シラバス参照

科目名 集中演習3 
担当者氏名

市川 明彦

井上 真澄

太田 利夫

大原 賢一

佐伯 壮一

関山 浩介

畑 良幸

星野 昭広

楊 剣鳴

野々川 勝治

全開講対象学科 理工学部メカトロニクス工学科
年次 3年次 
クラス  
講義学期 前期 
単位数
必選区分 必修科目 
学期・曜日・時限  
部門 専門教育部門-根幹科目 
備考 本授業では、100点満点中60点以上を合格とする。本授業の対応する学習・教育到達目標 (7) (8) (10)

本授業はCP3・4およびDP3に該当する 



準備学習・事後学習
電気回路,電気製図,材料力学,流体力学,熱力学,制御工学,機械製図の基礎を復習しておくこと.



演習中の不明点は次回の演習までに明らかになるよう復習しておくこと.

毎回、講義時間の半分の自学自習が求められます。 
課題・定期試験に対するフィードバック
履修上の留意
集中演習は集中演習Ⅰ(機構設計),集中演習Ⅱ(電気回路設計),集中演習Ⅲ(制御系設計とソフトウェア設計)から構成される.3つの演習の履修では,メカトロニクスの簡単な機能要素について,お手本を基に順番に設計していく.授業で学んだことが,設計に生かせることを主眼にしているので,授業で理解できなかったこと,忘れたことは,自主的に学習し,授業と実践が等価なものであることをしっかりと認識できるよう心がけること.授業は,週3日を使って,集中授業として実施する.4週間で終了する.授業の順序は,授業計画から前後する場合がある. 
授業の概要と目的
制御系設計を実施し,目標仕様を達成する.すなわち,制御系のアーキテクチャー設計,PID制御系の設計とMATLABによるシミュレーション評価を実施し,制御マイコン,もしくは,PCに実装する.そして,機能評価を行い,目標と達成度を評価する.目標が達成できない場合は,その原因を論理的に解析し,機構,回路,制御のもっとも適切な領域で対策を立案し,それを実現する.(科目ナンバリングコード:TR31108) 
該当するCP(カリキュラム・ポリシー)およびDP(ディプロマ・ポリシー)
実務経験と授業内容の関係
科目ナンバリングコード
サブタイトル
簡素な機械機能を設計する.



キーワード:電気回路設計,仕様,設計手順,電子部品,センサー,設計計算,実装設計,機能評価 
到達目標
・ひな型のある1自由度メカトロニクス機能要素の設計ができる.



・設計と授業知識をリンクできる.・設計に必要なコンピュータ設計ツールとして,2次元CAD,MATLABで基礎的機能評価ができる. 
授業計画
【項目欄】 【内容欄】
1. 授業ガイダンス  授業の目的と進め方について概説する. 
2. 機能モデル作成  制御設計に必要な機能モデルを作成する.



 ○機構のモデル化ができる. 
3. ハードウェアの機能モデル1  マイコン制御システムについて説明する.最終仕様を到達するためハードウェアの構成する.



 ○ハードウェアブロック機能(入出力)を理解できる. 
4. ソフトウェアの機能モデル2  通信・制御Iソフトウェアについて説明する.ソフトウェアアーキテクチャーに基づき,ソフトウェアの機能を設計する.



 ○ソフトウェアブロック機能(入出力)を理解できる. 
5. 通信設計1  マイコンとPC間通信の仕組みについて説明し,通信ソフトウェアを利用する.



 ○簡単なネットワーク通信を使用できる. 
6. 通信設計2  マイコンとPC間通信の仕組みについて説明し,通信可能とするソフトウェアを設計する.



 ○簡単なネットワーク通信ソフトウェアを設計できる. 
7. 手動操作と表示  PCからの入力による,運動軸のON/OFF機能PC画面上に実現する.また,運動状況をPC上でモニタ可能とする.



 ○メカトロニクス機械の摺動,PC等による摺動操作ができる. 
8. 速度可変入力  PC上から,モータ等の運動要素の速度入力を可能とする.また,速度をモニタに表示する.



 ○運動機能(モータ)の速度を可変にできる. 
9. 制御モデル構築  設計機構,電気回路をモデル化し,伝達関数を作成する.



 ○簡単な機能要素のモデル化ができる. 
10. 制御対象の評価  上記伝達関数をMATLAB上で計算評価し(ステップ応答,周波数応答),運動の予測を行う.また,その安定・不安定を評価する.



 ○伝達関数をMATLABで計算できる. 
11. パラメータ同定  系の特性を定義し,試作設計品のステップ応答特性を計り,パラメータ同定を行う.



 ○2次遅れ程度のパラメータ同定ができる. 
12. P制御系の設計およびPID制御系の設計  PC上で,PコントローラおよびPIDコントローラの設計を行う.また,P制御のゲイン設定およびPID制御の制御パラメータの設定を行い,シミュレーションによるチューニングと限界感度法によるチューニングを行う.



 ○2次遅れ程度のPIDコントローラないし,Pコントローラが設計できる. 
13. 周波数特性1  上記で設計したPコントローラについて,応答特性や安定性(ゲイン余裕・位相余裕)をシミュレーションおよび試作設計品で確認する.



 ○安定性の程度を評価できる. 
14. 周波数特性2  上記で計測したPIDコントローラについて,応答特性や安定性(ゲイン余裕・位相余裕)をシミュレーションおよび試作設計品で確認する.



 ○安定性の程度を評価できる. 
15. 総合討論とまとめ  制御系設計についてプレゼントと討論を行う.



 ○簡単なメカトロニクス機能要素の一連の設計ができる. 
テキスト
【書籍名】 【著者】 【出版社】
1. 授業配布プリント     
2. 電子教科書     
参考文献
【書籍名】 【著者】 【出版社】
1. ロボット工学ハンドブック    コロナ社 
2. ISO設計便覧    日本企画協会 
授業方法の形式
講義(パラレル開講) 
成績評価方法
成績は,レポート評価60%,授業質疑・プレゼンテーション40%で評価し,総合平均60点以上を合格とする.C(合格)となるためには、到達目標を最低限達成することが必要である。 
成績評価基準
受講生へのメッセージ
メカトロニクス機械の設計は,機械,電気,ソフトウェア工学を単に集めたものではない.これらの技術を手段として,もっとも効果的に機能を発現させるための設計である.ひな型の原理をしっかりと観察し,何故そのように設計されているかを理解し,システムが必要とする構成とそのモデル化の重要性を理解してほしい. 
参考URL
画像
ファイル
更新日時 2021/11/22 16:15


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