Simulink による制御設計

1日目

制御システム設計の概要

学習目標: 制御システム設計のプロセスの概要と、そのなかでの MathWorks 社製品の位置づけを説明します。各プロセスの詳細については後の章で取り上げます。主に、MATLAB/Simulink/Control System Toolbox/Simulink Control Design（Simulink モデルの線形化・制御設計）を使用します。

• 制御設計ワークフローの定義
• モデルの線形化
• システム特性の確認
• コントローラー要件の設定
• コントローラーの調整
• コントローラーのテスト

モデル表現

学習目標: 様々な形式によるモデルの表現法をご紹介し、それぞれの長所・短所を学びます。 主に、MATLAB/Simulink/Control System Toolbox (LTI オブジェクトの作成・解析)/Simscape(物理モデリングツールの説明)を使用します。

• モデル表現
• LTI オブジェクト
• Simulink モデル

パラメーター推定

学習目標: Simulink モデルのパラメーターを測定されたデータから推定する方法を学びます。主に、MATLAB/Simulink/Simulink Design Optimization（Simulink モデルのパラメーター推定）を使用します。

• パラメーター推定の概要
• モデルの準備
• 推定プロセス
• パラメーター推定のヒント

システム同定

学習目標: 測定されたデータに基づいてどのようにシステム同定を行うかについて学びます。主に、MATLAB/System Identification Toolbox（システム同定）を使用します。

• システム同定の概要
• データのインポートと前処理
• モデルの推定
• モデルの検証

システム解析

学習目標: システムの特性（周波数応答や過渡応答など）を理解するうえで役に立つ様々な解析ツールや関数を学びます。主に、MATLAB/Control System Toolbox（LTI システムの解析）を使用します。

• システム解析関数
• 線形システムアナライザー
• DC モーター解析
• オートメーション
• 開ループ解析

2日目

線形化

学習目標: モデルの線形化の技法と、線形化した結果の検証方法について学びます。MATLAB/Simulink/Simulink Control Design（Simulink モデルの線形化）を使用します。

• 線形化ワークフロー
• 操作点
• 線形化関数
• 周波数応答の推定

Simulink^® での PID 制御

学習目標: Simulink で PID コントローラーをモデル化し、チューニングする方法について学びます。MATLAB/Simulink/Simulink Control Design（Simulink で作成したPIDコントローラーの自動調整）を使用します。

• PID ワークフロー
• モデル設定
• PID Controller ブロック
• 自動調整
• その他の PID の機能

古典制御設計

学習目標: 古典的な制御設計手法を用いてシステム コントローラーを作成します。 また、よく使用される PID や位相進み/位相遅れコントローラーなどについて学びます。 主に、MATLAB/Simulink/Simulink Control Design （Simulink 上での開・閉ループ解析用）/Control System Toolbox（各種補償器の設計）を使用します。

• 開ループ調整
• 閉ループ解析
• PID 制御
• 位相進み/位相遅れ制御

応答の最適化

学習目標: パラメータの不確実性や設計要求を元にモデルパラメータをチューニングして最適化するテクニックについて学びます。 主に、MATLAB/Simulink/Simulink Design Optimization を使用します。

• モデル応答の最適化
• 感度解析の実行
• パラメーターの不確かさを伴う最適化

コントローラーの実装

学習目標: コントローラーを効率的に実機実装するうえで重要なステップについて学びます。主に、 MATLAB/Simulink/Control System Toolbox（コントローラーの離散化）/Fixed-Point Designer（固定小数点データ型の 使用）/Simulink Control Design を使用します。

• コントローラーの物理的および現実的な制限の識別
• コントローラーの離散化
• コード生成のためのコントローラーの準備
• 固定小数点データ型への変換