科目名[英文名]
計測・制御   [Measurement & Control]
区分	工学部専門科目	選択必修		単位数	2
対象学科等		対象年次	2～4	開講時期	3学期
授業形態	3学期	時間割番号	022262
責任教員 [ローマ字表記]
石田 寛   [ISHIDA Hiroshi]
所属	生物システム応用科学府	研究室		メールアドレス

概要

高度な医療を実現するためには、健康状態をチェックする検査キットや、心身の状態を計測する診断装置が必要となる。しかし、いかなる検査キット、診断装置計測器も、誤差ゼロで計測を行うことはできない。本講義では、誤差の取扱い方法や最小二乗推定など、計測工学の基礎を学ぶ。また近年では、様々な医用装置が自動化、ロボット化されている。本講義では、フィードバック制御や状態方程式など、装置の自動化に必要な制御工学の基礎も学ぶ。 本科目は、生体医用システム工学科の専門科目に該当する。

到達基準

（1）測定値の期待値や分散及び誤差の伝播を理解し、測定誤差を正しく見積もることができる。 （2）連立方程式において、未知数の数と式の数が一致しない場合にも、最小二乗解を求めることができる。 （3）フィードバック制御を理解し、PID制御器を設計することができる。 （4）システムの状態方程式をたて、状態量を推定することができる。 本科目のディプロマ・ポリシーの観点：履修案内のカリキュラムマップを参照せよ。

授業内容

第1回　イントロダクション：医用装置の実例を示し、計測工学、制御工学を学ぶ意義を理解する。 第2回　測定値の分布：標本抽出の概念を理解し、計測誤差の確率的取扱いや不偏分散の計算法を学ぶ。 第3回　測定値誤差：誤差の伝播、デジタル計測における測定誤差、サンプリング定理を学ぶ。 第4回　最小二乗法の基礎：連立一次方程式の最小二乗解、擬似逆行列について学ぶ。 第5回　最小二乗法の実際：特異値分解を使った逆行列計算、非線形最小二乗法について学ぶ。 第6回　ラプラス変換：制御システム設計に必要となるラプラス変換について学ぶ。 第7回　フィードバック制御：フィードバック制御の原理と、安定性の判別法を学ぶ。 第8回　中間演習テスト：第1回から第7回までの内容について理解度を確認する。 第9回　PID制御：PID制御の基礎とパラメータの設定法を学ぶ。 第10回　状態方程式：状態方程式を使った最適制御について学ぶ。 第11回　z変換：デジタル制御システム設計に必要となるz変換について学ぶ。 第12回　デジタル制御：離散時間システムの状態方程式について学ぶ。 第13回　カルマンフィルタ：カルマンフィルタを使った状態量推定について学ぶ。 第14回　粒子フィルタ：粒子フィルタを使った状態量推定について学ぶ。 第15回　期末演習テスト：第9回から第14回までの内容について理解度を確認する。

履修条件・関連項目

本講義は数学系科目や電気回路、電子回路で学んだ内容を基礎とするので、これらを受講していることが望ましい。授業時間30時間に加え、配布した講義資料や参考書を参照し、本学の標準時間数に準ずる予習と復習を行うこと。

テキスト・教科書

指定しない。

参考書

計測工学、計測システム工学、制御工学などの各種教科書を参考にすると良い。

成績評価の方法

中間演習テスト（50%）と期末演習テスト（50%）により成績を評価する。授業で扱った内容を正しく理解し、説明できることが評価のポイントとなる。 2020年10月5日　講義をオンラインで実施することになり変更 毎回の出席を必須条件とし、講義中に出す課題の解答状況（30%）、中間レポート（30%）と期末演習テスト（40%）により成績を評価する。

教員から一言

数学的厳密性よりも、実感を伴って原理を理解できるような説明を心がけます。

キーワード

計測工学、制御工学、信号処理

オフィスアワー

毎週火曜日の13時から14時までをオフィスアワーとする。

備考１

備考２

参照ホームページ

開講言語

日本語

語学学習科目

更新日付

2020/10/19 10:21:23