理工学部Faculty of Science and Engineering
ELC200XD（電気電子工学 / Electrical and electronic engineering 200）制御工学Control engineering
中村 壮亮Sousuke NAKAMURA
授業コードなどClass code etc
| 学部・研究科Faculty/Graduate school | 理工学部Faculty of Science and Engineering |
| 添付ファイル名Attached documents | |
| 年度Year | 2022 |
| 授業コードClass code | H5532 |
| 旧授業コードPrevious Class code | |
| 旧科目名Previous Class title | |
| 開講時期Term | 秋学期授業/Fall |
| 曜日・時限Day/Period | 月2/Mon.2 |
| 科目種別Class Type | |
| キャンパスCampus | 小金井 |
| 教室名称Classroom name | 各学部・研究科等の時間割等で確認 |
| 配当年次Grade | |
| 単位数Credit(s) | |
| 備考（履修条件等）Notes | |
| 他学部公開科目Open Program | |
| 他学部公開（履修条件等）Open Program (Notes) | |
| グローバル・オープン科目Global Open Program | |
| 成績優秀者の他学部科目履修制度対象Interdepartmental class taking system for Academic Achievers | |
| 成績優秀者の他学部科目履修（履修条件等）Interdepartmental class taking system for Academic Achievers (Notes) | |
| 実務経験のある教員による授業科目Class taught by instructors with practical experience | |
| SDGsCPSDGs CP | |
| アーバンデザインCPUrban Design CP | |
| ダイバーシティCPDiversity CP | |
| 未来教室CPLearning for the Future CP | |
| カーボンニュートラルCPCarbon Neutral CP | |
| 千代田コンソ単位互換提供（他大学向け）Chiyoda Campus Consortium | |
| カテゴリー＜理工学部＞Category |
電気電子工学科 学科専門科目 |
すべて開くShow all
すべて閉じるHide All
Outline (in English)
<Course outline>
This course introduces the basic theories of Modern control theory to students. Modern control theory utilizes the time-domain state space representation (mathematical model of a physical system as a set of input, output and state variables related by first-order differential equations) which provides a convenient and compact way to model and analyze systems with multiple inputs and outputs, and moreover, enables to deal with nonlinear terms and initial values.
<Learning objectives>
By the end of the course, students are expected to acquire following skills
- Modeling of the linear dynamic system
- Controller design with state feedback (Pole placement method, Optimal control theory etc.) and observer
- Controller design of both regulator and servo system
- Understanding of Kalman filter (Optimal observer)
<Learning activities outside of classroom>
Before each class meeting, students will be expected to spend four hours to understand the course content. Moreover, additional work is expected in case the report is assigned as homework.
<Grading Criteria>
Term-end examination : 80%, In class contributions 20%
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の概要と目的（何を学ぶか）Outline and objectives
現代制御理論は，精緻なモデルを要求するが，「内部変数の変化を知ることが出来る・多入出力系を扱える」など，古典制御理論よりも表現力が高い側面があり，最適制御法などの数学的に体系化された枠組みを利用すれば厳密な制御性能を引き出すことが可能である．本講義では，現代制御理論における基礎知識の習得を目標とする．
到達目標Goal
現代制御理論の勘所を理解し，標準的な制御系を設計できるようになる．
この授業を履修することで学部等のディプロマポリシーに示されたどの能力を習得することができるか（該当授業科目と学位授与方針に明示された学習成果との関連）Which item of the diploma policy will be obtained by taking this class?
ディプロマポリシーのうち、「DP1」と「DP2」と「DP4」に関連
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の進め方と方法Method(s)（学期の途中で変更になる場合には、別途提示します。 /If the Method(s) is changed, we will announce the details of any changes. ）
講義資料の事前公開により予習（いずれもテキストに準拠した理論と例題）を促す共に，講義では理論を説明するのみならず例題を解いて見せることで学生にフィードバックを与える．
また，制御工学はともすると数式のみの無機質な講義となるため，実社会での応用例に関しても可能な限り盛り込むこととする．積み上げ式の講義でもあるため，途中でつまづいてしまわないよう，同一内容に繰り返し触れるよう振り返りをしながら講義を進める．
各種連絡は基本的には学習支援システムの「お知らせ」で行うので，頻繁に確認すること．
アクティブラーニング（グループディスカッション、ディベート等）の実施Active learning in class (Group discussion, Debate.etc.)
なし / No
フィールドワーク（学外での実習等）の実施Fieldwork in class
なし / No
授業計画Schedule
授業形態/methods of teaching：対面/face to face
※各回の授業形態は予定です。教員の指示に従ってください。
1[対面/face to face]：現代制御とは
～状態空間表現の基礎～
現代制御の概要を説明すると共に，各講義における習得目標を概説する．また，実社会での有用性や課題なども俯瞰する．
2[対面/face to face]：状態空間表現
動的システムの数学モデルとその状態空間表現との関連を説明する．
3[対面/face to face]：行列とベクトルの基本事項
現代制御の基盤となる数学知識を整理する．ベクトルおよび行列の各種演算などが具体的内容となる．
4[対面/face to face]：状態空間表現と伝達関数表現の関係
伝達関数表現と状態空間表現の関連などを説明する.
5[対面/face to face]：状態変数線図と状態変数変換
システムの構造理解を助ける状態変数線図を習得し，状態変数に変換を施した際の状態変数線図や各種表現の振る舞いを説明する．
6[対面/face to face]：状態方程式の自由応答
自由システムに限定した状態方程式の解法(零入力応答)を説明する．
7[対面/face to face]：状態方程式の応答
状態方程式の一般解法を説明する．
8[対面/face to face]：システムの応答と安定性
システムの安定性の条件と分類を説明する．
9[対面/face to face]：状態フィードバックと極配置
不安定システムの安定化を実現する状態フィードバックの概念と構造を説明し，極配置法に基づく設計方法について説明する．
10[対面/face to face]：システムの可制御性と可観測性
システムの可制御性と可観測性の概念を理解し，それらの判別法やそれらの間に存在する双対性などを説明する．
11[対面/face to face]：オブザーバの設計
オブザーバの概念を理解し，その基本構造や設計法を説明する．
12[対面/face to face]：状態フィードバック制御とオブザーバの併合システムの設計
状態フィードバックとオブザーバを併合したシステムの構造および設計法について説明を行う．
13[対面/face to face]：サーボ系の設計
目標値追従をその目的とするサーボ系の構造および設計法を説明する．
14[対面/face to face]：最適制御
最適制御法の概念を理解し，設計方法を使用例と共に説明する．
授業時間外の学習（準備学習・復習・宿題等）Work to be done outside of class (preparation, etc.)
【本授業の準備・復習等の授業時間外学習は、4時間を標準とする】教科書により次回の講義内容を予習し，不明点などを明確にしておくこと．
前回の講義内容を復習し，理解しておくこと．
テキスト（教科書）Textbooks
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References
郷寛，美多勉：「システム制御理論入門」，実教出版株式会社，1979
成績評価の方法と基準Grading criteria
基本的には，期末試験(80点)，平常点(20点)により総合評価する．
学生の意見等からの気づきChanges following student comments
応用先を挙げるなどで利用イメージの定着を図る．
学生に予習を促すとともに，時間が許すようであれば演習の時間も設ける．
学生が準備すべき機器他Equipment student needs to prepare
講義用ハンドアウトを各自で持参すること．
学習支援システムを利用しての事前配布を検討している．
また、オンライン講義の場合には，ITツールはzoomを利用予定である．
事前に接続テストをしておくと良い．