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平成 29 年度 岐阜工業高等専門学校シラバス

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Academic year: 2024

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平成29年度 岐阜工業高等専門学校シラバス

教科目名 制御工学 担当教員 黒山 喬允

学年学科 4年 電子制御工学科 通年 必修 2単位(学修)

学習・教育目標 (D-3 計測・制御系)100% JABEE基準1(1):(d)

授業の目標と期待される効果:

制御工学の基礎として,1入力1出力の線形な システムについて理解し,制御の考え方を修 得することが目標である.具体的には以下の 達成を目標とする.

① 力学系,電気系の微分方程式による表現 (数式モデル化)を理解する.

② ラプラス変換の諸定理と,ラプラス変換 を用いる微分方程式の解法を理解する.

③ ブロック線図によるシステムの表現を理 解する.

④ 過渡応答特性,周波数特性について理解 し,相互の関係について説明出来る.

⑤ 定常偏差と,比例・微分・積分制御の特 性について理解する.

⑥ シ ス テ ム の 安 定 判 別 を 行 う こ と が で き る.

⑦ PID補償器を設計できる.

以上によって,様々な系を数理的に捉え,特 性を把握し,またこれを望ましい状態に制御 する手法について理解できるようになる.

成績評価の方法:

前期期末成績: 中間試験35%+期末試験35%+課題等30% = 100点(=A) 後期期末成績: 中間試験35%+期末試験35%+課題等30% = 100点(=B) 学年成績 : 前期と後期の平均点 (= A/2 + B/2) で評価する.

課題等には,授業中の質疑応答・発表や演習・小テスト,教室外学習 の内容が含まれる.中間・期末試験の範囲や課題の内容については,

授業時間中に示す.

達成度評価の基準:

教科書の練習問題と同レベルの問題を試験で出題し,6 割以上の正答 レベルまで達していること.

① 力学系,電気系の微分方程式による表現(数式モデル化)に関する 問題をほぼ正確(6割以上)に解くことができる.

② 微分方程式をラプラス変換を利用して解法する問題をほぼ正確(6 割以上)に解くことができる.

③ システムのブロック線図による表現,ブロック線図の等価変換に 関する問題をほぼ正確(6割以上)に解くことができる

④ 過渡応答特性,周波数特性に関する問題をほぼ正確(6割以上)に解 くことができる.

⑤ 比例・微分・積分制御に関する問題をほぼ正確(6割以上)に解くこ とができる

⑥ システムの安定度に関する問題をほぼ正確(6 割以上)に解くこと ができる.

⑦ PID 補償器を設計する簡単な問題をほぼ正確(6 割以上)に解くこ とができる.

授業の進め方とアドバイス: 制御工学ではラプラス変換を主とする数学を駆使し,系を抽象的に捉えるためその応 用の裾野は広いが,初学者には取り付きにくい部分がある.このため,実際のシステムや簡単なモデルを示しながら,

制御系の解析手法について例題を多く交えて説明する.内容をよく理解するためには,機械系(機械運動学Iなど)や電 気系(電気回路Iなど)の知識を必要とするため,履修に当たってはよく復習しておくこと.また,応用数学Bなどの科 目との関連にも留意しながら,授業と課題に取り組み効率よく学習を行って欲しい.

教科書および参考書: 専門基礎ライブラリー 制御工学 (寺嶋一彦ら著,実教出版,2012.3) を教科書として用いる.

授業の概要と予定:前期 教室外学修 ALのレベル

第 1回: 制御工学の歴史と概要 第1章 演習問題 第 2回: 制御系の数式表現 第2章 演習問題 第 3回: ラプラス変換の導入

第13章 演習問題 1 第 4回: 様々な関数のラプラス変換

第 5回: ラプラス変換の諸定理 第 6回: ラプラス逆変換

第13章 演習問題 2, 3

第 7回: ラプラス変換による線形微分方程式の解法 B

第 8回:中間試験

第 9回: 伝達関数 第3章 演習問題

第10回: ブロック線図と伝達関数

第4章 演習問題 第11回: ブロック線図の等価変換

第12回: システムの過渡応答 解析のための入力信号

第5章 演習問題 第13回: 1次遅れ系の過渡応答

第14回: 2次遅れ系の過渡応答 C

期末試験

第15回:期末試験の解説 前期のまとめ -

(2)

授業の概要と予定:後期 教室外学修 ALのレベル 第16回: システムの周波数応答

第6章 演習問題 第17回: ベクトル軌跡とボード線図

第18回: 基本要素の周波数応答 第19回: 様々な要素の周波数応答 第20回: システムの安定性と特性方程式

第7章 演習問題 1, 2, 6 – 10 第21回: ゲイン余裕と位相余裕

第22回: 図的解法での安定判別法 C

第23回: 中間試験

第24回: 特性方程式の係数での安定判別法 第7章 演習問題 3-5 第25回: フィードバック制御系の設計

第8章 演習問題 第26回: 閉ループ定常特性と過渡特性

第27回: PID制御の基本構成

第9章 演習問題 第28回: PID制御の実装

第29回; PIDパラメータのチューニング C

期末試験

第30回: 期末試験の解説 講義のまとめ -

(3)

評価(ルーブリック)

達成度 評価項目

理想的な到達 レベルの目安

(優)

標準的な到達 レベルの目安

(良)

未到達 レベルの目安

(不可)

力学系,電気系の微分方程式によ る表現(数式モデル化)に関する 問題を正確(8 割以上)に解くこと ができる.

力学系,電気系の微分方程式によ る表現(数式モデル化)に関する 問題をほぼ正確(6割以上)に解く ことができる.

力学系,電気系の微分方程式による 表現(数式モデル化)に関する問題を 解くことができない.

微分方程式をラプラス変換を利 用して解法する問題を正確(8 割 以上)に解くことができる.

微分方程式をラプラス変換を利 用して解法する問題をほぼ正確 (6割以上)に解くことができる.

微分方程式をラプラス変換を利用 して解法する問題を解くことがで きない.

システムのブロック線図による 表現,ブロック線図の等価変換に 関する問題を正確(8割以上)に解 くことができる

システムのブロック線図による 表現,ブロック線図の等価変換に 関する問題をほぼ正確(6 割以上) に解くことができる

システムのブロック線図による表 現,ブロック線図の等価変換に関す る問題を解くことができない.

過渡応答特性,周波数特性に関す る問題を正確(8割以上)に解くこ とができる.

過渡応答特性,周波数特性に関す る問題をほぼ正確(6 割以上)に解 くことができる.

過渡応答特性,周波数特性に関する 問題を解くことができない.

比例・微分・積分制御に関する問 題を正確(8割以上)に解くことが できる.

比例・微分・積分制御に関する問 題をほぼ正確(6 割以上)に解くこ とができる.

比例・微分・積分制御に関する問題 を解くことができない.

システムの安定度に関する問題 を正確(8 割以上)に解くことがで きる.

システムの安定度に関する問題 をほぼ正確(6割以上)に解くこと ができる.

システムの安定度に関する問題を 解くことができない.

PID

補償器を設計する簡単な問 題を正確(8割以上)解くことがで きる.

PID補償器を設計する簡単な問 題を正確(6割以上)解くことがで きる.

PID補償器を設計する簡単な問題を 解くことができない.

参照

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