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MATLAB/Simulinkによる制御工学入門
【ブランド名】
森北出版
川田 昌克: author;
【商品説明】
内容紹介 はじめて制御工学を学ぶ読者に最適な、わかりやすい入門書です。 電気系と機械力学系を中心として、例や問題を豊富に収録するとともに、図やグラフを多く用いて、理解しやすいよう解説を工夫しました。 MATLAB/Simulinkの演習も掲載しており、理論を実践しながら確認できるようになっています。 【目次】 第0章 はじめに 0.1 フィードバック制御とフィードフォワード制御 0.1.1 フィードバック制御 0.1.2 フィードフォワード制御 0.2 手動制御と自動制御 0.2.1 手動制御 0.2.2 自動制御 0.2.3 シーケンス制御 0.3 その他の制御の分類 0.3.1 目標値による分類 0.3.2 制御量の種類による分類 第1章 システムの伝達関数表現 1.1 静的システムと動的システム 1.2 動的システムを表現する数学モデル 1.2.1 線形微分方程式 1.2.2 ラプラス変換と伝達関数表現 1.3 電気系の数学モデル 1.4 機械系の数学モデル—ニュートン・オイラー法 1.5 機械系の数学モデル—ラグランジュ法 1.6 伝達関数の標準形 1.6.1 システムの類似性 1.6.2 1次遅れ要素 1.6.3 2次遅れ要素 1.6.4 むだ時間要素 1.7 MATLABを利用した演習 1.7.1 伝達関数表現(tf, zpk) 1.7.2 極と零点(zpkdata, pole, zero) 1.7.3 鉛直面を回転するアーム系の伝達関数 第2章 システムの時間応答 2.1 基本信号のラプラス変換 2.1.1 基本信号のラプラス変換の導出 2.1.2 ラプラス変換表の利用 2.2 逆ラプラス変換 2.2.1 逆ラプラス変換 2.2.2 部分分数分解(1) 2.2.3 部分分数分解(2) 2.2.4 部分分数分解(3) 2.3 時間応答の計算 2.3.1 インパルス応答 2.3.2 ステップ応答 2.3.3 ランプ応答 2.4 MATLAB/Simulinkを利用した演習 2.4.1 部分分数分解と時間応答(residue) 2.4.2 インパルス応答(impulse) 2.4.3 ステップ応答(step) 2.4.4 任意の入力に対する時間応答(lsim) 2.4.5 Symbolic Math Toolboxを利用した時間応答の計算 2.4.6 Simulinkを利用したシミュレーション 第3章 システムの安定性と過渡特性 3.1 システムの安定性と定常特性 3.1.1 極と安定性 3.1.2 単位ステップ応答の定常値 3.1.3 フルビッツの安定判別法 3.2 単位ステップ応答の過渡特性の指標 3.3 極,零点と過渡特性 3.3.1 極と過渡特性 3.3.2 代表極 3.3.3 零点と過渡特性 3.4 MATLABを利用した演習 3.4.1 極と安定性(pole, isstable) 3.4.2 フルビッツの安定判別法 3.4.3 ステップ応答の過渡特性(stepinfo) 第4章 1次および2次遅れ系の時間応答 4.1 1 次遅れ系の時間応答 4.2 2 次遅れ系の時間応答 4.2.1 2次遅れ系 4.2.2 不足制動(0 < ζ < 1) 4.2.3 臨界制動(ζ = 1) 4.2.4 過制動(ζ > 1) 4.3 MATLABを利用した演習 4.3.1 1次遅れ系 4.3.2 2次遅れ系 第5章 s領域での制御系解析/設計 5.1 ブロック線図 5.2 フィードフォワード制御とフィードバック制御 5.2.1 フィードフォワード制御とその問題点 5.2.2 フィードバック制御とその利点 5.3 フィードバック制御系の安定性 5.3.1 内部安定性 5.3.2 フルビッツの安定判別法 5.4 フィードバック制御系の定常特性 5.4.1 目標値応答と外乱応答 5.4.2 目標値応答と目標値追従特性 5.4.3 外乱応答と外乱抑制特性 5.5 MATLABを利用した演習 5.5.1 ブロック線図の結合(+,-,*,/, minreal, feedback) 5.5.2 内部安定性 5.5.3 Symbolic Math Toolbox を利用した内部安定性の判別(フルビッツの安定判別条件) 5.5.4 目標値応答と外乱応答 5.6 Simulink を利用した演習 5.6.1 ブロック線図の結合(linmod) 5.6.2 フィードバック制御のシミュレーション 第6章 PID制御 6.1 PID 制御 6.1.1 標準型PID制御 6.1.2 PI_D制御(微分先行型PID制御) 6.1.3 不完全微分 6.2 各動作の効果 6.2.1 比例動作 6.2.2 微分動作 6.2.3 積分動作 6.2.4 I_PD制御(比例・微分先行型PID制御) 6.3 ジーグラ・ニコルスのパラメータ調整法 6.3.1 限界感度法 6.3.2 ステップ応答法 6.4 部分的モデルマッチング法 6.4.1 規範モデル 6.4.2 目標値応答に注目した場合 6.4.3 外乱応答に注目した場合 6.5 MATLAB/Simulinkを利用した演習 6.5.1 鉛直面を回転するアーム系の角度制御 6.5.2 鉛直面を回転するアーム系の非線形シミュレーション 6.5.3 Symbolic Math Toolboxを利用したI_PD, PI_D制御系設計(部分的モデルマッチング法) 第7章 周波数特性 7.1 周波数応答と周波数伝達関数 7.1.1 システムの周波数応答 7.1.2 周波数伝達関数とゲイン,位相差の関係 7.1.3 ゲイン,位相差の便利な求め方 7.2 周波数特性の視覚的表現 7.2.1 ベクトル軌跡 7.2.2 ボード線図 7.2.3 周波数特性の指標 7.3 基本要素と周波数特性 7.3.1 1次遅れ要素 7.3.2 比例要素と積分要素,微分要素 7.3.3 1次進み要素 7.3.4 高次要素 7.3.5 2次遅れ要素 7.4 MATLAB/Simulinkを利用した演習 7.4.1 ベクトル軌跡とナイキスト軌跡(nyquist) 7.4.2 ボード線図(bode) 7.4.3 周波数応答 7.4.4 ピーク角周波数と共振ピーク(getPeakGain) 7.4.5 Simulinkを利用したノイズ除去のシミュレーション 第8章 周波数領域での制御系解析/設計 8.1 周波数領域における安定性 8.1.1 ナイキストの安定判別法 8.1.2 簡略化されたナイキストの安定判別法 8.2 安定余裕 8.2.1 安定余裕の定義 8.2.2 ボード線図と安定余裕 8.3 PID制御と周波数領域における安定度 8.3.1 P制御と周波数特性 8.3.2 PI制御と周波数特性 8.3.3 PD制御と周波数特性 8.3.4 PID制御と周波数特性 8.4 フィードバック特性と周波数整形 8.4.1 フィードバック特性 8.4.2 周波数整形 8.5 MATLABを利用した演習 8.5.1 安定余裕(margin) 8.5.2 鉛直面を回転するアームに対するPID制御系設計 8.5.3 周波数整形によるPIDコントローラ設計(pidtune) 第9章 現代制御 9.1 状態空間表現と安定性 9.1.1 状態空間表現 9.1.2 状態空間表現と伝達関数表現との関係 9.1.3 安定性 9.2 零入力応答と遷移行列 9.2.1 零入力応 9.2.2 遷移行列の計算 9.3 可制御性と可観測性 9.3.1 可制御性 9.3.2 可観測性 9.4 レギュレータ制御 9.4.1 状態フィードバック 9.4.2 極配置法 9.4.3 最適レギュレータ 9.5 目標値追従 9.5.1 目標値からのフィードフォワードを利用した目標値追従 9.5.2 積分型サーボ制御 9.6 MATLAB/Simulinkを利用した演習 9.6.1 状態空間表現(ss)と零入力応答(initial) 9.6.2 安定性(pole, eig)と可制御性(ctrb),可観測性(obsv) 9.6.3 極配置(acker, place) 9.6.4 最適レギュレータ(lqr, care) 付録A 補足説明 A.1 数学の基礎 A.2 ラプラス変換の性質 A.3 周波数伝達関数とゲイン,位相差の関係 A.4 ナイキストの安定判別法 付録B MATLABの基本的な操作 B.1 基本操作 B.2 変数,データ列,行列(ベクトル) の操作 B.3 Mファイル B.4 グラフの描画 B.5 主要なMATLAB関数 B.5.1 一般的なMATLAB関数 B.5.2 数式処理におけるMATLAB関数 B.5.3 制御工学に関連したMATLAB関数 付録C Simulinkの基本的な操作 C.1 Simulinkの起動 C.2 Simulinkモデルの作成 参考文献 問題の解答 索 引 内容（「BOOK」データベースより） 豊富な例題でよくわかる。MATLAB/Simulinkを使った演習で力がつく。 著者について 舞鶴工業高等専門学校教授 博(工) 著者略歴 (「BOOK著者紹介情報」より) 川田/昌克 1988年山口県立豊浦高等学校卒業。1992年立命館大学理工学部情報工学科卒業。1994年立命館大学大学院理工学研究科情報工学専攻修士課程修了。1997年立命館大学大学院理工学研究科情報工学専攻博士課程後期課程修了、博士(工学)取得。1997年立命館大学理工学部電気電子系
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電気系と機械力学系を中心として、例や問題を豊富に収録するとともに、図やグラフを多く用いて、理解しやすいよう解説を工夫しました。
MATLAB/Simulinkの演習も掲載しており、理論を実践しながら確認できるようになっています。
【目次】
第0章 はじめに
0.1 フィードバック制御とフィードフォワード制御
0.1.1 フィードバック制御
0.1.2 フィードフォワード制御
0.2 手動制御と自動制御
0.2.1 手動制御
0.2.2 自動制御
0.2.3 シーケンス制御
0.3 その他の制御の分類
0.3.1 目標値による分類
0.3.2 制御量の種類による分類
第1章 システムの伝達関数表現
1.1 静的システムと動的システム
1.2 動的システムを表現する数学モデル
1.2.1 線形微分方程式
1.2.2 ラプラス変換と伝達関数表現
1.3 電気系の数学モデル
1.4 機械系の数学モデル—ニュートン・オイラー法
1.5 機械系の数学モデル—ラグランジュ法
1.6 伝達関数の標準形
1.6.1 システムの類似性
1.6.2 1次遅れ要素
1.6.3 2次遅れ要素
1.6.4 むだ時間要素
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