基礎制御工学および演習(II類)

なし

最近の機械システムは制御なくしては存在しないものとなっています. 制御工学によって軽量で敏速で高精度のシステムが始めて達成できます. 優れた機械システムを作るには正しい制御系の解析法と設計法の知識が必要です. この講義では制御の基本となるフィードバック制御の考え方とその設計解析ツールの基礎を習得することが主題です. そして最終目標は制御系を設計できる能力をもつことです.

微分積分学, 解析学などの基礎科目

応用数学

教科書:佐藤和也, 平元和彦, 平田研二, はじめての制御工学 改訂第2版, KS理工学専門書, 2018
参考書:佐伯正美, 制御工学-古典制御からロバスト制御へ―, 朝倉書店, 2013
参考書:片山徹, 新版フィードバック制御の基礎, 朝倉書店, 2001
参考書:杉江俊治, 藤田政之, フィードバック制御入門, コロナ社, 1999
参考書:樋口龍雄, 自動制御理論, 森北出版, 1994
参考書:増渕正美, 改訂自動制御基礎理論, コロナ社, 1995

この授業では制御の基本となるフィードバック制御の考え方について学びます. そのためのシステムの表現法と解析法の講義を行い, これらを使った制御系の設計方法について説明します. 講義の進め方とキーワードは次を予定しています. 理解を深めるために毎回の演習(あるいは宿題)も行います.

教室は西5号館209号室です. 授業開始は9時45分からです. 講義は50分～1時間10分程度, 休憩を挟み, 演習は1時間程度です.
講義と演習時間は目安です. 12時10分までには終了します.

第2回から第8回までが時間応答, 第9回から第13回が周波数応答の内容です.
各回は教科書「はじめての制御工学 改訂第2版, KS理工学専門書, 2018」の各講に対応します.

下記は2月時点での予定です.

① ガイダンス
第1講:制御とは～微分方程式との繋がり～
② 動的なシステムの応答
第2講:システムの数学モデル+第4講:動的システムの応答
③ ラプラス変換
第3講:伝達関数の役割, ブロック線図部分は第5回で実施
④ 伝達関数とその極
第4講:動的システムの応答, 第5講:システムの応答特性
⑤ 2次遅れ系とブロック線図
第3講:伝達関数の役割(ブロック線図), 第6講:2次遅れ系の応答
⑥ フィードバック制御と基本的な性質
第7講:極と安定性, 第8講:制御系の構成とその安定性
⑦ 安定性
第7講:極と安定性, 第8講:制御系の構成とその安定性
⑧ 過渡応答と定常偏差
第8講:制御系の構成とその安定性, 第9講:PID制御, 第10講:フィードバック制御系の定常特性
⑨ PID制御と周波数応答
第9講:PID制御, 第11講:周波数特性の解析
⑩ 周波数応答法
第11講:周波数特性の解析
⑪ ボード線図
第11講:周波数特性の解析, 第12講:ボード線図の特性と周波数伝達関数
⑫ ナイキスト軌跡, ゲイン余裕と位相余裕
第13講:ナイキストの安定判別法
⑬ 安定限界, 北森法
第13講:ナイキストの安定判別法, 第9講:PID制御
⑭ アドバンスト制御
2自由度制御系, ロバスト制御, 模擬試験を実施
⑮ 全体のまとめ
制御応用, 状況により期末試験実施

自動車メーカーやサプライヤーとの共同研究開発に携わった経験を元に, 制御工学において押さえておくべき基礎を指導する.

講義・演習中にすべての内容を理解することは不可能であることを認識してほしい. 講義の復習だけでなく, 演習で理解できなかった点等をもう一度解いてみる作業が求められる. よりアドバンストな演習課題にも挑戦して欲しい.

成績評価方法および評価基準
(a) 評価方法:期末試験および演習・宿題の結果を次のように総合評価する.
成績評価 = (演習・宿題の評価点×40%)+(期末試験の評価点×60%)
(b) 評価基準:以下を合格の最適基準とする.
(1) 伝達関数を使ったフィードバック制御系の特性を理解できる.
(2) 極と時間応答について説明できる.
(3) システムの安定性の判別方法を習得している.
(4) システムの応答の最終値と定常偏差について説明できる.
(5) ボード線図, ナイキスト線図の描き方と評価ができる.
(6) PID制御, 二自由度制御, 内部モデル制御の構造を説明できる.
(c)授業時間外の学習について.
講義中に講義内容のすべてを理解することは不可能である. 理解が不十分である事柄を十分に納得できるまで考えること. 教科書の演習問題・予習を行って講義に臨むことが効果的であることは言うまでもない.

西5号館203号室, 木曜日4限
上記時間以外のオフィスアワーについては決まり次第, 講義中で通知する.
会議等で不在な場合があるので, 適宜, メール等での質問も受け付ける.

すぐれた「もの作り」を行うには, ハードウエアの知識だけでは不十分で, 機械システムの頭脳となる制御工学の知識がたいへん重要です. そのための制御工学の考え方といろいろなツールについて講義します. もっとアドバンストな制御工学を学ぶ基礎としても重要です.

本講義は演習も含めて対面形式である.