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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 電気電子工学科(2018年度入学〜)
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
自動制御
Automatic Control
2 E624-01 2022年度
5期(前学期)
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.フィードバック制御 2.伝達関数 3.ラプラス変換とブロック線図 4.過渡応答と周波数応答 5.安定性  電気電子工学に関わる自動制御の基礎知識を修得し、実際に制御を行うことができる。産 業界や家庭内でもマイクロコンピュータを用いた自動制御機器が数多く使用されている。本 科目では、制御系の数式化、ラプラス変換、ブロック線図、伝達関数を用いたフィードバッ ク制御系の考え方を学び、さらに伝達関数の特性、制御系の安定性、過渡応答特性、定常特 性などを学習する。また、それらを応用したフィードバック制御系の設計を行うことができ ることを目標とする。
授業の概要および学習上の助言
 講義は概ね以下の内容に沿って行う。 1. 自動制御の基本概念                   ラプラス逆変換と時間関数   要素とブロック線図                   周波数応答特性   制御系のブロック線図による表し方          5. 自動制御系の安定性 2. 様々な要素の表現法                   制御系の安定について   比例要素、微分要素、積分要素              ラウス・フルビッツの安定判別法(行列、行列式)   1次遅れ要素、2次遅れ要素             6. PI制御系の設計      3. 制御系の伝達関数による表し方               基本的なPI制御系のゲイン設定               要素の特性と伝達関数                    ラプラス変換と伝達関数の関係                電気系での例題                   4. 伝達関数の特性および時間応答と周波数応答           要素の応答特性                       過渡応答特性                     
教科書および参考書・リザーブドブック
教科書:実務者のためのPID制御設計[森北出版] 参考書:やさしく学べる制御工学[森北出版] リザーブドブック:システム設計のための基礎制御工学[コロナ社]
履修に必要な予備知識や技能
「過渡現象論」で学んだラプラス変換、逆変換、過渡応答の計算などの重要な数学をよく復習しておくこと。「電気電子コン ピュータ工学」、「電気回路」などの関連科目を履修することが望ましい。
学生が達成すべき行動目標
No. 学科教育目標
(記号表記)
K 自動制御で用いられる基本要素の種類と特徴を理解できる。
K ラプラス変換、ラプラス逆変換を理解できる。
K 基本要素の時間関数から、ブロック線図や伝達関数を求めることができる。
K 伝達関数から過渡応答や周波数応答を求めることができる。
K 自動制御系の伝達関数を用いて安定判別ができる。
K 基本的なPI制御系のゲイン設定ができる。
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 40 30 10 0 0 0 20 100
指標と評価割合 総合評価割合 40 30 10 0 0 0 20 100
総合力指標 知識を取り込む力 30 20 0 0 0 0 10 60
思考・推論・創造する力 10 10 0 0 0 0 0 20
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 0 5
学習に取組む姿勢・意欲 0 0 5 0 0 0 10 15
※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 達成度確認試験を実施する。出題範囲は、行動目標の①から⑥までとする。 小テストの問題を中心に総合問題を出題する。 自動制御の伝達関数は非常に重要なので、各構成要素についてラプラス変換・逆変換を中心に出題する。 基礎的な電気回路モデルを取り上げ、伝達関数での表現やブロック線図の描き方などについて出題する。 自動制御系の応答特性や安定性などの評価について出題する。 1学期間の総復習を十分行うこと。
クイズ
小テスト
小テストは、学生の行動目標の①から⑥に応じて、2回程度を実施する。 学習教育目標の5種類のキーワードについて、理解度をその都度確認する。 1回あたりの試験時間は約60分を予定している。 すなわち、フィードバック制御、伝達関数、ラプラス変換、伝達関数表現による過度応答と周波数応答、 自動制御系の安定性である。
レポート 演習課題として、理解度を深めるために宿題を必要に応じて適宜与える。 積極的な取り組み姿勢がレポートの記述内容に反映されている場合や、わかりやすい表現に対しては評価 を高くする。
成果発表
(口頭・実技)
作品
ポートフォリオ
その他 講義内容に関する宿題を提出する。宿題の提出状況を評価する。 出席状況や講義中の積極的な取り組み姿勢(講義中のノートの取り方、講義中の質問やオフィスアワーで の質問など)を成績評価に盛り込む。
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
●自動制御で用いられる6種類以上の要素とその特徴を説明で  きる。 ●複雑な制御系設計に重要である伝達関数において、各種ラプ  ラス変換や逆変換ができる。 ●各種電気回路モデルにおける伝達要素をS領域で表現でき   る。 ●複雑な制御系の伝達関数の過度応答や周波数応答などの特性  が計算できる。 ●複雑な制御系の伝達関数の位置付けを説明でき、更に、その  制御系を伝達関数とブロック線図で表現できる。 ●制御系の安定性の評価方法について理論的背景を説明でき、  各種安定判別法を用いて十分説明ができる。 ●自動制御系で用いられる基本的な要素の種類と各々の特徴  を説明できる。 ●伝達関数を表現するための基礎的なラプラス変換、逆変換が  数学公式を用いて計算できる。 ●自動制御系を構成している各伝達関数について、ブロック線  図で表現できる。 ●外乱信号侵入時の制御系の振舞いや安定性について理解し、  基礎的な安定判別法(主として、ラウスフルビッツ)を用い  て解析できる。
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回 【ガイダンス】学習支援計画書記載内容に基づいて、 行動目標、成績評価法、授業のルール・スケジュール などを説明する。 【概論】フィードバック制御系の基本構成や例につい て説明する。 講義と質疑 自己点検(演習) テキストpp.1〜4を予習し、さら に身近な自動制御の応用例につい て調べてみる。 200
2回 【ラプラス変換とブロック線図】 ・基本関数と基本要素のラプラス変換について学ぶ ・基本的な電気回路のブロック線図の作成について学 ぶ 講義と質疑 自己点検(演習) テキストpp.5〜25の「ラプラス変 換」について復習する。 200
3回 【ブロック線図の結合と伝達関数】 ブロック線図にブロックの結合法則を適用して伝達関 数を求める方法を学習する。 講義と質疑 自己点検(演習) テキストpp.27〜43の「ブロック 線図」を読んで、ブロック線図と 結合法則について予習する。 200
4回 【演習1】 1回〜3回の講義内容に関する演習を行う。 自己点検(演習) 演習問題の解説 1回〜3回の講義テキストを読み 返して復習する。講義時に配布さ れる演習問題を解く。 200
5回 【小テスト1】 ・自己点検(復習) ・1回〜4回までの講義内容について小テストを行う。 自己点検(復習) 小テスト 1回〜3回の講義テキストを読み 返して復習する。宿題で解けなか った問題を解答を参考にして解い てみる。 200
6回 【過渡応答】 伝達関数を元にしてラプラス逆変換によって過渡応答 を求める方法を学習する。 講義と質疑 自己点検(演習) テキストpp.45〜56を読んで、「 ステップ応答」について予習する 。 200
7回 【周波数応答】 伝達関数と周波数伝達関数の関係、およびボード線図 を用いた周波数応答の調べ方について学ぶ。 講義と質疑 自己点検(演習) テキストpp.64〜76を読んで、「 周波数伝達関数」と「ボード線図 」について予習する。 200
8回 【演習2】 6回、7回の講義内容に関する演習を行う 自己点検(演習) 演習問題の解説 6回、7回の講義テキストを読み返 して復習する。講義時に配布され る演習問題を解く。 200
9回 【小テスト2】 主に、6回〜8回までの講義内容について小テストを行 う。 自己点検(復習) 小テスト2 1回〜7回の講義テキストを読み 返して復習する。宿題で解けなか った問題を解答を参考にして解い てみる。 200
10回 【定常特性と安定性】 自動制御系を設計する上で、非常に重要な性質である 「制御系の安定性」について学習する。 講義と質疑 自己点検(演習) テキストpp.57〜58,pp.77〜80を 読んで、「制御系の安定性」につ いて予習する。 200
11回 【安定判別】 ラウス・フルビッツの安定判別法について学習する。 講義と質疑 自己点検(演習) テキストpp.60〜61を読んで、「 安定判別法」について予習する。 200
12回 【PI制御系の設計】 基本的なPI制御系の比例ゲインと積分ゲインの設定方 法について学習する。 講義と質疑 自己点検(演習) テキストpp.82〜103を読んで、「 比例制御」、「積分制御」、「微 分制御」について予習する。 200
13回 【総合演習】 総合演習を中心とし、「総合力」ラーニングを強化す る。 ・対話型講義を実施 ・自動制御系に関する疑問や 提案に基づき双方向的な講義 や演習 1回〜12回の講義テキストを読み 返して復習する。宿題で解けなか った問題を解答を参考にして解い てみる。 200
14回 【達成度確認試験】 自己点検(復習) 達成度確認試験 試験問題に対する各自の自己採点 をすること。 200
15回 達成度確認試験の解説 成績通知 自己点検 これまでの学習状況の伝達 ・小テスト、レポート ・達成度確認試験 などの素点や総合点の伝達 授業アンケートの実施 200