精密サーボ制御の高精度化手法　－基礎から実践設計まで－ [単行本]

精密サーボ制御の高精度化手法　－基礎から実践設計まで－ の 商品概要

• 目次

  第１章　はじめに
  
  第２章　準備
  ２.１　離散時間系
  ２.２　サンプラと0次ホールド
  ２.３　サンプル値制御系
  ２.４　離散化手法
  ２.４.１　0次ホールドによる離散化
  ２.４.２　むだ時間を含む0次ホールドによる離散化
  ２.４.３　双1次変換による離散化
  ２.４.４　整合z変換による離散化
  ２.５　フィルタ
  ２.５.１　ノッチフィルタ
  ２.５.２　ピークフィルタ
  ２.５.３　ローパスフィルタ
  ２.５.４　位相進みフィルタと位相遅れフィルタ
  ２.５.５　PI-Leadコントローラ
  ２.６　フィードバック制御系
  ２.６.１　制御系特性
  ２.６.２　ナイキストの安定判別法
  ２.６.３　一巡伝達特性と感度関数の関係
  ２.６.４　力外乱に対する1型のサーボ系
  ２.７　2自由度制御系
  ２.８　シミュレーション
  ２.８.１　伝達関数でのシミュレーション
  ２.８.２　状態空間表現でのシミュレーション
  ２.８.３　サンプル値制御系のシミュレーション
  
  第３章　モデリング
  ３.１　精密サーボ系の構成
  ３.２　機構系のモデリング
  ３.２.１　物理座標系を用いたモデリング
  ３.２.２　モード座標系を用いたモデリング
  ３.２.３　機構系特性の変動
  ３.３　回路系のモデリング
  ３.４　むだ時間要素のモデリング
  ３.５　制御対象のモデリング
  
  第４章　フィードバック制御系設計
  ４.１　一巡伝達特性の周波数応答に基づく制御系設計法
  ４.１.１　フィードバック制御系の構成
  ４.１.２　フィードバック制御系の設計指標
  ４.２　フィードバック制御系設計
  ４.２.１　制御対象
  ４.２.２　設計例：ケース1
  ４.２.３　設計例：ケース2
  ４.２.４　設計例：ケース3
  ４.２.５　設計例：ケース4
  ４.２.６　設計例：ケース5
  ４.２.７　シミュレーション評価
  ４.２.８　m-file
  ４.３　ロバスト制御系設計
  ４.３.１　ロバスト性
  ４.３.２　ロバスト性能問題
  ４.３.３　RCBode plot
  ４.３.４　m-file
  
  第５章　ループ整形
  ５.１　ループ整形による外乱抑圧性能改善
  ５.１.１　制御性能改善のためループ整形法
  ５.１.２　制御系設計問題
  ５.２　RCBode plotを用いたループ整形
  ５.２.１　RCBode plotを用いた制御性能の改善
  ５.２.２　設計例
  ５.３　共振フィルタを用いたループ整形
  ５.３.１　共振フィルタを用いた制御性能の改善
  ５.３.２　設計例
  ５.４　外乱オブザーバを用いたループ整形
  ５.４.１　外乱オブザーバを用いた制御性能の改善
  ５.４.２　設計例
  ５.５　m-file
  
  第６章　フィードフォワード制御系設計
  ６.１　目標位置に移動するフィードフォワード制御系設計
  ６.１.１　連続時間多項式によるフィードフォワード制御
  ６.１.２　剰余コンプライアンス特性の補償
  ６.１.３　サンプル値多項式による0次ホールド特性の補償
  ６.２　目標値に追従するフィードフォワード制御系設計
  ６.２.１　ZPETCによるフィードフォワード制御
  ６.２.２　ノッチフィルタによる機構振動の低減
  ６.３　m-file
  
  付録　MATLABコマンドの説明

• 内容紹介

  “Shall I refuse my dinner because I do not fully understand the process of digestion?No, not if I am satisfied with the result.”
  これは、「微分要素を演算子に置き換え、微分方程式を代数的問題にて解く」演算子法を1890 年代に発表した天才エンジニア、
  Oliver Heaviside の言葉である。
  なお、ラプラス変換については、Heaviside が演算子法を発表した後に、その約100 年前のLaplace の著書に書かれていたことが知られるようになった。
  つまり、現在の制御工学は、数学的な厳密性ではなく結果を重視した技から始まったと言っても過言ではない。また、現代社会で最も普及している制御則は、難解かつ複雑な制御理論ではなく、 直感的に理解しやすい簡易なPID 制御である。このことは、現代における産業応用の現場においても、制御系設計は結果を重視した技が主流となっていることを示している。
  その一方、高精度な位置決め制御性能が必要となる精密サーボ制御系に対しては、単純なPID 制御則に基づく設計では必要な性能指標を達成することが難しい。さらに、近年の精密サーボ制御系は、マイクロプロセッサを用いたサンプル値制御系であることが前提となっており、制御系設計時にサンプル値制御の知識が必要不可欠となる。
  このような背景のもと、本書は、「企業で精密サーボ制御を担当することとなったエンジニア」および「大学で精密サーボ制御を研究している大学生・大学院生」を対象とし、精密サーボ制御系の実践的な設計法を早急に習得するための手引書として書かれたものである。そのため、本書では、取り扱う設計法の理論的な説明は参考文献を引用する形とし、実践的な設計方法に主眼を置いた内容となっている。
  したがって、制御工学の初学者は、本書を読む前に、古典制御の基礎を習得しておくことが望ましい。
  また、理論的に難解な内容となることを防ぐため、扱う制御系は以下の範囲に限定するものとする。
  • 制御系は線形時不変（ LTI: Linear Time-Invariant） 系とする。
  • 制御対象は1 入力 1 出力（ SISO: Single-Input Single-Output） 系とする。
  • 制御対象およびコントローラは不安定極を持たないとする。
  • 制御入力は力 [N] とし、制御量は位置 [m] とする。なお、制御入力をトルク [Nm]、制御量を角度 [rad] と読み替えるためには、質量を慣性モーメントに 読み替えるなどの変換を行えばよい。
  • ナ イキスト周波数（ 2 章で説明） よりも高い周波数の影響は無視できるものとする。

• 著者について

  熱海　武憲 (アツミ　タケノリ)
  熱海 武憲 （あつみ たけのり）
  千葉工業大学 工学部 機械工学科 教授。
  1999年千葉大学大学院自然科学研究科（修士課程）修了。同年（株）日立製作所入社。
  2006年千葉大学より博士（工学）を授与（論文博士）。
  2009年から2010年にかけて、Carnegie Mellon Universityにて客員研究員。
  2013年（株）HGSTジャパンを経て、2015年千葉工業大学准教授。
  2018年より現職。ハードディスクドライブの磁気ヘッド位置決め系に関する研究などに従事。
  計測自動制御学会、日本機械学会、電気学会、IEEEの会員。2010年度計測自動制御学会 学会賞（著述賞）、2014年度日本機械学会賞（論文）、2015年度日本機械学会賞（論文）などを受賞。
  2011年および2016年の American Control Conferenceにおいて、本書で取り上げた RCBode plotに関するWorkshop講師を担当。

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