現代制御工学(III類)

https://www.kimilab.tokyo/education/content/45

古典制御ではシステムの入力と出力の関係に注目した伝達関数を用いて制御系を設計することを学習した. 現代制御工学では, システムの内部状態を表す状態方程式を使ったシステム表現を行い, 状態量をフィードバックする状態フィードバック制御が中心となる. これによって古典制御よりも優れた制御を行える可能性が開ける. その考え方と, 制御系の解析法, および実際の制御系設計の手順を習得することが, この講義の目標である.

制御工学および演習, 微分積分学, 線形代数学

特にない

教科書:佐藤和也, 下本陽一, 熊澤典良, はじめての現代制御理論, 講談社
参考書:木田隆, フィードバック制御の基礎, 培風館
吉川恒夫, 井村順一, 現代制御論, 昭晃堂
小郷寛, 美多勉, システム制御理論入門, 実教出版
森泰親, 演習で学ぶ現代制御理論, 森北出版

この授業では, 状態方程式を使ったシステムの表現方法とそれから得られる各種のシステムの性質について学びます. そして制御系の設計法を講義します. 講義の進め方(予定)とキーワードは次の通りです. 理解を深めるための演習(あるいは宿題)を行います. 講義資料を各リンクよりダウンロード, 印刷し, 授業に参加すること.
① ガイダンス(現代制御とは？)https://www.dropbox.com/s/v51w9w8ilzbj5t5/mc_lec_no1.pdf?dl=0
② システム理論:状態空間表現 https://www.dropbox.com/s/279d73fr1b0w80q/mc_lec_no2.pdf?dl=0
③ ベクトルと行列の基礎事項 https://www.dropbox.com/s/iup5lh06fpy5z2t/mc_lec_no3.pdf?dl=0
④ 状態空間表現と伝達関数表現の関係 https://www.dropbox.com/s/do2hegtsymvaafk/mc_lec_no4.pdf?dl=0
⑤ 状態変数線図と状態変数変換 https://www.dropbox.com/s/9h4ddystdfqx40y/mc_lec_no5.pdf?dl=0
⑥ 状態方程式の自由応答 https://www.dropbox.com/s/tc8ctu3gl8ojt8x/mc_lec_no6.pdf?dl=0
⑦ システムの応答:状態方程式の解 https://www.dropbox.com/s/l45b3rkmc47ymt1/mc_lec_no7.pdf?dl=0
⑧ システムの安定と応答性 https://www.dropbox.com/s/ai41r5ckb6fps93/mc_lec_no8.pdf?dl=0
⑨ 状態フィードバックと極配置 https://www.dropbox.com/s/kc3fpgcfap8zn01/mc_lec_no9.pdf?dl=0
⑩ システムの可制御性と可観測性 https://www.dropbox.com/s/p1j6s9husmtyc3l/mc_lec_no10.pdf?dl=0
⑪ オブザーバの設計 https://www.dropbox.com/s/4vwjtugny6bk7ek/mc_lec_no11.pdf?dl=0
⑫ 状態フィードバックとオブザーバの併合システムの設計 https://www.dropbox.com/s/cf8ax58kmkcbxzp/mc_lec_no12.pdf?dl=0
⑬ サーボ系の設計 https://www.dropbox.com/s/6ayyv9zz2yg60r9/mc_lec_no13.pdf?dl=0
⑭ 最適制御 https://www.dropbox.com/s/3rnwscb4vrxvf56/mc_lec_no14.pdf?dl=0
⑮ まとめと展望

主要な解析・設計ツールとなる線形代数学の復習と発展的な学習を各自で行うことを薦める.

(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×70%)+(期末試験またはそれに代わるレポートの評価点×30%)
(b) 評価基準:以下を合格の最適基準とする.
(1) 状態方程式によってシステムを表現できる. 時間応答を計算できる.
(2) 可制御性・可観測性と安定性について理解でき計算を行える.
(3) 極配置法による制御系設計ができる.
(4) 最適レギュレータによる設計ができる.
(5) 状態推定器の構成について説明ができ設計が行える.
(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ことを認識してほしい.
この分野では特に線形代数の知識が求められる. 線形代数の復習, 演習問題を多く
解くことが大切である.

東4号館707号室, 水曜, 3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ること.

現代制御理論は, 線形代数をベースにしたスマートで理論的な工学であり, "動き(ダイナミクス)"の捉え方と専門知識を教えてくれる学問体系です. 特に昨今では, 電気電子・メカトロ・ロボティクス・航空宇宙などの機械系関連分野だけでなく, 情報, 経営・経済・金融, 医療, 製薬などの様々な分野でも必要とされている分野横断型の学問でもあります.

本講義は, 対面で実施し, 講義動画がある場合には, オンデマンド方式でも提供いたします.