Feedback Control, Fall 20

(フィードバック制御 SCE.C.202)



Instructor

Prof. Masayuki Fujita

Department of Information Physics & Computing, The University of Tokyo

Lecture Time and Place

Tuesday and Friday 2-4 periods (9:40-12:20), Online

Credit

Unit: 2-1-0

Teaching Assistants

Hayato Dan, Shunya Yamashita, and Yuya Okada(S5-204A)

Email :

Please send e-mail to the above address if you have any questions. Note that Prof. Fujita's address is not included in the above address.

Course Description

The purpose of this course is to provide the students with the principles and tools of feedback control: sensitivity, steady-state error, vector locus, Bode plots, internal stability, Nyquist criterion, stability margin, robustness, loop shaping, PID control, two degree-of-freedom control. The students will be introduced to the computational tools for dynamical systems available in Control System Toolbox. (More)

Course Learning Outcomes

1. An ability to formulate, analyze and design fundamental control problems

2. An ability to use a numerical computing environment, such as MATLAB and Simulink, to solve engineering problems

Textbook

The primary text for the course and the excercise is :

[1] 杉江俊治,藤田政之, "フィードバック制御入門," コロナ社, 1999 (ISBN: 4-339-03303-0).

Reference Books

[2] 杉江俊治,梶原宏之, "システム制御工学演習," コロナ社, 2014 (ISBN: 978-4-339-03306-9).
[3] "Control System Toolbox Documentation," MathWorks, 2016.

Introductory Books

[4] 大須賀公一,足立修一, "システム制御へのアプローチ," コロナ社, 1999 (ISBN: 978-4-339-03301-4).
[5] 示村悦二郎, "自動制御とは何か," コロナ社, 1990 (ISBN: 978-4-339-03140-9).
[6] 木村英紀, "制御工学の考え方-産業革命は「制御」からはじまった," ブルーバックス, 2002 (ISBN: 978-4-06-257396-2).

Pre-requisites

動的システム基礎    (Fundamentals of Dynamical Systems)
システム制御数学A   (Mathematics for Systems and Control A)
基礎情報処理及び演習(システム制御)   (Information Processing and Programming (Systems and Control))

Post-requisites

線形システム制御論    (Linear System Theory)
システムモデリング    (System Modeling)
ロバスト制御    (Robust Control)

Computer Access and MATLAB

The students can install MATLAB R20b (MATLAB, Simulink, Control System Toolbox and Simulink Control Design) in your computer. Please see the GSIC's installation guide for more details.

The students can also use MATLAB/Simulink at GSIC.


Lecture Schedule

Schedule
Lecture Date Topics
1st10/2 1 序論
   1.1 制御とは
   1.2 制御系の標準的構成と制御目的
   1.3 フィードバック制御の利点と課題
4 フィードバック制御系の特性
   4.1 感度特性 [pp.67 - 71]
2nd10/6 Reading Assignment:
3 ダイナミカルシステムの過渡応答と安定性
   3.1 インパルス応答とステップ応答[pp.39 - 43]
   3.2 1次系の応答[pp.43 - 45]
   3.3 2次系の応答[pp.45 - 49]
   3.4 極・零点と過渡応答[pp.50 - 54]
   3.5 ダイナミカルシステムの安定性[pp.54 - 63]
3rd10/13 Reading Assignment:
4 フィードバック制御系の特性
   4.2 定常特性 [pp.71 - 75]
5 周波数応答
   5.1 周波数応答と伝達関数 [pp.87 - 90]
4th10/16 Reading Assignment:
5 周波数応答
   5.2 ベクトル軌跡 [pp.90 - 94]
   5.3 ボード線図 [pp.94 - 98]
5th10/20 Reading Assignment:
5 周波数応答
   5.3 ボード線図
   5.4 ボード線図の性質 [pp.98 - 104]
6th10/23 Reading Assignment:
6 フィードバック制御系の内部安定性
   6.1 フィードバック系の内部安定性 [pp.106 - 110]
   6.2 ナイキストの安定判別法 [pp.110 - 115]
7th10/27 Reading Assignment:
6 フィードバック制御系の内部安定性
   6.2 ナイキストの安定判別法 [pp.115 - 120]
   6.3 ゲイン余裕,位相余裕 [pp.120 - 125]
8th10/30 Reading Assignment:
7 フィードバック制御系のロバスト性解析
   7.1 不確かさとロバスト性 [pp.127 - 135]
9th11/6 Reading Assignment:
7 フィードバック制御系のロバスト性解析
   7.2 ロバスト安定性 [pp.135 - 138]
   7.3 制御性能のロバスト性 [pp.139 - 142]
10th11/10 Reading Assignment:
8 フィードバック制御系の設計法
   8.1 設計手順と性能評価 [pp.146 - 149]
   8.2 PID補償による制御系設計 [pp.149 - 154]
11th11/13 Reading Assignment:
8 フィードバック制御系の設計法
   8.2 PID補償による制御系設計 [pp.149 - 155]
   8.3 位相進み-遅れ補償による制御系設計 [pp.156 - 158]
12th11/17 Reading Assignment:
8 フィードバック制御系の設計法
   8.3 位相進み-遅れ補償による制御系設計 [pp.156 - 166]
13th11/20 Reading Assignment:
8 フィードバック制御系の設計法
   8.3 位相進み-遅れ補償による制御系設計 [pp.156 - 166]
9 2自由度制御系
   9.3 フィードフォワードとフィードバックの役割 [pp.168 - 170]
   9.4 2自由度制御系の構造と設計法 [pp.171 - 175]
14th11/24 Reading Assignment:
9 2自由度制御系
   9.3 安定化制御器のパラメータ表現
   9.4 H∞制御

Materials

提出時の注意事項をよく読むこと. 演習課題の返却については こちら を確認.

Materials
Lecture Exercises
Problem
Exercises
Answer
Answer Form
1st
2nd
3rd
4th
5th
6th
7th
8th
9th
10th
11th
12th
13th
14th
Final Report
Problem Answer Form

Tokyo Tech Online Service

Check Tokyo Tech OCW here, and Tokyo Tech Portal here.

Supplemental Materials

[AM09] K. J. Astrom and R. M. Murray, "Feedback Systems," Princeton University Press, 2009 (ISBN-10: 0-691-13576-2).
Lecture Notes "Analysis and Design of Linear Control Systems,, Summer, 2005-2015.
[KP14] K. J. Astrom and P. R. Kumar, "Control: A perspective," Automatica, Volume 50, Issue 1, Pages 3-43, 2014.

Collaboration Policy

Collaboration on homework assignment is encouraged. But it is forbidden to copy solutions from other students.