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学習支援計画書(シラバス) 検索システム
専門教育課程 機械工学科
授業科目区分 科目名 単位数 科目コード 開講時期 履修方法
専門教育課程
専門科目
専門
制御工学
Control Engineering
2 E024-01 2021年度
4期(後学期)
修学規程第4条を参照
担当教員名
*印は、実務経験のある教員を示しています。
授業科目の学習教育目標
キーワード 学習教育目標
1.制御システム 2.ラプラス変換 3.伝達関数、ブロック線図 4.周波数応答、過渡応答 5.地域連携 自動機械の発達に伴い、機械システムの制御技術の理解は、機械を使う技術者、設計する技 術者にとって重要である。さまざまな機械を制御するためにはシステムをモデル化し、目的 に応じた制御系の設計が必要となる。本科目では、制御システムのモデル化から伝達関数、 ブロック線図での表現、過渡応答、フィードバック制御の基本事項となる周波数応答に基づ く制御系設計法やシステムの安定性について学び、制御技術の基礎を修得する。
授業の概要および学習上の助言
 機械装置は、さまざまな「制御」手法により動作する。本科目では、制御工学の基礎ならびに制御系の設計方法について学 習する。  具体的には、機械システムで代表される動的システムの表現法として、ラプラス演算子を使用した伝達関数やブロック線図 について学習する。また、システムの動的挙動の特徴を表現するための過渡応答法や周波数応答法および、周波数特性の表現 法としてボード線図などについて学ぶ。これによって、制御系の基礎解析技術とその意味について理解することができる。さ らに動的システムで最も重要な概念である安定性について、その判別法を学習するとともに、実際の制御システムに適用して 安定性の影響を判定する。  また、地域の技術者を招き、制御工学に関する最新技術動向の説明を受け、関連分野における課題を理解することで、本科 目で学習する制御技術と実際の機械装置の関連性ならびに重要性を確認する。  講義の進展状況に応じてクイズ・小テストの実施時期、レポートの提示時期なども含めて学習内容やスケジュールを一部変 更することがあるため、それは講義あるいはポータルを通じて適宜指示する。指示を聞き逃すことの無いように注意すること 。また、欠席した場合には当該講義で配布されるレポート用紙を受け取れない場合があるので、欠席することの無きよう、十 分に注意すること。
教科書および参考書・リザーブドブック
教科書:演習で学ぶ基礎制御工学 新装版[森北出版] 参考書:MATLAB/Simulinkによるわかりやすい制御工学[森北出版] リザーブドブック:指定なし
履修に必要な予備知識や技能
これまでに履修した力学系科目、数学系科目の内容を十分に理解し、修得しておくことが望ましい。
学生が達成すべき行動目標
No. 学科教育目標
(記号表記)
D,J,K,M,O 機械を中心とするシステムの簡単な数学モデルをラプラス変換し、伝達関数を使って表現できる。
D,J,L,M,P MATLAB/Simulinkを使用して、システムのブロック線図を作成することができる。
D,J,M システムの動的特性を過渡応答特性・周波数応答特性として特徴を表現でき、何を示しているのか説明できる。
D,J,L,M,O,P MATLAB/Simulinkを使用して制御システムの応答性をシミュレーションにより確認できる。
K,N 地域の技術者から最新技術を修得し、与えられた課題について探究する。
達成度評価
評価方法
試験 クイズ
小テスト
レポート 成果発表
(口頭・実技)
作品 ポートフォリオ その他 合計
総合評価割合 0 60 30 0 0 0 10 100
指標と評価割合 総合評価割合 0 60 30 0 0 0 10 100
総合力指標 知識を取り込む力 0 30 10 0 0 0 0 40
思考・推論・創造する力 0 30 10 0 0 0 0 40
コラボレーションと
リーダーシップ
0 0 0 0 0 0 0 0
発表・表現・伝達する力 0 0 5 0 0 0 5 10
学習に取組む姿勢・意欲 0 0 5 0 0 0 5 10
※総合力指標で示す数値内訳、授業運営上のおおよその目安を示したものです。
評価の要点
評価方法 行動目標 評価の実施方法と注意点
試験
クイズ
小テスト
講義や演習および自己学習(レポート、等々)で学んだ内容の理解度を確認するために、複数回の小テス トを行う。 注意点:小テストの実施方法、内容・時間等の詳細は別途講義中に説明する。講義の進捗にあわせて出題 範囲は調整する場合があり、事前に講義あるいはポータルで連絡をする。欠席すると大切な連絡を確認で きない場合があるので、十分に注意すること。
レポート 講義や演習内容について理解度の確認、または予習として適宜与えられた課題について解答し、レポート として提出する。 注意点:書式・体裁を整えた文書の作成を行い、期限を厳守して提出すること。
成果発表
(口頭・実技)
作品
ポートフォリオ
その他 講義・演習での学習取り組み状況および、レポートの提出状況により評価する。
具体的な達成の目安
理想的な達成レベルの目安 標準的な達成レベルの目安
①簡単な機械システムの制御系設計までを行うことができる。 ②自動制御システムの数式モデルを伝達関数表現できる。 ③自動制御システムの動的特性について、過渡応答特性、周波 数応答特性として特徴を表現でき、何を意味するか説明できる 。 ④設計した制御系の安定性が判別、確認できる。 ⑤MATLAB/Simulinkにより制御系の設計およびシミュレーショ ンによる応答特性が確認できる。 ⑥地域の技術者から提示された課題を理解し解決策を提案でき る。 ①機械システムの制御系設計に必要な要素が理解できる。 ②伝達関数とは何か説明できる。 ③制御システムの動的特性は、どのように調べることができる か説明できる。 ④制御系の安定性を判別する方法が説明できる。 ⑤MATLAB/Simulinkにより制御システムの応答がシミュレーシ ョンできる。 ⑥地域の技術者から提示された課題を理解できる。
CLIP学習プロセスについて
一般に、授業あるいは課外での学習では:「知識などを取り込む」→「知識などをいろいろな角度から、場合によってはチーム活動として、考え、推論し、創造する」→「修得した内容を表現、発表、伝達する」→「総合的に評価を受ける、GoodWork!」:のようなプロセス(一部あるいは全体)を繰り返し行いながら、応用力のある知識やスキルを身につけていくことが重要です。このような学習プロセスを大事に行動してください。
※学習課題の時間欄には、指定された学習課題に要する標準的な時間を記載してあります。日々の自学自習時間全体としては、各授業に応じた時間(例えば2単位科目の場合、予習2時間・復習2時間/週)を取るよう努めてください。詳しくは教員の指導に従って下さい。
授業明細
回数 学習内容 授業の運営方法 学習課題 予習・復習 時間:分
1 ・学習目標、概要や行動目標を理解する。特にこの科 目が学科の教育目標のどの部分を担っているか、具体 的な達成レベルの目安を理解する。 【1章 システムと制御】 ・自動制御の基本概念や基本構成について学習する。 ・自動制御システムの重要 性について理解する。 ・モータ制御の実演により、制御システムの概要と本 科目の学習意義について確認する。 【地域連携】 ・地域の技術者の講演を聞き、最新の制御技術とその 技術が利用されている機械装置について理解する。 ・講演を踏まえて、本科目の学習意義について考える 。 【ガイダンス】 科目内容と取得すべき能力の 理解 成績の評価方法の理解 【講義と質疑】 教科書の構成、内容を確認してお く。 機械工学科の教育目標と本科目と の関連を理解する。 「システムと制御」について学習 する。 学習目標・行動目標、学習内容の 理解度を自己点検する。 20 30 50
2 【2章 ラプラス変換】 ・システムの伝達関数表現に必要となるラプラス変換 の定理、定義について学習する。 ・ラプラス変換・逆変換による微分方程式の解につい て学習する。 【講義と質疑】 レポート課題1:ラプラス変換の 演習問題を解答しておく。 学習内容の理解度を自己点検する 。 100
3 【小テスト】 ・小テストにより第1〜2回の授業内容の理解度を確認 する。(講義の進捗状況に合わせて実施方法・出題範 囲を変更する場合もあるので、適宜アナウンスする。 十分に注意すること。) 【3章 伝達関数】 ・機械システムの入出力を表現する伝達関数について 学習する。 ・機械振動を例に伝達関数の求め方を学習する。 【小テスト】 【講義と質疑】 小テストによりこれまでの学習の 理解度を確認する。 学習内容の理解度を自己点検する 。 60 40
4 【3章 伝達関数】 ・伝達関数からのインパルス応答・ステップ応答の求 め方を学習する。 【講義と質疑】 学習内容の理解度を自己点検する 。 100
5 【4章 ブロック線図】 ・制御系の伝達関数と入出力の様子を図式で表すブロ ック線図について学習する。 ・ブロック線図の結合、等価交換について学習する。 【講義と質疑】 【演習と質疑】 MATLAB/Simulinkのインストール の実施、動作確認。 学習内容の理解度を自己点検する 。 70 30
6 【MATLAB/Simulinkによる演習】 ・MATLAB/Simulinkの基本操作について学ぶ。 ・ブロック線図の書き方、シミュレーション結果の出 力方法などを習得する。 【演習と質疑】 レポート課題2:伝達関数・ブロ ック線図の演習問題を解答してお く。 MATLAB/Simulinkをインストール し、動作を確認しておく。 演習内容の理解度を自己点検する 。 100
7 【小テスト】 ・小テストにより第3回〜6回までの授業内容の理解度 を確認する。 (講義の進捗状況に合わせて実施方法・出題範囲を変 更する場合もあるので、適宜アナウンスする。十分に 注意すること。) 【小テスト】 100
8 【5章 周波数応答(ベクトル軌跡)】 ・角周波数をパラメータとしてシステムの特性を表現 する周波数応答について学習する。 【講義と質疑】 授業までに周波数応答、ボード線 図について調べておく。 学習内容の理解度を自己点検する 。 100
9 【6章 ボード線図】 ・システムの周波数応答特性を示すボード線図につい て学習する。 【講義と質疑】 学習内容の理解度を自己点検する 。 100
10 【6章 ボード線図】 ・システムの周波数応答特性を示すボード線図につい て学習する。 【MATLAB/Simulinkによる演習】 ・MATLAB/Simulinkによるボード線図の作成と、シス テムの特性を確認する。 【講義と質疑】 【演習と質疑】 学習および演習内容の理解度を自 己点検する。 50 50
11 【7章 過渡特性】 ・システムの過渡特性について学習する。 【8章 システムの安定判別】 ・制御システムの安定性判別方法を学習する。 【MATLAB/Simulinkによる演習】 ・過渡特性(インパルス応答、ステップ応答など)の シミュレーションを行う. 【講義と質疑】 【演習と質疑】 レポート課題3:周波数応答法・ ボード線図に関する演習問題を解 答しておく。 学習および演習内容の理解度を自 己点検する。 50
12 【7章 過渡特性】【8章 システムの安定判別】 ・機械および電気系を例にシステムの安定性判別方法 を学習する。 【MATLAB/Simulinkによる演習】 ・システムの安定性についてシミュレーションにより 確認する。 【講義と質疑】 【演習と質疑】 学習および演習内容の理解度を自 己点検する。 50 50
13 【9章 制御系の設計】 ・制御系の設計について学習する。 【MATLAB/Simulinkによる演習】 ・モータ制御を例にシステムの安定性判別と、その影 響を演習により確認する。 【講義と質疑】 【演習と質疑】 学習および演習内容の理解度を自 己点検する。 50 50
14 【9章 制御系の設計】 ・制御系の設計について学習する。 【MATLAB/Simulinkによる演習】 ・モータ制御を例にシステムの安定性判別と、その影 響を演習により確認する。 【講義と質疑】 【演習と質疑】 学習および演習内容の理解度を自 己点検する。 50 50
15 【小テスト】 ・第1〜14回の内容について、小テストにより理解度 を確認する。 (講義の進捗状況に合わせて実施方法・出題範囲を変 更する場合もあるので、適宜アナウンスする。十分に 注意すること。) 【自己点検】 ・小テストの結果を自己採点により確認する。 ・本科目における学習・行動目標に対する達成度の自 己点検を行う。 【小テスト】 【振り返りと自己点検】 レポート課題4:過渡特性、シス テムの安定判別に関する演習課題 を解答しておく。 70 30