Learning Guide
制御工学入門ガイド
伝達関数の基礎から時間応答、ボード線図、安定性解析、現代制御、最適制御まで。6章・40記事で制御工学を体系的に学ぶ。
制御の基本概念
制御工学の出発点となるフィードバック制御の考え方を学ぶ。ブロック線図によるシステムの表現から伝達関数の導出まで、制御系設計の基礎を固める。
フィードバック制御の基礎
フィードバック制御の概念と利点
フィードバック制御入門
開ループと閉ループの比較
ブロック線図
制御系のブロック線図表現と等価変換
伝達関数の基礎
伝達関数の定義と求め方
伝達関数
伝達関数の性質と極・零点
伝達関数の結合
直列・並列・フィードバック結合
時間応答
制御系の動的な振る舞いを時間領域で理解する。1次遅れ系・2次遅れ系のステップ応答・インパルス応答から、過渡特性の評価方法を学ぶ。
1次遅れ系の応答
1次遅れ系の時間応答の導出と特性
1次遅れ系
1次遅れ系の伝達関数と時定数
2次遅れ系の応答
2次遅れ系の過渡応答と減衰特性
2次遅れ系
固有振動数と減衰比による分類
ステップ応答とインパルス応答
基本入力に対する応答の計算法
周波数応答
制御系の特性を周波数領域で解析する。周波数応答の定義からボード線図・ナイキスト線図まで、周波数領域設計の基礎ツールを習得する。
周波数応答の理論
周波数応答の定義と導出
周波数応答とボード線図
周波数応答からボード線図への接続
ボード線図の詳細
ボード線図の描き方と読み方
ボード線図
基本要素のボード線図
ボード線図の演習
具体例によるボード線図の作成
ナイキスト線図の詳細
ナイキスト線図の理論と安定判別
ナイキスト線図
ナイキスト線図の描き方と解釈
安定性解析と古典設計
制御系の安定性判別と古典的な設計手法を学ぶ。ゲイン余裕・位相余裕からラウス・フルビッツ、根軌跡法、PID制御、位相補償まで。
ゲイン余裕と位相余裕
安定余裕の定義と計算方法
ラウス・フルビッツの安定判別法
特性方程式による安定判別
根軌跡法の詳細
根軌跡の描画規則と設計への応用
根軌跡法
ゲイン変化に対する極の軌跡
PID制御の理論
PID制御の各要素の役割と設計
PID制御
PID制御器の実装とチューニング
位相進み・遅れ補償
位相補償器の設計と効果
現代制御理論
状態空間モデルに基づく現代制御の枠組み。可制御性・可観測性の判定から状態フィードバック設計、オブザーバの構成まで学ぶ。
状態空間モデル
状態方程式と出力方程式の定式化
可制御性と可観測性
可制御・可観測の判定条件と意味
状態フィードバック設計
極配置法による状態フィードバック
オブザーバの設計
状態推定器の理論と設計法
離散時間制御
離散時間系の制御理論
Pythonで学ぶ制御工学
python-controlライブラリの活用
最適制御・ロバスト制御
最適性やロバスト性を考慮した高度な制御設計。LQR・LQG・リアプノフ安定性からH-infinity制御・MPC・適応制御まで、発展的なトピックを学ぶ。
LQR（線形二次レギュレータ）
最適レギュレータの理論と導出
LQG制御
LQRとカルマンフィルタの統合
カルマンフィルタの制御応用
制御系におけるカルマンフィルタ
リアプノフ安定性
リアプノフ関数による安定性解析
H-infinity制御の基礎
ロバスト制御の基本的な枠組み
モデル予測制御（MPC）
最適化に基づく予測制御の理論
適応制御の基礎
パラメータ変動に適応する制御