Syllabus Id
Subject Id
作成年月日

授業科目名

syl.-092-352
sub-092-103350
090324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5年生
２学修単位
必修
通年
基礎・専門工学系
講義

実施場所

機械工学科棟３Ｆ Ｍ５ＨＲ

授業の概要(本教科の工学的、社会的あるいは産業的意味)
本授業の主要なテーマは，ＲＣ回路・バネ－質点系における制御系の設計である．自動制御は１８世紀にワットが発明した蒸気機関に既に応用されていた．テーマとして挙げた１次，２次システムを学べば，化学プラント，モータ，機械，建築等，多くの分野の制御系設計に応用出来る．現在利用されている制御技術の大半はＰＩＤ制御である．ここでの制御系設計法を学ぶことは，そのまま工業界の設計に応用し得る．

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
1.ＲＣ回路やバネ－質点系等，簡単な制御対象のモデリングが出来ること（微分方程式・伝達関数・状態空間表現）．
2.１次，２次系の制御対象の時間応答，周波数応答が導出でき，極との関連性が説明できること．
3.１次，２次系の制御対象において，安定なＰＩＤ制御器が設計できること．
4.１次，２次系の制御対象において，安定な状態フィードバック制御系が設計できること．
5.自ら問題を設定する課題を出すことで，構想力や問題設定力を発揮し，解決する方法を学習したことを元に検索できること．
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。)
参メインテーマ
サブテーマ
回
観
第1回
内容紹介と学生の 授業方針
授業に対する認識 評価方法・授業概要・レポート作成方法の把握
制御に関する学生の，認識の把握のためのアンケートを実施
第2回
制御事例紹介マＲＣ回路におけるＰＩＤ制御実験のデモンストレーション，授業の概要説明
第3回
ラプラス変換
定義・諸定理第4回
伝達関数（１）
一次遅れ要素，ゲイン定数，時定数，インディシャル応答，単位インパルス
第5回
伝達関数（２）
Ｐ，Ｉ，Ｄ制御器の伝達関数，開ループ・閉ループ伝達関数
第6回伝達関数（３）ＰＩＤ制御による定値制御の時間応答
第7回
周波数応答
ＲＣ回路における周波数応答，ボード線図
第8回
前期中間試験
最終問題に，授業の感想・希望記述
×
第9回
試験の解答・解説 模範解答・解説，試験結果より補強すべき項目の復習
第10回
時間応答の例
ＤＣモータにおける閉ループ応答，定常偏差，二次遅れ要素における時間
第11回
二次遅れ系
非減衰固有角周波数，減衰比
第12回
安定性（１）
特性方程式，極，安定性とは，様々な伝達関数における安定性

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（２）
フルビッツの安定判別法，一次遅れ要素に対するＰＩＤ制御の安定性
安定性（３）
安定性のまとめ，オーバーシュートのないＩ制御器の設計
前期末試験
最終問題に，授業の感想・希望記述
×
試験の解答・解説 解答の詳説，最終問題の集計結果説明，授業方法の修正
安定性（４）
磁気浮上システムとその安定化
安定性（５）
二次遅れ要素に対する振動しないＤ制御器の安定設計
状態方程式（１） 状態方程式の概要，伝達関数から状態方程式へ
状態方程式（２） ＲＣ回路・２自由度振動系における状態方程式，状態方程式と伝達関数との状態フィードバック（１） 状態フィードバックと閉ループとの関係，極配置法
状態フィードバック（２） 磁気浮上システムにおける状態フィードバック制御
後期中間試験
最終問題に，授業の感想・希望記述
×
試験の解答・解説 模範解答・解説，試験結果より補強すべき項目の復習
固有値・固有ベクトル 固有値・固有ベクトルの物理的概念
状態フィードバック（３） オブザーバによる状態変数の推定と収束条件
状態フィードバック（４） 状態フィードバックとＰＩＤ制御との関係，可制御・可観測状態フィードバック（５） 固有値・固有ベクトル・システム行列の対角化と収束性
状態フィードバック（６） 最適制御系の設計とＰＩＤ制御のフィードバックゲインの決定状態フィードバック（７） リアプノフの安定定理と最適制御系の安定性
学年末試験
最終問題に，授業の感想・希望記述
×解答・解説
学年末試験の解答・解説，授業アンケート

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，研究室（機械工学科棟４Ｆメカトロニクス実験室）

評価方法と基準
評価方法：(1)制御系の安定性・状態フィードバックの基礎概念が理解出来たかどうかを，(2)授業中に指名し，適当な質問に対する回答を求めたり，授業内容に関するレポートを課したりする事で，(3)あらかじめ用意している模範解答と比較し，回答やレポート内容の妥当性・独自性・創造性等を総合判断し，(4)その結果を，授業中の回答は10%，レポートは30%成績に反映させる．
(5)また，学生による到達度調査結果を，全体の評価の5%とする．
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%，それを95%に換算し，学生の自己評価5%加算する．但し状況に応じて小テスト実施（実施後の定期試験に加味する：定期試験７割に対し３割程度の配分）
一次系におけるＰＩＤフィードバック制御や状態フィードバック制御が安定性の面から設計できて６０点（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
プログラム演習，電気工学，応用物理，工業力学，電子計算機，電子工学，数値解析，数値制御社団法人 計測自動制御学会 http://www.sice.or.jp/

授業アンケー
トへの対応「あなたは授業内容が理解できましたか？」と，「黒板などに書かれた内容は、よく整理されていましたか？」に対し，「あまり良くない」「悪い」と答えた学生が35%程度居る．前者は，具体的イメージを持つことが困難であること，後者は，授業を試行錯誤的に行っている部分が多いことに起因すると思われる．制御のデモンストレーションを多く紹介すること，学生の理解度を確認しながら進行することの２点を心がけることで，改善が期待される．

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。