2024年度学院等開講科目工学院電気電子系

制御工学

開講元: 電気電子系
担当教員: 時岡えい / 鈴木裕生 / 清田恭平 / 西方敦博
授業形態: 講義 (対面型)
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 火5-6 (S2-204(S221)) / 金5-6 (S2-204(S221))
クラス: -
科目コード: EEE.C261
単位数: 200
開講時期: 2024年度
開講クォーター: 4Q
シラバス更新日: 2025年3月17日
使用言語: 日本語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

Ⅰ　電気電子工学科の学生を対象に，自動制御系の基本概念と取扱い手法（古典制御論）を修得する．当講義の後に開講される「自動制御ａ（現代制御論）」と合わせて，定量的制御に関する全般を網羅する．
Ⅱ　制御イントロ，伝達関数，１次遅れ系，２次遅れ系，ブロック線図，過渡応答，ベクトル軌跡，ボード線図，安定判別，定常特性，ステップ応答，複雑なボード線図，コントローラ，比例制御，比例積分制御，比例微分制御，PID制御

到達目標

古典制御理論の基本概念を理解し，コントローラが設計できるようになる。
すなわち、
　ボード線図を利用してPIDコントローラのゲインが決定できるようになる。
　定常偏差が何％か予測できるようになる。
　ボード線図などから、ステップ応答の概略がフリーハンドでかけるようになる。

実務経験のある教員等による授業科目等

実務経験と講義内容との関連 (又は実践的教育内容)

PIコントローラを製作してモータの速度制御系を構築した実務経験がある。また、PIDコントローラをアナログあるいはデジタルで構成して、磁気浮上システムを構築した実務経験がある。これらのコントローラを以下に設計したら良いのかを理解することが本講義の大きな目的である。

キーワード

伝達関数，１次遅れ系，２次遅れ系，ブロック線図，過渡応答，ベクトル軌跡，ボード線図，安定判別，定常特性，ステップ応答，複雑なボード線図，コントローラ，比例制御，比例積分制御，比例微分制御，PID制御

学生が身につける力

専門力
教養力
コミュニケーション力
展開力 (探究力又は設定力)
展開力 (実践力又は解決力)
・電気電子分野の基礎専門力

授業の進め方

講義概要説明、先週の宿題の回答、講義とチェックポイント試験、先週のアンケートまとめ、本日の講義まとめ、今日のアンケート、今日の宿題

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	制御とは／システムモデルと伝達関数	構成，分類，歴史，制御問題ラプラス変換の復習，静的システムと動的システム
第2回	動的システムとブロック線図	いくつかの動的システムの伝達関数，ブロック線図と等価変換
第3回	過渡応答	インパルス応答，ステップ応答，ランプ応答，基本要素の過渡応答，１次遅れ要素，２次遅れ要素，ステップ応答の概形を描けるようになる。
第4回	周波数応答とボード線図	ベクトル軌跡，積分，微分，１次遅れ，２次遅れ要素。片対数グラフの書き方、簡単なボード線図。
第5回	結合系の周波数応答	直列接続時のゲイン位相線図，並列接続時のベクトル線図、フィードバック系のニコルス線図、それらのボード線図，折点が近接した複雑なボード線図が描けるようになる。
第6回	フィードバック制御系の安定性	特性方程式，ラウスの安定判別，フルビッツの安定判別，ナイキストの安定判別，ボード線図とゲイン余裕，位相余裕
第7回	理解度確認	ここまでの内容の理解度を演習により確認する。
第8回	フィードバック制御系の定常特性	定常偏差，ステップ入力応答，ランプ入力時，加速度入力時，ステップ外乱入力時
第9回	過渡特性の解析	２次系のステップ応答，極配置と固有角周波数，減衰係数，位相余裕，ゲイン交差周波数との関係，Pコントローラの周波数特性と役割がわかるようになる。
第10回	コントローラの種類と比例制御	役割，周波数特性，比例制御，比例積分制御，比例微分制御，PID制御，位相補償との関係，コントローラの効果,比例制御器の設計方法，ボード線図とステップ応答。
第11回	比例積分制御の設計方法	ボード線図とステップ応答
第12回	PID制御の設計方法	PID制御の周波数特性、微分、比例の設計、積分の設計、ボード線図のゲイン交差周波数と位相余裕、ステップ応答
第13回	デジタル制御の基礎とプログラムコーディング	アナログコントローラ、　ｚ変換とは。PID制御器のz領域での記述，ｚ関数をC言語等で中間変数を利用してプログラムコーディングできるようになる。
第14回	PID制御の設計問題と回答例	宿題の解答、授業評価入力

準備学修(事前学修・復習)等についての指示

学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。

教科書

教科書：宮崎、他「システム制御I」オーム社電気学会EE　TEXT

参考書、講義資料等

配布予定

成績評価の方法及び基準

簡単な試験、宿題、レポート,授業内での活動が50％、期末試験50%

履修の条件・注意事項

電気回路１，２，フーリエ変換とラプラス変換を履修しておくことが望ましい．

その他

その他：クラウドサービスT2スカラを活用する授業です。クラウドサービスによりクイズ、試験、宿題、アンケートなどを行います。ネットに接続する以下のいずれかのモバイル機器を持参してください。
・iOS のiPhoneまたはiPad
・Windows タブレットまたはPC
・Android のスマートフォンまたはタブレット

　また，本学がライセンスしているMatlab＋Simulinkを利用する予定です。宿題にパソコンが必要になります。詳細は授業で。