基礎制御工学および演習(III類)

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この講義では, モノを自在に動かすための学問である「制御」, 特に「フィードバック制御」の基礎が主題であり, 古典制御の枠組みでの制御系の設計・解析の基礎を習得することが達成目標です.

微分積分学, 解析学などの基礎科目

応用数学

教科書:
杉江俊治, 藤田政之:フィードバック制御入門, コロナ社

参考書:
新版フィードバック制御の基礎, 片山徹, 朝倉書店, 2002
佐藤, 平元, 平田:はじめての制御工学, 講談社, 2010
足立修一:制御工学の基礎, 東京電機大学出版局, 2016

[授業内容]

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. 2回目以降は, 毎回の演習を行います.
① ガイダンス, 制御とは？, 制御の歴史, フィードバック制御の概略
② ラプラス変換の基礎
③ ラプラス変換の各種性質と使い方, 微分方程式への応用
④ システムのモデルと伝達関数, 線形化
⑤ ブロック線図の取り扱いの理解
⑥ 過度応答:インパルス応答, ステップ応答, 1次遅れ系, 2次遅れ系
⑦ システムの安定性, 極と零点
⑧ フィードバック制御系の特性解析, システムの感度特性, 定常特性, 根軌跡
⑨ 周波数応答:ベクトル軌跡, ナイキスト軌跡
⑩ 周波数応答:ボード線図
⑪ フィードバック制御系の内部安定性
⑫ ナイキストの安定判別, ゲイン余裕・位相余裕
⑬ フィードバック制御のロバスト性解析
⑭ フィードバック制御系の設計と解析
⑮ これまでの総括と期末テスト

[授業情報]
講義に関する情報ははすべてGoogle Classroom に集約します.
Google Classroom のコードは

pltl7xn3

です

受講者は登録しておいて下さい.

[進め方]
9時45分～の講義の後、11時10分頃から演習の時間に入ります。
演習では, こちらで説明する演習例題+時間内に皆さんに行ってもらう演習時間で構成し, その日の演習は, こちらで決めた時間内(講義時間内の場合もあり)にgoogle Classroomで提出してもらいます.

講義・演習時間内で基本的なことがらは理解してほしいですが, 理解をより確実にするために, 各自, 演習問題を行うなどの復習や, 講義前の予習をしてくることを強く進めます.

(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 = (演習の評価点50%)+(定期試験50%)
(b) 評価基準:以下を合格の基準とする.
(1) ラプラス変換と逆ラプラス変換の計算を行うことができる.
(2) 線形時不変システムの応答の畳み込み積分による計算ができる.
(3) 線形時不変システムの伝達関数を理解し説明できる. とくに, 第一原理モデリングのもとではその構築も行える.
(4) ブロック線図の等価変換等その取り扱いを自在に行える.
(5) 極と零点と時間応答や過度特性について説明でき, 1次系, 2次系であればその時間応答の計算も行える.
(6)根軌跡を描き, その特性解析の方法について説明できる.
(7) システムの安定性の判別方法を使いこなすことができる.
(8) システムの定常特性, および内部モデル原理について説明できる.
(9) 周波数応答の計算と説明を行うことができ, ベクトル軌跡とボード線図を描画でき読み取ることができる.
(10) フィードバック制御系の内部安定性について説明できる
(11)ナイキスト線図の描き方と判定法の原理を説明でき, これを使いこなすことができる.
(12) 一巡伝達関数とゲイン余裕位相余裕について説明することができる.
(13)フィードバック制御系の感度関数の役割やロバスト安定性について説明できる.
(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す. 理解が不十分である事柄を十分に納得できるまで考えてください. 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ありません.

東3棟618号室、水曜、2時限。この時間に都合が付かない場合には、
メールや電話などにより別途アポイントメントを取ってください.

制御は, 「動き」をもつものすべてに適用できる, または適用すべき技術であり, その背景に横たわる「サイエンス」でもあります. つまり, どのような分野にでも対応できる横断的学問であります. 古典制御を中心としてた本講義の内容はその出発点ともなる内容ですので, 是非, 受講し, 内容を理解して, そして制御系の解析・設計をできるまでになってほしいと思います.

予習・復習をしっかりしてください.