| 科目コード | CI410 | ||||
| 科目名 | 制御工学I(Control Engineering I) | 単位数 | 2単位 | ||
| 対象学科 | 制御情報システム工学科 | 対象学年 | 4年 | 開講期間 | 通年 |
| 科目区分 | 専門基礎科目 | 必修・選択 | 必修 | 履修/学修 | 学修 |
| 授業形式 | 講義 | 規定授業時数（単位時間） | 60 | ||
| 教員名（所属） | 大塚弘文（制御情報システム工学科) | 教員室 | 6号棟4階 | ||
| 使用教科書 | 斉藤制海・徐粒著 「計測と制御シリーズ 制御工学」 森北出版 | ||||
| 参考書 | 小林信明 著「情報電子入門シリーズ２ 基礎制御工学」 共立出版 | ||||
| 科目の位置付けと 関連科目 | デジタル技術検定，AR検定，電検等との関連性が深い | ||||
| 科目の概要 | ラプラス変換を使ったシステムの取扱いから，周波数応答に基づくフィードバック制御系の解析・設計法に至るまで，自動制御に関する基本的なテーマを体系的に解説する．主に古典制御理論として知られる事項について解説することとし，２自由度制御および周波数依存型のモデル化誤差，過渡応答法，周波数応答法などのシステム応答解析とそれに基づく設計理論についても述べる． | ||||
| 授業方針 | 制御理論の基礎要点を講義形式で解説するが，毎授業で講義内容に関連した演習時間を設け理解度の深化を図る．併せて，家庭学習課題を与 | ||||
授業項目 | 時数 | 達成目標（習得すべき内容） |
| ガイダンス | ||
| ラプラス変換の基礎 | ラプラス変換の定義と諸性質を理解し、これを用いてラプラス変換・逆変換を行うことができる。 | |
| ラプラス変換による微分方程式の解法 | ラプラス変換の基礎知識を利用して常微分方程式の解を求めることができる。 | |
| 伝達関数 | 伝達関数の定義を理解し、常微分方程式で動特性が表現されるシステムの伝達関数を導出できる。 | |
| ブロック線図 | システムをブロック線図により表現でき、複雑なブロック線図を等価変換により簡単化できる。 | |
| 過渡応答法 | ２次以下の伝達関数表現されたシステムの過渡応答を解析できる。 | |
| 定常特性 | 制御系の型と定常特性に関する諸量との相関を理解し、モーター制御系などの簡単なシステムの定常特性を解析できる。 | |
| 安定性 | 制御系の安定性の概念を理解し、ラウス・フルビッツ法などを用いて安定判別ができる。 | |
| 周波数応答法 | 周波数伝達関数の定義を理解し、周波数ゲインおよび位相差の意義を理解する。また、ナイキスト線図、ボード線図などを用いたゲイン特性と位相特性の分析ができる。さらに、周波数特性からの安定性判別が行える。 |
ルーブリック | |||
評価項目 | 理想的な到達レベルの目安 | 標準的な到達レベルの目安 | 未到達レベルの目安 |
| 制御工学で用いる数学的基礎知識の修得 | ラプラス変換の諸性質を応用して，複合的な時間関数のラプラス変換およびラプラス逆変換を行うことができ，高次の線形微分方程式の解を導出できる。 | ラプラス変換の諸性質を応用して，基本的なステップ信号・ランプ信号などの時間関数のラプラス変換や低次有理関数の逆ラプラス変換が行えるとともに，線形微分方程式の解を導出できる。 | ラプラス変換の定義や諸性質の理解が不十分で，低次関数のラプラス変換・逆ラプラス変換を正確に求めることができず，低次の線形微分方程式の解さえも導出できない。 |
| 伝達関数に基づくシステムの時間応答とシステムの図的表現 | システムの伝達関数表現を正確に求め，複合的な信号に対して時間応答を調べ，伝達関数の構造（極や零点，システム次数）および係数パラメータと応答の特徴に関する対応関係を説明できる。また，複雑系のブロック線図を正確に表現したり簡単化を行える。 | システムの伝達関数表現を正確に求めることができ，基本的な信号に対する時間応答を求めることができる。また，１次遅れ系や２次遅れ系のパラメータと時間応答との対応関係を説明できる。また数個のサブシステムを含む系のブロック線図表現を正確に描けるほか，その簡単化を行える。 | システムの伝達関数表現を低次の微分方程式表現から正確に求めることができない。また，低次の伝達関数系のステップ応答，ランプ応答などの基本応答を正確に求めることができない。また，数個のサブシステムのブロック線図表現を簡単化できない。 |
| 周波数応答 | 高次システムの周波数応答をベクトル軌跡およびボード線図を用いて正確に解析できる。 | ３次以下の低次システムの周波数応答をベクトル軌跡およびボード線図を用いて正確に解析できる。 | ２次以下のシステムの周波数応答（ベクトル軌跡およびボード線図）を求めることができない。 |
| システムの安定性解析と制御系の設計の基礎 | 複雑な系の安定性を時間応答，周波数応答のいずれでも正確に解析し，安定度を分析できる。また，指定された設計仕様を満たす制御系を設計できる。 | １軸モータ系のＰＩＤ制御を想定した低次の制御系について，時間応答，周波数応答のいずれでも正確に解析し，安定度を分析できる。また，そのクラスの制御系を設計仕様に従い設計できる。 | 低次の簡素な制御系であるにも関わらず安定性を時間応答，周波数応答のいずれかあるいは両方において正確に解析することができない。安定性を確保した制御系設計ができない。 |
| 評価方法及び 総合評価 | レポートを２０％，定期試験および理解度や知識定着度を測るために単元終了時等に実施する実力試験による判定を8０％として評価する．なお，後期実施内容は，前期講義内容の理解と定着が必須であるので，この定期試験等の評価は前期評価点：後期評価点を１：1.2 の比率で評価する．未提出レポート（提出遅延も含む）の評価は０点とする．自宅学習ノートを提出させそのレポートと同等のものとして評価する．総合した成績評価点の60％以上の得点率で目標達成とみなす。 |
| 学習方法 | 予習・復習を強く推奨します。予習においては，教科書の熟読と掲載されている例題の詳細検討で十分です。復習は授業内演習課題の再演習，教科書章末演習の取組の他，参考書や各種制御工学演習書の関連問題に取り組むことが効果的です。また，制御系設計・解析用フリーソフトの活用も効果的です。 |
| 学生への メッセージ | 5年次開講の多くの制御工学関連科目の基礎となる科目なので，十分な理解が必須となります。特に上述の復習に力点を置いて習得に精励してください。 |
| 学修単位への対応 | 本科目は，90分の授業に対して放課後・家庭で90分程度の自学自習が求められます. |
| 本校教育目標との対応 | JABEE学習教育目標との対応 | ||||