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。 Google Classroomのクラスコード：kuyacsh （2022年9月30日更新）

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

※講義の進度に応じ，中間演習テストの実施日や試験範囲は変更になる可能性がある。 第1回　イントロダクション：医用装置の実例を示し，計測工学と制御工学を学ぶ意義を理解する。 第2回　制御の基礎：ラプラス変換を復習し，制御システム設計に必要となる伝達関数について学ぶ。 第3回　フィードバック制御の基礎：フィードバック制御の原理と，ブロック線図を学ぶ。 第4回　フィードバック制御の実際：伝達関数の基本要素を理解し，伝達関数の一般解を学ぶ。 第5回　フィードバック制御の安定判別（1）：ラウス・フルビッツの安定判別法を学ぶ。 第6回　フィードバック制御の安定判別（2）：根軌跡法による制御系設計と制御系の周波数応答を学ぶ。 第7回　フィードバック制御の安定判別（3）：ナイキストの安定判別法，ボード線図，フィードバック制御系の定常特性を学ぶ。 第8回　PID制御と現代制御：PID制御の基礎と，状態方程式を用いた現代制御の基礎を学ぶ。 第9回　中間演習テスト：第2回から第8回までの内容について理解度を確認する。 第10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11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12回　最小二乗法の基礎：連立一次方程式の最小二乗解，係数行列の階数と解の個数の関係を学ぶ。 第13回　最小二乗法の実際（1）：行列を使った最小二乗解の計算法と擬似逆行列について学ぶ。 第14回　最小二乗法の実際（2）：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15回　期末演習テスト：第10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（40%）と期末演習テスト（40%）に加え，講義中に課した課題の解答状況（20%）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。 講義をオンラインで実施する場合には，評価方法を以下のように変更する。 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

2022/09/30 21:43:00