システム工学実験(数理)

科目ナンバリング U-ENG29 39132 EJ72
U-ENG29 39132 EJ10
開講年度・開講期 2022 ・ 前期
単位数 4 単位 授業形態 実験
配当学年 対象学生
使用言語 日本語 曜時限 木4・5・金4・5
教員 辻 徹郎 (情報学研究科 准教授)
大木 健太郎 (情報学研究科 助教)
新納 和樹 (情報学研究科 助教)
授業の概要・目的 システム工学は,(1)システムモデリング,(2)システム解析,(3)システム制御の三要素を根幹としている.本実験科目では,実システムへシステム工学の知識を適用することを通して,これまで習得した知識に対する理解を深める.とくにアクティブ消音,フレキシブルリンクおよび倒立振子について,計算機シミュレーションと実機実験を通してその制御手法を習得する.履修者は交代で3課題をすべて履修する.そのため,初回ガイダンス時,3つのグループにグループ分けする.
到達目標 実システムの制御実験を通して,つぎに挙げる理論知識に対する理解を深める.
・第一原理にもとづく物理モデリング
・実験によるパラメータ同定
・システムの周波数応答と安定性の解析
・システムの安定化と最適制御
また,実システムの動作を通して,実際の現象と理論とのギャップを考察し,その原因からシステムの特性を掴み,現実のシステムに生じうる問題に対する解決策を身につける.さらに,実機実験を通して学んだこれらの知識を,発表およびレポートで正確に表現することを目標とする.
授業計画と内容 ガイダンス,1回,各実験課題の概説およびグループ分け

アクティブ消音制御実験,9回,
1. アクティブ消音の原理
2. DSPの基礎知識,プログラミング
3. 動作実験
4. 時間応答,周波数応答の解析
*実施にあたって,数値計算ソフトウェアScilabを用いる.

フレキシブルリンクの制御実験,9回
1. 周波数伝達関数の逐次推定とパラメータ同定
2. ステップ目標値への追従制御
3. 2自由度制御器の設計
4. 作成した目標応答への追従制御実験
*実施にあたって,Scilabおよび制御用ソフトMATLAB/SIMULINKを用いる.

倒立振子の制御実験,9回,
1. 倒立振子の物理モデルの導出とパラメータの推定
2. 状態空間法に基づく制御系の設計
3. オブザーバによる状態変数の推定
4. 極配置,最適レギュレータによる倒立振子の安定化
5. 倒立振子の振り上げ制御
*実施にあたって,Scilabおよび制御用ソフトMATLAB/SIMULINKを用いる.

学習到達度の確認、2回、各課題の内容やレポートに関するフィードバックを行う
成績評価の方法・観点 平常点,各実験課題のレポートにより成績を評価する.課題に取り組む姿勢,工夫,グループワークなどに見られる態度も重要視する.
履修要件 システム解析入門(90070)を履修していることが望ましい.
授業外学習(予習・復習)等 各実験項目の発表やレポート課題に向けてしっかり準備しておくこと.
教科書 必要に応じて,担当教員らが作成した実験テキストを配布する.
参考書等 フィードバック制御の基礎, 片山徹, (朝倉書店), ISBN:4254201117, (2002)
Matlab/Simulinkによるわかりやすい制御工学, 川田昌克、西岡勝博, (森北出版), ISBN:462791721X, (2001)
システム同定の基礎, 足立修一, (東京電機大学出版), ISBN:4501114800, (2009)
フィードバック制御の理論, Doyle, Francis and Tannenbaum (藤井隆雄監訳), (コロナ社), ISBN:4339031585, (1996)
Feedback Control Theory, Doyle, Francis and Tannenbaum, (Prentice Hall), ISBN:0023300116, (1992)
System Identification, Ljung, (Prentice Hall), ISBN:0136566952, (1999)
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