システム制御工学 - 工学部 - 東京大学授業カタログ

システム制御工学

線形フィードバックシステムの制御工学的概念を習得する。古典制御理論において、システムの特性はラプラス変換による伝達関数で表現され、制御系の設計はその特性根の位置を操作することによって望ましい制御特性を得ることであることを理解する。さらに、状態空間表現に基づく現代制御理論の初歩について述べる。最後に、応用事例として海中ロボットの制御について紹介する。

This lecture introduces you to the fundamentals of control engineering concerning linear feedback systems. The goal is understanding, in the classical control theory, system characteristics are represented as transfer functions obtained by the Laplace transform, and that designers of control systems should allocate their characteristic roots properly for achieving preferable control performance. The lecture also touches an introduction to the modern control theory based on the state space representation. Finally an application case of control for underwater vehicles will be presented.

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授業計画

1. 自動制御概論　システムと制御、ブロック線図、信号とラプラス変換 2. ラプラス変換の応用　ラプラス変換と微分方程式、ラプラス変換と伝達関数 3. 時間応答　過渡応答と定常応答、入力信号の制御、安定性 4.周波数応答基礎　ゲインと位相、周波数伝達関数、ボード線図基礎 5. フィードバック制御　フィードバック制御、閉ループ伝達関数、安定性判別、根軌跡 6. フィードバック制御系の応答　過渡応答、周波数応答、ボード線図、定常偏差、外乱と雑音 7. 制御系設計の基礎　制御要素、支配極、２次系近似、ニコルス線図 8. 制御系の設計法　ゲイン調整、位相遅れ補償、位相進み補償、ＰＩＤ制御 9. 現代制御入門１　古典制御との違い、状態空間法 10. 現代制御入門２　システムの応答と安定性 11. 応用事例１　海中ロボットの制御 12. 応用事例２　海中ロボットの位置姿勢推定手法 1. Outline of control engineering 　System and automatic control, block diagram, Signal and Laplace transform 2. Application of Laplace transform 　Differential equation using Laplace transform, Laplace transform and Transfer function 3. Time response 　Steady-state response and transient response, Control input signal, Stability 4. Frequency response （Fundamental）　Gain and phase, Frequency transfer function, Fundamental bode diagram 5. Feedback control 　Feedback control, closed-loop transport function, stability criterion, root locus plot 6. Response of feedback control system 　Transient response, frequency response, Bode plot, steady-state offset, disturbance and noise 7. Fundamentals of control system design Elements of controller, dominant poles, 2nd-order approximation, Nichols plot 8. Design methods of control system Gain adjustment, phase lag compensation, phase lead compensation, PID control 9. Introduction of Modern Control Theory 1 Difference from the classical theory, state space 10. Introduction of Modern Control Theory 2 System response, stability 11. Application 1 Control of underwater vehicles 12. Application 2 Position and state estimation of underwater vehicles