K6432020 システム制御II

広島大学シラバス

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年度 2024年度開講部局工学部

講義コード K6432020 科目区分専門教育科目

授業科目名システム制御II

授業科目名
（フリガナ）システムセイギョ２

英文授業科目名 Control Systems Engineering II

担当教員名脇谷　伸,木下　拓矢

担当教員名
(フリガナ) ワキタニ　シン,キノシタ　タクヤ

開講キャンパス東広島開設期 2年次生後期４ターム

曜日・時限・講義室 (4T) 月3-4,金7-8：工103

授業の方法講義授業の方法
【詳細情報】　

講義中心、演習中心、板書多用、ディスカッション

単位 2.0 週時間　使用言語 B : 日本語・英語

学習の段階 2 : 初級レベル

学問分野（分野） 25 : 理工学

学問分野（分科） 11 : 電気システム制御工学

対象学生

授業のキーワード現代制御，状態フィードバック制御，システムモデリング，状態空間モデル，可制御性・可観測性，安定性，極配置制御，オブザーバ，最適制御，モデルベース開発（MBD）

教職専門科目　教科専門科目　

プログラムの中での
この授業科目の位置づけ
（学部生対象科目のみ）この学習を通して，専門的な基礎技術に関する知識や理解を深める．
・この授業の前提となる科目：微分積分学I,II，線形代数学I,II，数学演習I,II，システム制御I
・この授業と合わせて履修することが望ましい科目：システム制御I，計測制御演習，信号処理工学
到達度評価
の評価項目
（学部生対象科目のみ）電気システム情報プログラム
（能力・技能）
・電気，システム，情報分野の基礎となる概念，知識および手法
・電気，システム，情報分野の基礎概念，知識および手法を具体的・専門的な問題に応用する能力

電子システムプログラム
（能力・技能）
・電子システム分野の基礎となる概念，知識および手法
・電子システム分野の基礎概念，知識および手法を具体的・専門的な問題に応用する能力

授業の目標・概要等「システム制御I」に続き，制御工学の基礎となる現代制御の理論，ならびに制御系設計法について講義する。また，近年産業界で注目されているモデルベース開発（MBD）において，制御系がどのような役割を果たすかについても概説する。
この講義で学習する主な内容は次の通りである。
(1) システムモデリング（微分方程式・状態方程式）
(2) システムの特性（可制御性・可観測性）
(3) システムの構造（正準構造・可制御／可観測正準形・実現問題）
(4) 制御系の安定性（内部安定・入出力安定）
(5) 状態フィードバック制御系設計（極配置・オブザーバ）
(6) 最適制御系設計（レギュレータ問題・サーボ問題）
(7) モデルベース開発（MBD）と制御系設計

授業計画第１回　システムモデリング（１）
（状態空間表現に基づくモデリング）
第２回　システムモデリング（２）
（状態空間と伝達関数）
第３回　システムモデリング演習
（微分方程式，伝達関数および状態空間表現によるモデリングとシミュレーション）
第４回　システムの応答と安定性（１）
（状態方程式の解と遷移行列）
第５回　システムの応答と安定性（２）
（システムの極と自由応答）
第６回　システムの応答と安定性演習
（数値計算ソフトによるシステムの極と自由応答のシミュレーション）
第７回　状態フィードバック制御系の設計
第８回　状態フィードバック制御系の設計演習
（数値計算ソフトによる極配置制御系の設計とシミュレーション）
第９回　オブザーバの設計
第１０回　オブザーバの設計演習
（数値計算ソフトによるオブザーバの設計）
第１１回　システムの可制御性と可観測性
（状態変数変換と対角正準系）
第１２回　併合システムと分離定理
第１３回　サーボ系の設計
第１４回　サーボ系の設計の設計演習
（数値計算ソフトによるサーボ系の設計）
第１５回　モデルベース開発（MBD）と制御系設計

・講義の後半に小テストを実施する
・第８回の終了後に中間試験を実施する
・第１５回終了時に最終レポートを課す

教科書・参考書等教科書：山本，水本編「線形システム制御論」（ISBN978-4-254-20160-4）
　　　　詳細は，最初の講義にて説明する。
また，予習，復習においては，以下のテキストも参考になる。
佐藤, 下本, 熊澤：はじめての現代制御理論，講談社
中溝，小林：システム制御の講義と演習，日新出版
志水，大森：線形制御理論入門，培風館
山本，脇谷他：実習で学ぶモデルベース開発，コロナ社

授業で使用する
メディア・機器等　

【詳細情報】パワーポイントによる講義が中心となる。

授業で取り入れる
学習手法　

予習・復習への
アドバイス各授業において身につけて欲しい知識・技能を以下に示す。原則として，毎回の授業において授業内容の理解を問う小テストを実施する。したがって，予習・復習では，これらの点に留意して学習すると効果的である。
第1回　状態空間表現が理解でき，状態方程式が導出できること。
第2回　状態方程式と伝達関数の関係が理解できること。
第3回　数値計算ソフトによるシステムのモデリングができること。
第4・5回　内部安定，および入出力安定の意味が理解でき，システムの安定性が判定できること。
第6・7回　極配置の意味が理解でき，極配置制御系が設計できること。
第8回　数値計算ソフトによる状態フィードバック制御系の設計ができること。
中間試験：第1回～第8回の内容から出題するので，その内容を理解しておくこと。
第9回　オブザーバの必要性が理解でき，適切なオブザーバが設計できること。
第10回　数値計算ソフトによるオブザーバの設計ができること。
第11回　システムの可制御性および可観測性の定義とその意味が説明できること。
第12回　オブザーバを用いた極配置制御系が設計でき，その制御系の安定性が議論できること。
第13回　レギュレータ問題とサーボ問題の違いを理解し，サーボ系が設計できること。
第14回　数値計算ソフトによるサーボ系の設計ができること。
第15回　モデルベース開発（MBD）において制御系が果たす役割を理解すること。
　　　　制御系設計の一例として最適レギュレータ（LQR）についても紹介する。
最終レポート：第1回～第15回までの知識を自身の言葉でまとめるレポート課題を課す。

履修上の注意
受講条件等微分・積分学や線形代数学，ならびにシステム制御Iの授業を履修しておくことが望ましい。

成績評価の基準等小テスト（授業最後の実施）、およびコンピュータ演習30％，中間テスト30％，期末レポート30％，授業への参加態度10％　

実務経験

実務経験の概要と
それに基づく授業内容

メッセージ数学的な内容が多く含まれるが，それに振り回されることなく，「制御系を設計する」という最終目的を見失わないようにすること。

その他講義の一部においてコンピュータによる演習を行う。指定された日には、コンピュータを持参すること。詳細は最初の講義において説明する。

すべての授業科目において，授業改善アンケートを実施していますので，回答に協力してください。
回答に対しては教員からコメントを入力しており，今後の改善につなげていきます。

年度	2024年度	開講部局	工学部
講義コード	K6432020	科目区分	専門教育科目
授業科目名	システム制御II
授業科目名（フリガナ）	システムセイギョ２
英文授業科目名	Control Systems Engineering II
担当教員名	脇谷　伸,木下　拓矢
担当教員名 (フリガナ)	ワキタニ　シン,キノシタ　タクヤ
開講キャンパス	東広島	開設期	2年次生後期４ターム
曜日・時限・講義室	(4T) 月3-4,金7-8：工103
授業の方法	講義	授業の方法【詳細情報】
講義中心、演習中心、板書多用、ディスカッション
単位	2.0	週時間		使用言語	B : 日本語・英語
学習の段階	2 : 初級レベル
学問分野（分野）	25 : 理工学
学問分野（分科）	11 : 電気システム制御工学
対象学生
授業のキーワード	現代制御，状態フィードバック制御，システムモデリング，状態空間モデル，可制御性・可観測性，安定性，極配置制御，オブザーバ，最適制御，モデルベース開発（MBD）
教職専門科目		教科専門科目
プログラムの中でのこの授業科目の位置づけ（学部生対象科目のみ）	この学習を通して，専門的な基礎技術に関する知識や理解を深める．・この授業の前提となる科目：微分積分学I,II，線形代数学I,II，数学演習I,II，システム制御I ・この授業と合わせて履修することが望ましい科目：システム制御I，計測制御演習，信号処理工学
到達度評価の評価項目（学部生対象科目のみ）	電気システム情報プログラム（能力・技能）・電気，システム，情報分野の基礎となる概念，知識および手法・電気，システム，情報分野の基礎概念，知識および手法を具体的・専門的な問題に応用する能力電子システムプログラム（能力・技能）・電子システム分野の基礎となる概念，知識および手法・電子システム分野の基礎概念，知識および手法を具体的・専門的な問題に応用する能力
授業の目標・概要等	「システム制御I」に続き，制御工学の基礎となる現代制御の理論，ならびに制御系設計法について講義する。また，近年産業界で注目されているモデルベース開発（MBD）において，制御系がどのような役割を果たすかについても概説する。この講義で学習する主な内容は次の通りである。 (1) システムモデリング（微分方程式・状態方程式） (2) システムの特性（可制御性・可観測性） (3) システムの構造（正準構造・可制御／可観測正準形・実現問題） (4) 制御系の安定性（内部安定・入出力安定） (5) 状態フィードバック制御系設計（極配置・オブザーバ） (6) 最適制御系設計（レギュレータ問題・サーボ問題） (7) モデルベース開発（MBD）と制御系設計
授業計画	第１回　システムモデリング（１）（状態空間表現に基づくモデリング）第２回　システムモデリング（２）（状態空間と伝達関数）第３回　システムモデリング演習（微分方程式，伝達関数および状態空間表現によるモデリングとシミュレーション）第４回　システムの応答と安定性（１）（状態方程式の解と遷移行列）第５回　システムの応答と安定性（２）（システムの極と自由応答）第６回　システムの応答と安定性演習（数値計算ソフトによるシステムの極と自由応答のシミュレーション）第７回　状態フィードバック制御系の設計第８回　状態フィードバック制御系の設計演習（数値計算ソフトによる極配置制御系の設計とシミュレーション）第９回　オブザーバの設計第１０回　オブザーバの設計演習（数値計算ソフトによるオブザーバの設計）第１１回　システムの可制御性と可観測性（状態変数変換と対角正準系）第１２回　併合システムと分離定理第１３回　サーボ系の設計第１４回　サーボ系の設計の設計演習（数値計算ソフトによるサーボ系の設計）第１５回　モデルベース開発（MBD）と制御系設計・講義の後半に小テストを実施する・第８回の終了後に中間試験を実施する・第１５回終了時に最終レポートを課す
教科書・参考書等	教科書：山本，水本編「線形システム制御論」（ISBN978-4-254-20160-4）　　　　詳細は，最初の講義にて説明する。また，予習，復習においては，以下のテキストも参考になる。佐藤, 下本, 熊澤：はじめての現代制御理論，講談社中溝，小林：システム制御の講義と演習，日新出版志水，大森：線形制御理論入門，培風館山本，脇谷他：実習で学ぶモデルベース開発，コロナ社
授業で使用するメディア・機器等
【詳細情報】	パワーポイントによる講義が中心となる。
授業で取り入れる学習手法
予習・復習へのアドバイス	各授業において身につけて欲しい知識・技能を以下に示す。原則として，毎回の授業において授業内容の理解を問う小テストを実施する。したがって，予習・復習では，これらの点に留意して学習すると効果的である。第1回　状態空間表現が理解でき，状態方程式が導出できること。第2回　状態方程式と伝達関数の関係が理解できること。第3回　数値計算ソフトによるシステムのモデリングができること。第4・5回　内部安定，および入出力安定の意味が理解でき，システムの安定性が判定できること。第6・7回　極配置の意味が理解でき，極配置制御系が設計できること。第8回　数値計算ソフトによる状態フィードバック制御系の設計ができること。中間試験：第1回～第8回の内容から出題するので，その内容を理解しておくこと。第9回　オブザーバの必要性が理解でき，適切なオブザーバが設計できること。第10回　数値計算ソフトによるオブザーバの設計ができること。第11回　システムの可制御性および可観測性の定義とその意味が説明できること。第12回　オブザーバを用いた極配置制御系が設計でき，その制御系の安定性が議論できること。第13回　レギュレータ問題とサーボ問題の違いを理解し，サーボ系が設計できること。第14回　数値計算ソフトによるサーボ系の設計ができること。第15回　モデルベース開発（MBD）において制御系が果たす役割を理解すること。　　　　制御系設計の一例として最適レギュレータ（LQR）についても紹介する。最終レポート：第1回～第15回までの知識を自身の言葉でまとめるレポート課題を課す。
履修上の注意受講条件等	微分・積分学や線形代数学，ならびにシステム制御Iの授業を履修しておくことが望ましい。
成績評価の基準等	小テスト（授業最後の実施）、およびコンピュータ演習30％，中間テスト30％，期末レポート30％，授業への参加態度10％
実務経験
実務経験の概要とそれに基づく授業内容
メッセージ	数学的な内容が多く含まれるが，それに振り回されることなく，「制御系を設計する」という最終目的を見失わないようにすること。
その他	講義の一部においてコンピュータによる演習を行う。指定された日には、コンピュータを持参すること。詳細は最初の講義において説明する。
すべての授業科目において，授業改善アンケートを実施していますので，回答に協力してください。回答に対しては教員からコメントを入力しており，今後の改善につなげていきます。

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