Pythonによる制御工学入門

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株式会社 オーム社, May 21, 2019 - Computers - 272 pages

Pythonを使って制御工学を行うための入門書
本書は、Pythonを使って制御工学を行うための入門書です。
機械学習やデータマイニングで多用され、さらにその枠を越えて主流のプログラミング言語となりつつあるPythonを制御系設計に導入したい人向けに、Pythonプログラムを実行しながら「使ってみる,やってみる」を通して、制御工学を体感することができる書籍です。
現場でよく使われている伝達関数モデルを対象とした古典制御、および、状態空間モデルを対象とした現代制御やロバスト制御の基礎について、Pythonのサンプルコードを多数掲載しています。
さらに、はじめて制御工学を学ぶ人や一度挫折して学び直したいと思っている人にも読みやすいよう、図やイラストを多用しています。
これから制御工学に携わる方々にとって必読の書です。


第1章 制御とは
 1.1 身のまわりの制御
 1.2 フィードバック制御
 1.3 制御工学の役割
 1.4 本書の概要
第2章 Pythonの基礎
 2.1 Python環境の構築
 2.2 Jupyter Notebookの使い方
 2.3 Pythonの基礎
  2.3.1 データと型
  2.3.2 フロー制御
  2.3.3 関数定義
  2.3.4 クロージャ,ラムダ式,ジェネレータ,リスト内包表記
  2.3.5 モジュール
 2.4 本書で用いるモジュール
  2.4.1 Numpy
  2.4.2 Matplotlib
  2.4.3 Scipy
  2.4.4 Sympy
  2.4.5 Python Control Systems Library (Python-Control)
第3章 制御のためのモデル
 3.1 動的システムの表現
  3.1.1 台車のモデル
  3.1.2 垂直駆動アームのモデル
  3.1.3 RCL回路のモデル
  3.1.4 増幅回路のモデル
  3.1.5 制御工学で用いるモデル表現
 3.2 伝達関数モデル
  3.2.1 台車とアームの伝達関数モデル
  3.2.2 RCL回路と増幅回路の伝達関数モデル
  3.2.3 Python でのモデルの記述
 3.3 状態空間モデル
  3.3.1 台車とアームの状態空間モデル
  3.3.2 RCL回路と増幅回路の状態空間モデル
  3.3.3 Python でのモデルの記述
 3.4 ブロック線図
  3.4.1 直列結合
  3.4.2 並列結合
  3.4.3 フィードバック結合
第4章 制御対象の振る舞い
 4.1 時間応答
  4.1.1 1次遅れ系
  4.1.2 2次遅れ系
 4.2 状態空間モデルの時間応答
 4.3 安定性
  4.3.1 入出力安定性
  4.3.2 漸近安定性
 4.4 極と振る舞いの関係
 4.5 周波数応答
  4.5.1 1次遅れ系
  4.5.2 2次遅れ系
第5章 閉ループ系に注目した制御系設計
 5.1 閉ループ系の設計仕様
  5.1.1 安定性
  5.1.2 時間応答特性
  5.1.3 周波数応答特性
  5.1.4 閉ループ系の設計仕様
 5.2 PID制御
  5.2.1 P制御の性能解析
  5.2.2 PD制御
  5.2.3 PID制御
  5.3 2自由度制御
 5.4 限界感度法によるゲインチューニング
 5.5 モデルマッチング法によるゲインチューニング
 5.6 状態フィードバック制御
  5.6.1 極配置法
  5.6.2 最適レギュレータ
第6章 開ループ系に注目した制御系設計
 6.1 開ループ系の設計仕様
  6.1.1 安定性
  6.1.2 速応性と減衰性
  6.1.3 定常偏差
  6.1.4 開ループ系の設計仕様
 6.2 PID制御
  6.2.1 P制御
  6.2.2 PI制御
  6.2.3 PID制御
 6.3 位相進み遅れ補償
  6.3.1 位相遅れ補償
  6.3.2 位相進み補償
  6.3.3 垂直駆動アームの制御系設計
第7章 アドバンストな制御系設計
 7.1 オブザーバを用いた出力フィードバック制御
 7.2 ロバスト制御
 7.3 ディジタル実装
  7.3.1 0次ホールドによる離散化
  7.3.2 双一次変換による離散化
付録 数学の補足
 A.1 複素数
 A.2 ラプラス変換
 A.3 行列の固有値と固有ベクトル
参考文献
索引

 

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Contents

451 1次遅れ系
126
452 2次遅れ系
129
第5章閉ループ系に注目した制御系設計
135
51 閉ループ系の設計仕様
137
512 時間応答特性
139
513 周波数応答特性
140
514 閉ループ系の設計仕様
141
52 PID制御
142

232 フロー制御
31
233 関数定義
34
234 クロージャラムダ式ジェネレータリスト内包表記
36
235 モジュール
38
24 本書で用いるモジュール
41
242 Matplotlib
43
243 Scipy
47
244 Sympy
49
245 Python Control Systems Library PythonControl
50
第3章制御のためのモデル
55
31 動的システムの表現
57
311 台車のモデル
58
312 垂直駆動アームのモデル
59
313 RCL回路のモデル
60
314 増幅回路のモデル
61
315 制御工学で用いるモデル表現
62
32 伝達関数モデル
64
321 台車とアームの伝達関数モデル
66
323 Python でのモデルの記述
67
33 状態空間モデル
70
331 台車とアームの状態空間モデル
72
332 RCL回路と増幅回路の状態空間モデル
73
333 Python でのモデルの記述
74
34 ブロック線図
77
342 並列結合
78
343 フィードバック結合
79
第4章制御対象の振る舞い
89
41 時間応答
92
411 1次遅れ系
93
412 2次遅れ系
98
42 状態空間モデルの時間応答
105
43 安定性
112
432 漸近安定性
115
44 極と振る舞いの関係
118
45 周波数応答
121
521 P制御の性能解析
144
522 PD制御
147
523 PID制御
151
53 2自由度制御
157
54 限界感度法によるゲインチューニング
162
55 モデルマッチング法によるゲインチューニング
166
56 状態フィードバック制御
172
561 極配置法
173
562 最適レギュレータ
176
第6章開ループ系に注目した制御系設計
187
61 開ループ系の設計仕様
189
611 安定性
190
612 速応性と減衰性
196
613 定常偏差
199
62 PID制御
200
622 PI制御
202
623 PID制御
204
63 位相進み遅れ補償
211
632 位相進み補償
213
633 垂直駆動アームの制御系設計
214
第7章アドバンストな制御系設計
225
71 オブザーバを用いた出力フィードバック制御
227
72 ロバスト制御
236
73 ディジタル実装
245
731 0次ホールドによる離散化
246
732 双一次変換による離散化
247
付録数学の補足
255
A1 複素数
256
A2 ラプラス変換
257
A3 行列の固有値と固有ベクトル
258
参考文献
259
索引
261
奥付
265
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