システム設計と制御特論

Advanced Studies in System Design and Control

994D61C

43EECNT504

阪田　治

Osamu SAKATA

阪田　治

2025年度前期

2025年度

①First semester

木曜2限

Thursday, 3rd

木橋・３時限目

2.0単位

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⑤ [対面]ブレンド型授業/ [On-site] Blended format (must include 50%-or-more classes held on-site)

システムとは、「多数の構成要素が有機的な秩序を保ち、同一目的に向かって行動するもの」あるいは「所定の任務を達成するために、選定され配列され、互いに連携して動作売る一連のアイテム（ハードウェア、ソフトウェア、人間要素）の組み合わせ」などと表現されるものである。諸君はこれまでに自然科学や社会科学など多くの科学的な学問を修めてきたが、総じてそれらは特定のカテゴリに細分化された知識を個別に学ぶものであった。しかし、本科目の主題である「システム学」はそれらの学問とは少々趣が異なり、これ単体で一つの閉じられた学問というわけではない。何らかの目的を達成するために、または何らかの問題解決のために、世の中の様々な学問や知見を取捨選択し、さらにそれらを効果的に組み合わせ、一つの処理系を構築するとき、この処理系は一般にシステムと呼ばれるものになる。本科目では、システムを組み立てるための手法について、その概要を学ぶ。
続いて、制御工学の応用について学ぶ。まず、工業製品の多くに使用されているＰＩＤ制御およびその応用について詳しく学ぶ。次に、基本的な制御全般として、インテリジェント制御、適応制御、デジタル制御、ロバスト制御について学習する。加えて、制御系を構築するシステム設計技術についても学ぶ。

A "system" is often described as "an arrangement in which multiple components maintain an organic order and act toward a common goal" or "a combination of selected and arranged items (hardware, software, human factors) that work together to achieve a specific task." Students have likely explored a range of scientific disciplines within the natural and social sciences, which generally involve knowledge segmented into specific categories. However, the subject of this course, "systems science," is different. It is not a separate field in itself; rather, it involves selectively drawing on various fields of knowledge and insights, combining them effectively to create a functional system aimed at achieving a specific goal or solving a particular problem. The basic methods of system assembly will be studied in this course.

Following this, applications of control engineering are explored, with an in-depth study of PID control, which is widely used in industrial products, along with its applications. Next, we will cover the fundamentals of control systems, including intelligent, adaptive, digital, and robust control systems. Additionally, we will learn design techniques necessary for building control systems.

システム設計：　達成すべき目的や解決しなければならない問題に対して、有効な「システム」を作り上げるための基礎的な技術および素養を身につける。

制御工学：　学部で学習した古典制御理論および現代制御理論の発展形としての各種制御技術について、その理論的な広がりの一端を見る。特に、機械学習といった近年の進歩が著しい技術に関連する制御技術についてその考え方を学ぶ。また、制御の対象となるシステムをどのように構築するのかという点について考える機会も持つ。


System Design: To acquire fundamental skills and knowledge for creating effective "systems" that achieve specific objectives or solve problems.

Control Engineering: To gain insight into various advanced control techniques as extensions of classical and modern control theories studied at the undergraduate level. This includes learning about control methods related to recent advancements such as machine learning. Additionally, students can learn different approaches to constructing systems that serve as control targets.

・システムとはどのようなものであり、それらはなぜ人間社会に必要なのかを説明できる。
・システムの挙動を知るためにはどのような方法があるのか説明できる。
・システムのデザインを行うためにはどのような方法があるのか説明できる。
・システムを最適化するためにはどのような方法があるのかを説明できる。
・要求に対してその機能を実現するシステムの設計ができる。
・PID制御系の具体的設計ができるようになる。
・インテリジェント制御、適応制御、デジタル制御、ロバスト制御などについての知識を身につけることができる。
・システム設計技術の基礎とその考え方を身につける。

Students can 1) explain what a system is and why systems are necessary for human society; 2) describe methods for understanding system behavior; 3) explain methods for designing systems and optimizing systems; 4) design systems that fulfill the required functions; and 5) design specific PID control systems. They are also able to gain knowledge of intelligent, adaptive, digital, and robust controls and  acquire foundational skills and concepts in system design techniques.

学部の古典制御理論および現代制御理論についての復習をしておくこと。
MATLABの使用方法に慣れておくこと。

Students should review undergraduate classical and modern control theory.
Familiarize yourself with MATLAB.

ディベート・ディスカッション　Debate/Discussion／-

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準備学習: 　特になし。
復習:　講義で扱う内容は各回が独立した概論的な傾向があるため、深く学びたい場合には適宜専門書を使って勉強すること。

Preparatory Study: None required.
Review: Each lecture covers independent, introductory topics. For deeper learning, students are encouraged to study specialized books as needed.

中間総括評価（レポート）　５０％
総括評価（レポート）　５０％

Assessed using an internal report (50%) and end-of-term report (50%)

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

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教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
​https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​​https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

多くの書籍があるが、いずれもその一部分しか本科目に関連しないため、ここでは特に指定しない。適宜講義の中で参考資料について紹介する。

There are many books available, but each only partially relates to this course. Therefore, specific books are not assigned. Relevant references will be introduced during lectures as needed.

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MATLAB/Simulink／-

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