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 授業科目
 Course Title
制御システム
Control Systems
 担当者
 Instructor
教授   瀬古沢 照治  後学期 火曜日2時限
 単 位
 Credit
2

到達目標 Target to be Reached
 本講義の到達目標は、受講生が、数理的基礎に基づき古典制御理論と現代制御理論とその関係を理解でき、制御系の設計方法を身につけられることである。制御システムは広い範囲にわたって工業分野で重要な役割を担っている。本講義では状態方程式を基礎とした「現代制御理論」を中心に学ぶ。現代制御理論は制御システム設計を数理的立場に立って合理的に設計できる手法として展開され、自動車システム(燃焼、排気ガス制御、乗り心地、トルク制御)、ロボットシステムの制御、ハードディスクのヘッド位置制御などの他、次世代のエネルギ-システムの開発にも広く利用されている。現代制御を理解するために重要な「状態空間モデル」と古典制御との関係についても重点的に学ぶ。数理的基礎に基づき古典制御と現代制御および制御システムの構造を理解でき、制御系の設計とモデルが理解できることを目標とする。安定性はシステムの応答についての解析ができることを目標とする。
 また、情報システム創成学科のカリキュラム・ポリシーに従い、本科目を受講するまえに、数学の基礎である幾何学位置および数理計画法を先に履修しておくことが望ましい。
 
授業内容 Course Content
 本講義では一般的な制御システムの枠組について説明し、現代制御理論の考え方を明確にする。制御システム設計法の概要を古典的手法から現代的手法、それらの融合的設計理論を示す。制御に関して基礎的・数学な知識を前提としているので、ベクトル、行列を学び、周波数領域で解決するラプラス変換(古典的手法)、および現代制御の状態空間表現モデルと伝達関数モデルとの関係を理解する。数式モデルを用いることにより、制御系設計の見通しが良くなることを学ぶ。具体的な制御システムのモデルがどのように作られるかを学ぶ。線形代数の基礎が習得できていることが望ましい。
 
授業計画 Course Planning
各回の講義内容は一応次のように予定している。ただし、時間の関係で若干前後する場合もある(カッコ内は、15回の講義週の内容を示す)。予習として、各回の該当頁を予め読んでおくこと。復習としては、講義時に示した理論や知見を、簡単な例題に当てはめて、解法を見につけ、考察してみること。
(1)シラバスの記載事項についての確認。制御と動的システム
(2)伝達関数表現
(3)連立方程式の行列・ベクトル表現     
(4)状態空間表現
(5)2階微分方程式および3階微分方程式の状態空間表現
(6)行列とベクトル
(7)対角行列、転置行列、ノルム
(8)逆行列、固有値
(9)状態空間表現と伝達関数表現の関係
(10)伝達関数表現と状態空間表現の特徴
(11)状態変数線図
(12)状態変数変換
(13)状態方程式の自由応答
(14)状態方程式の解とシステムの応答
(15)システムの応答と安定性
 
授業運営 Course Management
 全て講義形式による。制御システムの線形システムモデル表現が最重要であることを学ぶ。そのために避けては通れない課題として、一般的な学生が不得意とする線形代数の基礎を丁寧に説明し提示する。授業中に具体的な例題および演習問題を解く。
 
評価方法 Evaluation Method
 学期末には期末テストを行う。また、特定の課題について、演習レポートを課す場合もある。学期末テストのみを行う場合、期末テスト点数を評価の100%とする。レポート課題を課す場合、期末テスト80%、レポート20%を評価基準とし総合的に評価する。授業は7割以上出席しない学生は期末試験を受験しても不合格となることがあるので十分注意されたい。
 
オフィスアワー Office Hour (s)
 金曜日1限に教授室(23号館420室)を訪問のこと。質問や指摘は講義中および講義終了時にも受け付ける。
 
使用書 Textbook (s)
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]2012

参考書 Book (s) for Reference
浜田望、松本直樹、高橋徹『現代制御理論入門』[コロナ社]2005年

 
 
 
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