はじめて学ぶ人のための
制御工学入門



目次

第1章 制御工学とは何か
 1.1 制御の歴史
 1.2 制御システムの基本構造
  1.2.1 制御システムの表現方法
  1.2.2 基本構造
  1.2.3 制御の分類
  1.2.4 制御装置と制御対象
 1.3 開ループ制御システム
 1.4 フィードバック制御システムの例
  1.4.1 トースタの例(閉ループ制御システムの例)
  1.4.2 水位制御システム
  1.4.3 ロボットハンド制御の例
 1.5 制御工学では何を学ぶか

第2章 ラプラス変換
 2.1 複素数(Complex variable)
 2.2 ラプラス変換
  2.2.1 ラプラス変換の定義
  2.2.2 関数のラプラス変換
 2.3 ラプラス逆変換
 2.4 部分分数展開によるラプラス逆変換
  2.4.1 Fs)が単根の場合のラプラス逆変換
  2.4.2 Fs)に重根がある場合のラプラス逆変換
 2.5 線形微分方程式の解法

第3章 制御システムのモデル化
 3.1 モデル化の手法
  3.1.1 伝達関数
  3.1.2 システム制御方程式
 3.2 ブロック線図
 3.3 電気回路のモデル化
  3.3.1 電気回路の例
  3.3.2 ブロック線図の構成法
  3.3.3 オペアンプの例
 3.4 機械回路のモデル化
  3.4.1 機械回路の基本要素
  3.4.2 歯車列
  3.4.3 歯車列による慣性モーメントの等価変換
 3.5 タンク−液位システムのモデル化
  3.5.1 タンクシステムのモデル化
  3.5.2 2つのタンクの液位制御例
 3.6 電気機械システムのモデル化
 3.7 相似関係
  3.7.1 1次遅れシステムの相似関係
  3.7.2 2次遅れシステムの相似関係

第4章 フィードバック制御システム
 4.1 フィードバック制御システムの構成
 4.2 システム感度
  4.2.1 開ループ制御システムの感度
  4.2.2 フィードバック制御システムの感度
 4.3 フィードバック制御システムの構造
 4.4 制御動作
 4.5 メカトロニクス

第5章 時間領域での解析
 5.1 入力の波形
 5.2 伝達関数の形とその応答
  5.2.1 比例要素
  5.2.2 1次遅れシステム
  5.2.3 2次遅れシステム
 5.3 時間応答における評価
  5.3.1 立ち上がり時間
  5.3.2 行き過ぎ量
  5.3.3 整定時間
 5.4 3次以上のシステム
  5.4.1 ロボットハンドの関節軸の例
  5.4.2 3次遅れシステムの例

第6章 周波数領域での解析
 6.1 正弦波入力に対する応答
 6.2 周波数伝達関数
 6.3 ベクトル軌跡
  6.3.1 1次遅れ伝達要素
  6.3.2 2次遅れ伝達要素
 6.4 ボード線図
  6.4.1 比例要素
  6.4.2 微分要素,積分要素
  6.4.3 1次進み要素
  6.4.4 1次遅れ要素
  6.4.5 1次遅れ・進み要素
  6.4.6 2次遅れ要素
 6.5 カスケード接続のボード線図

第7章 制御システムの安定性
 7.1 制御システムの応答
 7.2 安定性の判別
 7.3 ラウス・フルビッツの方法
 7.4 ナイキスト(Nyquist)の安定判別
  7.4.1 s−平面からFs)−平面への写像
  7.4.2 GsHs)−平面
 7.5 ナイキスト判別と位相余裕,ゲイン余裕の関係

第8章 フィードバック制御システムの特性評価
 8.1 単一フィードバック制御システム
 8.2 制御の型
 8.3 定常偏差
  8.3.1 ステップ入力
  8.3.2 ランプ入力
  8.3.3 定加速度入力
 8.4 周波数領域での制御特性
 8.5 位相余裕とゲイン余裕
 8.6 閉ループ制御システムの周波数特性
 8.7 ニコルス線図

第9章 根軌跡法
 9.1 根軌跡の基本概念
 9.2 根軌跡の性質

第10章 フィードバック制御システムの特性補償
 10.1 制御システムの特性仕様
  10.1.1 過渡・定常特性仕様
  10.1.2 制御システムの特性補償法
  10.1.3 特性補償要素の設計手法
 10.2 根軌跡を用いた特性補償
  10.2.1 特性補償要素
  10.2.2 ゲイン調整
  10.2.3 位相進み補償要素を用いた特性補償要素設計
  10.2.4 位相遅れ補償要素を用いた特性補償要素設計
 10.3 周波数応答を用いた特性補償
  10.3.1 ゲイン調整
  10.3.2 位相進み補償要素を用いた特性補償設計法
  10.3.3 位相遅れ補償要素を用いた特性補償設計法
  10.3.4 位相遅れ−進み特性補償要素
 10.4 PIDコントローラを用いた特性補償
  10.4.1 PI−コントローラ
  10.4.2 PD−コントローラ
  10.4.3 PID−コントローラ
 10.5 局所フィードバック補償法

参考文献
索   引



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