Transcript 1週目資料(序論)
1/13 豊橋技術科学大学工学部 機械工学課程3年生用 201４年後期授業 A1-101 制御工学 講師 寺嶋一彦 TUT, System & Control laboratory 2/13 授業の概要 第1週 10月７日： 制御工学概説 第2週 10月1４日： システムのモデリング 第3週 10月2１日： 伝達関数 第4週 10月28日： 休講(海外出張） 第５週 1１月４日： ブロック線図 第６週 11月１１日： 時間応答（１） ●11月25日： 全学休講： （休講振替）時間応答（２） 第７週 12月 ２日： 中間テスト 第８週 12月 ７日： 周波数応答（１） TUT, System & Control laboratory 2/13 授業の概要 第９週 12月1６日： 休講(学会） 振替：周波数応答（２） 第10週 1月13日： 制御系の安定性 第11週 1月20日： 制御系の安定性 第12週 1月27日： シーケンス制御 第13週 2月 3日： フィードバック制御系の特性と 内部モデル原理 ●2月1０日： 全学休講 第14週 2月１７日： 制御系の設計(PID制御） 第15週 2月24日： 第16週 3月3日： 講義予備日(制御系の設計） 制御期末テスト TUT, System & Control laboratory 3/13 第2週 制御工学概説 今週の大きな目的 制御工学を学ぶ上での下地となる概念や実用例を大まかに 理解すること． これまでの制御工学を知ることで制御工学に対する概念を学ぶ． 実際の適用例などを交えながら，制御工学を学ぶことで，何ができるの かを学ぶ． TUT, System & Control laboratory 4/13 はじめに システム制御は横断的科学技術である． システム制御とは（System Control）： 時間とともに動いているシステム（動的システム： Dynamical System）を，われわれの思いどおり動かすよう に人為的に操作（制御/政策）する行為である．すなわち システムは自動制御（Automatic Control）される TUT, System & Control laboratory 5/13 自動制御沿革 １．18世紀の産業革命 James Watt の蒸気圧の制御（遠心調速機，Governor） ２．20世紀 二つの世界大戦 兵器の自動照準．追跡用レーダのサーボ機構 ３．1948年 米国フォード社 自動工作機械＋自動運搬機＝オートメーション ４．1950～1960年 米ソの宇宙開発競争，アポロの月面着陸， 原子炉の制御，化学プラントの制御，コンピュータの開発 ５．1980年～ ロボット，バイオロジー，医用，社会システム，経済システム，家電製品 ６．21世紀 医療福祉，エコロジー，人文・社会システム，ナノテクノロジー， バイオテクノロジー TUT, System & Control laboratory 制御理論の体系化 6/13 TUT, System & Control laboratory 制御の起源（遠心調速機，Governor） 7/13 TUT, System & Control laboratory 自動制御とは何か 目次（１） 8/13 自動制御とは何か 早大名誉教授・北陸先端科学技術大学院大名誉教授 工博 示村悦二郎 著 第1章 制御とはどういうことか 身近にたくさんある制御 制御とは制し御すること いろいろな分野にある制御 自動制御と手動制御 なぜ自動制御をするか 制御技術は働かせる技術 「あれば便利」から「なくてはならない」自動制御へ 第2章 制御システムの基本的な構成 制御の対象は何か 制御量と操作量・外乱 ブロック線図で表す 制御量と操作量は1つずつとは限らない 多変数システムに特有の相互干渉 制御システムの操作係：アクチュエータ 制御システムの頭脳：コントローラ 制御のシステム フィードバック制御とフィードフォワード制御 TUT, System & Control laboratory 自動制御とは何か 目次（２） 9/13 第3章 フィードバック制御の起源 蒸気機関とフィードバック制御 負荷で変わる蒸気機関の速度 ワットの発明を生んだ1通の手紙 リフトテンタからガバナへ ボイラにもあった自動制御装置 浮きを巧妙に利用した制御 紀元前からあった（？）浮きを使った制御技術 ボイラに必要な安全弁 大規模なワットの制御システム 第4章 フィードフォワード制御 ご飯をおいしくたくには ご飯はフィードフォワードで 外乱にはお手上げのフィードフォワード制御 フィードフォワードはホワイトボックスに センサがないとできないフィードバック 間接的なフィードバック制御 間欠的な直接フィードバック ブラックボックスと特性の同定 フィードフォワード制御とオートマトン フィードバックと自由主義思想 TUT, System & Control laboratory 自動制御とは何か 目次（３） 10/13 第5章 制御理論の芽生え 最初の観察 フィードバックの本質を見抜く 安定問題への挑戦 マクスウェルとラウス 学問の世界から出なかったマクスウェルとラウス ヴィシュネグラードゥスキーの貢献 ストドラとフルヴィッツ 第6章 サーボメカニズム 位置や姿勢を制御するサーボメカニズム サーボメカニズムのアクチュエータ：サーボモータ 即応性の尺度：時定数 速応性はシステム固有の性質 定常状態に達する仕組み システムの感度：ゲイン サーボモータは無定位なシステム サーボメカニズムのセンサ サーボメカニズムの構成 コントローラで決まるサーボメカニズムの特性 TUT, System & Control laboratory 自動制御とは何か 目次（４） 11/13 第7章 プロセス制御システム プロセスオートメーションの立て役者：プロセス制御 制御量の種類は多くない 標準化の効果が上がるプロセス制御 プロセスコントローラにも標準品が 制御システムに要求されるもう1つの特性：定常特性 定常偏差の残るP制御 定常特性と応答特性のジレンマ 定常偏差をなくすI動作 動特性を改善するD動作 相互干渉の多い制御対象 外乱対策が主目的のプロセス制御 TUT, System & Control laboratory 自動制御とは何か 目次（５） 12/13 第8章 近代制御技術の展開の系譜 ワット以後の制御技術 サーボメカニズムの誕生 ファルソのサーボメカニズム プロセス制御技術の展開 ガス工業の生んだ圧力制御 巨大な水車の出現 蒸気機関のガバナが水車に 電信時代を開いたサーボメカニズム フィードバック増幅器の誕生 フィードバック増幅器が生んだ安定性の理論 電気の制御技術・制御の電気技術 近代制御技術の系譜 TUT, System & Control laboratory 自動制御とは何か 目次（６） 13/13 第10章 古典制御理論の成立 問題解決形ツールから理論系へ 古典制御理論の成立 主役は周波数特性 線形システムを前提とした古典制御理論 非線形システムを近似的に扱う 古典制御理論の成果 古典制御理論の限界 古典制御理論のサバイバルストラテジー 古典制御理論の不滅の栄光 第11章 新しい制御理論の誕生と展開 10年目のブレークスルー 理論の流れを変えた状態の概念 最適な制御を求めて 制御の概念の確立 新しい制御理論の枠組み リャプノフの安定論 対象をぐんと広げた新しい理論 限界に挑む新しい理論 特性変動に取り組むロバスト制御 適応制御にみるニューフロンティア 果てしなく広がる制御の宇宙 TUT, System & Control laboratory