講義ノート「制御系設計論」

大学の講義ノートを動画にしました．講義では補足説明や練習問題を入れていますが，動画では省いています．内容は，制御系設計になります．前半は，伝達関数モデルをベースとした設計（PID制御，ループ整形など）を説明し，後半は，状態空間モデルをベースとした設計（状態フィードバック，オブザーバなど）を説明します．制御工学におけるモデリングと解析を一通り学んだ人を対象としています．たとえば，極（固有値）と振る舞いの関係や安定性（安定性解析），ボード線図，ナイキスト線図は理解していることを前提としています．なお，「Pythonによる制御工学入門」（オーム社）を傍において動画をみていただくとよく理解できるのではないかと思います．また動画中に登場する数値シミュレーションは，Pythonで行っています．

動画一覧　→  マガジン

第１回　制御系設計の流れ
制御系設計の流れをマスバネダンパ系のPD制御を例にとって説明します．その中で，どのような仕様を考えるのかについてもふれます．
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第２回　フィードバック系の制御仕様
フィードバック系の制御仕様（安定性，追従性）を時間応答，周波数応答のそれぞれにおいて説明します．
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第３回　PID制御
現場でよく用いられるPID制御を説明します．とくにマスバネダンパ系の数値例を用いてPIDの効果を説明します．また，改良版のPID制御についてもふれます．
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第４回　PIDゲインのチューニング
PIDゲインをチューニングする方法として，実験ベースの方法（限界感度法，ステップ応答法）とモデルベースの方法（モデルマッチング法）を説明します．
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第５回　ループ整形による制御系設計（前編）
第2回で紹介した閉ループ系の制御仕様（安定性，速応性，減衰性，定常特性）を開ループ系の制御仕様に書き換えていきます．
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第６回　ループ整形による制御系設計（後編）
PID制御，位相遅れ・進み補償を用いた制御系設計を説明します．
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第７回　状態フィードバック制御（極配置）
極配置による状態フィードバックゲインの設計を説明します．可制御正準形を介した設計やアッカーマンのアルゴリズムにもふれます．
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第８回　状態フィードバック制御（最適レギュレータ）
最適レギュレータの結果を紹介します．さらに，位相余裕が60度以上になること（円条件）やハミルトン行列によるリカッチ方程式の解法も説明します．
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第９回　サーボ系
フィードフォワード型のサーボ系の設計と積分型サーボ系を説明します．
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第１０回　オブザーバ
オブザーバを説明し，オブザーバ併合レギュレータ（出力フィードバック制御）を解説します．また外乱オブザーバや定常カルマンフィルタについても触れます．
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第１１回　離散化
設計したコントローラをマイコンなどに実装する際に必要になる離散化（ゼロ次ホールドによる離散化，タスティン変換による離散化）を説明します．
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第１２回　ロバスト制御の基礎
混合感度問題を説明します．設計モデルの不確かさについて説明したのち，ロバスト安定化問題，ロバスト制御性能問題を説明します．
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第？？回　アドバンストな内容を紹介したい
・LMIに基づく制御系設計
・安定化制御器の特徴付け