二次遅れ要素（非減衰固有角周波数ω nと減衰比ζ の導出，固有振動数とω n，ζ との関係），部分分数展開

伝達関数と周波数応答との関係
伝達関数と，ボード線図・ベクトル軌跡の関係，積分要素のボード線図・ベクトル軌跡
一次遅れ要素のボード線図：ローパスフィルタとしての利用・ベクトル軌跡），ナイキストの安定判別法（特徴・ハウリング）

ＤＣモータ速度制御実験装置を用いた周波数応答測定，ＰＩＤ制御
最終問題に，授業の感想・希望記述×
試験問題の解答例の紹介と解説，最終問題の集計結果説明（授業の改善へ）
磁気浮上実験装置を用いたＰＩＤ制御，周波数応答測定
ナイキストの安定判別法 使い方・描き方・導出・安定とは？
(1)
ナイキストの安定判別法
フルビッツの安定判別法で判別できない例，ナイキストの安定判別法の使い方と本質，ゲイン・位相余裕(2)シミュレーション(1) オイラー法による微分の差分近似，微分方程式dx(t)/dt = t, x(0)=0の近似解
シミュレーション(2) ＲＣ回路のモデリング・離散化・インディシャル応答のシミュレーション，ＲＣ回路におけるＰ制御シミュレーション
シミュレーション(3) ＲＣ回路におけるＰ・Ｉ・Ｄ制御のシミュレーション
学年末試験最終問題に，授業の感想・希望記述×
試験問題の解答例の紹介と解説，最終問題の集計結果説明，成績集計結果，授業アンケート
試験解答・解説

課題出題：授業での学生からの質問や反応を見て，その都度決定
提出期限：出題した次の週
提出場所：授業開始直後の教室
オフィスアワー：木・金の放課後，教員室（機械工学科棟４Ｆ）

評価方法と基準評価方法：（１）力学や電気，数学の知識を用いて解析し，その応用例を示す事ができる．
（２）計算を通じて自然現象を観測し，そこから現象の法則性を抽出する事ができる．
（３）微分方程式や伝達関数，状態方程式を用いて自然現象をモデル化し，工学技術的な応用を前提として，シミュレーションする事ができる．
（４）基礎知識を統合し，創造性を発揮して課題を探求し，組立，解決する事ができる．
以上を，授業やレポート，試験を通じて評価し，その結果を，授業中の評価を10%，レポートを30%，試験を60%として，成績に反映させる．なお，総合評価が不合格となった者については，全ての内容を範囲とする追加課題および，追加試験または再試験を実施する．

評価基準：
前期中間試験15%，前期末試験15%，後期中間試験15%，学年末試験15%，レポート30%，授業態度（授業中の回答，忘れ物，遅刻）10%で合計100%とする．評価方法（１）から（４）を総合的に評価し，60点で合格とする．なお，追試験･再試験については，レポート評価および試験結果が60点以上で60点の合格とする．

教科書等
先修科目
関連サイトのURL

JSMEテキストシリーズ 制御工学 日本機械学会(著) \1,980
情報処理基礎，電気工学，プログラム演習，電子工学，電子計算機
社団法人 計測自動制御学会 http://www.sice.or.jp/

授業アンケー
トへの対応「授業内容がシラバスと一致していましたか？」の質問に対し，７割以上の学生が「あまり良くない」「悪い」と答えている．これは授業の進行を，学生の理解度に合わせていることや，学生の発言・質問になるべく丁寧に答える努力をした結果，予定通りに進行しなかったことが一番の原因と考える．それは，「あなたの質問に対して教員から的確な回答が得られましたか」の質問に対して，８割以上の学生が「非常に良い」「良い」と答えている事からも推察できる．シラバスの内容は，授業の進行の実績から毎年書き換えており，改善を重ねている．この科目が４年生で実施されるようになって２年が経ち，目標も少しずつ定まりつつある．試行錯誤の後，授業内容を固定していきたいと考えている．

備考

1.試験や課題レポート等は、JABEE 、大学評価・学位授与機構、文部科学省の教育実施検査に使用することがあります。
2.授業参観されるプログラム教員は当該授業が行われる少なくとも1週間前に教科目担当教員へ連絡してください。