制御系設計論 [単行本]

制御系設計論 [単行本] の 商品概要

• 目次

  1.　制御系設計論とは
  1.1　どのような学問か
  　1.1.1　動詞の学問
  　1.1.2　制御系設計論の「気持ち」
  1.2　制御系設計論の勘所
  　1.2.1　ダイナミクス-システムの「記憶」-
  　1.2.2　因果性
  　1.2.3　フィードバック
  　1.2.4　不確実性
  　1.2.5　トレードオフ
  章末問題
  2.　動的システムの表現
  2.1　常微分方程式
  　2.1.1　常微分方程式によるモデリング
  　2.1.2　常微分方程式を「解く」とは
  2.2　状態空間表現
  　2.2.1　常微分方程式から状態方程式へ
  　2.2.2　状態方程式の一般形
  2.3　伝達関数表現
  　2.3.1　常微分方程式から伝達関数へ
  　2.3.2　システムの結合とブロック線図
  　2.3.3　状態空間表現と伝達関数表現の相互変換
  2.4　非線形状態方程式と近似線形化
  章末問題
  3.　線形システムの特性
  3.1　伝達関数の時間応答
  　3.1.1　インパルス応答
  　3.1.2　ステップ応答
  　3.1.3　1次系の時間応答
  　3.1.4　2次系の時間応答
  3.2　状態方程式の時間応答
  　3.2.1　状態方程式の解と遷移行列
  　3.2.2　不変部分空間
  　3.2.3　2次系の固有値と解の振る舞い
  3.3　周波数特性の解析
  　3.3.1　正弦波応答
  　3.3.2　周波数応答
  　3.3.3　基本的なシステムの周波数応答
  章末問題
  4.　線形システムの構造
  4.1　可制御性（可安定性）
  4.2　可観測性（可検出性）と双対性
  4.3　等価変換
  4.4　可制御正準形と可観測正準形
  4.5　状態空間の構造とKalmanの正準分解
  章末問題
  5.　安定性
  5.1　安定性の定義
  　5.1.1　（伝達関数の）入出力安定性
  　5.1.2　（状態方程式の）内部安定性
  5.2　Routh-Hurwitzの安定判別法
  5.3　Lyapunovの安定判別法
  5.4　フィードバック系の内部安定性
  　5.4.1　フィードバック結合と内部安定性
  　5.4.2　Nyquistの安定判別法
  　5.4.3　安定余裕
  章末問題
  6.　制御系の設計仕様
  6.1　制御系の性能評価指標
  　6.1.1　時間領域の指標
  　6.1.2　周波数領域の指標
  　6.1.3　s領域の指標
  6.2　閉ループ系と開ループ系の設計仕様の関係
  6.3　各特性に関する設計仕様
  　6.3.1　過渡特性に関する設計仕様
  　6.3.2　定常特性に関する設計仕様
  6.4　評価関数
  章末問題
  7.　PID制御
  7.1　PID制御則
  　7.1.1　P制御
  　7.1.2　PI制御
  　7.1.3　PID制御
  7.2　限界感度法
  7.3　ステップ応答法
  7.4　モデルマッチング法
  7.5　2自由度制御系
  章末問題
  8.　状態フィードバック制御
  8.1　状態フィードバック制御則
  8.2　極配置法
  8.3　Ackermannの極配置アルゴリズム
  章末問題
  9.　最適制御
  9.1　線形システムの最適制御問題
  9.2　動的計画法
  9.3　最適レギュレータ
  9.4　Riccati方程式の数値解法
  9.5　最適レギュレータのロバスト性
  章末問題
  10.　サーボ系
  10.1　フィードフォワードによる目標値追従制御
  10.2　内部モデル原理
  10.3　積分型サーボ系
  10.4　最適サーボ系
  章末問題
  11.　状態推定
  11.1　同一次元オブザーバ
  11.2　閉ループ系の解析
  11.3　最小次元オブザーバ
  11.4　線形関数オブザーバ
  11.5　最適オブザーバ
  章末問題
  12.　ループ整形法
  12.1　ループ整形の考え方
  12.2　PID制御
  　12.2.1　PI制御
  　12.2.2　PD制御
  12.3　位相遅れ・進み補償
  　12.3.1　位相遅れ補償
  　12.3.2　位相進み補償
  章末問題
  13.　ロバスト制御
  13.1　不確かさの記述
  13.2　H_{∞}ノルムとスモールゲイン定理
  13.3　ロバスト安定化問題
  13.4　混合感度問題
  13.5　安定化制御器のパラメータ化
  13.6　一般化制御対象とH_{∞}制御問題
  章末問題
  14.　離散時間システムの制御
  14.1　制御器のディジタル実装
  14.2　Z変換とパルス伝達関数
  14.3　連続時間システムの離散化
  　14.3.1　0次ホールドによる離散化
  　14.3.2　双一次変換による離散化
  14.4　安定性と状態フィードバック制御
  14.5　最適制御
  14.6　強化学習
  章末問題
  付録
  引用・参考文献
  索引

• 内容紹介

  本書は，モノの動きをデザインするための方法をまとめた制御工学の教科書である。制御工学のスペシャリストとしての素養を身につけたい，断片的に知っている制御工学の知識を整理したい，辞書的な書籍を手元においておきたい，そんな人におすすめの一冊である。
  
  ロボットを賢く動かしたい，機械・電気システムを安心安全に使えるようにしたい，そういった要求に応えるためには，制御システムを適切に設計する方法を知っておく必要がある。しかし，設計方法は一通りではない。制御対象のモデル表現として，伝達関数と状態方程式のどちらを選ぶかや，制御器の構造をどのように選ぶか，周波数領域と時間領域のどちらに注目して設計するかなど，多くの選択肢がある。そのため，直面する制御問題に対してベストな方法を選択できるように，さまざまな手法を学習し，それらの長短を理解しておくことが肝要である。
  
  本書では，「制御系設計」をメインテーマとして，高専・大学・大学院で学習するさまざまな設計論を解説している。本書の構成は，以下の通りである。第1章では，「制御系設計論」というタイトルの意味を解きほぐすところから始め，制御系設計の勘所を説明する。第2章～第5章では，制御系設計で必要となるモデリングと制御系解析の重要な項目をまとめている。第6章では，制御系設計の仕様を整理しており，それに続く第7章～第14章では，伝達関数をベースとした古典制御論，状態方程式をベースとした現代制御論，ロバスト制御やディジタル制御の基礎理論を紹介している。
  
  本書の特徴をいくつか紹介しておく。まず，読者が制御系設計論を体験できるように，例題をできるだけ取り入れるようにした。それから，対象を1入力1出力系に限定し，記述をすっきりさせることで，制御系設計のエッセンスを伝えるようにした。さらに，制御系設計手法の一つとして強化学習を紹介している点も新しい試みである。また，巻末には「Laplace変換」や「行列とベクトル」の基本性質のまとめや，制御工学の理解を深めるために有効な参考文献も記載してあるので，参考にしてほしい。なお，本書の章末問題の詳細な解答や補助教材をサポートページで公開している。
  
  図書館選書
  本書では，「制御系設計」をメインテーマとして，古典制御と現代制御の制御系設計論に加え，ロバスト制御やディジタル制御の基礎理論を解説する。高専・学部高学年・大学院の学生や制御系技術者向けの教科書である。

• 著者紹介（「BOOK著者紹介情報」より）（本データはこの書籍が刊行された当時に掲載されていたものです）

  南 裕樹(ミナミ ユウキ)
  １９８２年、兵庫県に生まれる。２００５年、舞鶴工業高等専門学校専攻科修了。２００９年、京都大学大学院情報学研究科博士後期課程修了（システム科学専攻）。博士（情報学）。日本学術振興会特別研究員、舞鶴工業高等専門学校助教、京都大学特定研究員、同特定助教、奈良先端科学技術大学院大学助教、大阪大学特任講師、同講師を経て、２０１９年より大阪大学大学院工学研究科機械工学専攻准教授
  
  石川 将人(イシカワ マサト)
  １９７２年、埼玉県に生まれる。１９９４年、東京工業大学工学部制御工学科卒業。２０００年、東京工業大学大学院情報理工学研究科博士後期課程修了（情報環境学専攻）。博士（工学）。東京工業大学助手、東京大学助手、京都大学講師、大阪大学准教授を経て、２０１４年より大阪大学大学院工学研究科機械工学専攻教授

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