制御系設計論

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。

※以下のコンパニオン ソフトウェアのリンクからMATLABプログラムコードがダウンロードできます。

本書の構成

1. 制御系設計論とは
2. 動的システムの表現
3. 線形システムの特性
   
4. 線形システムの構造
   
5. 安定性
   
6. 制御系の設計仕様
   
7. PID制御
   
8. 状態フィードバック制御
   
9. 最適制御
   
10. サーボ系
    
11. 状態推定
    
12. ループ整形法
    
13. ロバスト制御
    
14. 離散時間システムの制御