Javaで学ぶデジタル・サーボ・コントローラとシミュレータ
サーボ制御をデジタル化によりソフトウェアで実現することは、強力且つ柔軟なコンピュータの処理能力により、使い勝手の良い制御システムを廉価に構築できるばかりでなく、最新の制御理論に基づいた制御手法を、自在に利用できることを意味する。従って、本書の中心的課題は、制御システムを設計するための土台となる制御理論の解説と、その理論から導かれるデジタル制御技術を用いて制御システムをコンピュータで実現する方法を説明することである。
本書は初心者にも直感的に理解できるレベルから、途中を省略することなしに、システム開発の現場で十分に実用に耐えるレベルまで解説した。本書を読み終える時には、デジタル制御の分野を俯瞰できるだけの知識と、読者自身の力で、独自の制御システムを設計できる能力が得られるものと確信する。
プログラム作成の要となるデジタル化について、多くの頁を使って説明している。本書は、実際にプログラムを実行して、その効果を体験できるように構成した。すなわち、本書の中の全ての制御プログラムは、シミュレータにより、本書を読みながら実行することができる。本書はJavaで書かれた「デジタル・サーボ・シミュレータ」を提供しており、読者はダウンロードして利用することができる。シミュレータを用いることにより、モータや電子回路などの実験設備がなくても、パソコンだけで、あたかも実験室でサーボを動かしている感覚で、学習することができる。ダウンロードファイルにはコントローラとシミュレータの全ソース・コードも含まれており、読者自身の制御方法を自在に試すことができる。
本書は更に、システム同定や適応制御などの最新のセルフ・チューニング制御手法に関しても解説し、プログラムを与えている。ここでも、本書は煩瑣な議論の展開を避け、基本的な原理の理解から、工学的に有為なアルゴリズムのみを抽出し、実用可能な形態に展開している。従って、デジタル制御のプログラム作成の目的以前に、高度な制御理論そのものを学習しようと考えている読者へも、工学的表現と具体的な例示により、最適な導入書となるであろう。
目次：
序章
１ 前書き
２ 本書の構成
第１章 物体の運動を表す
１．１ 自転車の動き
１．２ 速度と位置の関係
１．３ 加速度と速度の関係
１．４ 加速度と速度と位置の関係
１．５ 力と加速度の関係
第２章 フィードバックを用いない制御
２．１ 力による速度の制御
２．２ 力による位置の制御
２．３ プログラムの作成
２．４ プログラムの実行
第３章 フィードバックによる制御
３．１ 制御方法の比較
３．２ ブロック線図による制御の表し方
３．３ フィードバック制御の働き
３．４ フィードバック制御の解析
３．５ フィードバック制御プログラムの作成
３．６ フィードバック制御プログラムの実行
第４章 摩擦による影響
４．１ 摩擦がある物体の運動と制御の表し方
４．２ 摩擦がある物体のラプラス変換による表し方
４．３ 摩擦が有る物体の速度のステップ応答
４．４ 摩擦がある物体のステップ応答プログラムの実行
４．５ フィードバック制御プログラムの実行
第５章 制御特性の改善
５．１ PID制御
５．２ 積分補償の効果
５．３ ローパスフィルタ
第６章 デジタル制御
６．１ デジタル化の問題点
６．２ 制御のデジタル化
６．３ PID制御のデジタル化
６．４ PID制御プログラムの作成
６．５ PID制御プログラムの実行
第７章 指令系による補間処理
７．１ 加速と減速
７．２ 位置参照値
７．３ 平面上の移動
７．４ 直線加減速プログラムの作成
７．５ 直線加減速プログラムの実行
第８章 位置のフィードバック制御
８．１ 位置制御ループの構成と伝達関数
８．２ 位置制御ルーチンの作成
８．３ 位置制御ルーチンの実行
第９章 回転運動する物体の制御
９．１ 回転運動の考え方
９．２ 回転運動の制御方法
９．３ 回転運動の伝達と直線運動への変換
９．４ モータの制御
９．５ トルクの電流制御
第１０章 セルフチューニング制御
１０．１ システム同定
１０．２ 同定ルーチンの作成
１０．３ 同定ルーチンの実行
１０．４ 適応制御
１０．５ 適応制御ルーチンの作成
１０．６ 適応制御ルーチンの実行
付録 デジタル・サーボ・シミュレータ
付録Ａ シミュレータの使い方
A.１ Java実行環境
A.２ デジタル・サーボ・シミュレータのインストール
A.３ デジタル・サーボ・シミュレータの起動方法
A.４ 主ウィンドウの構成と各部の操作
付録Ｂ シミュレータの構造
B.１ プログラム開発環境
B.２ 付属プログラム全体の構成
B.３ 制御ロジックを実行する処理
B.４ 制御対象を模倣する処理
以上
サーボ制御をデジタル化によりソフトウェアで実現することは、強力且つ柔軟なコンピュータの処理能力により、使い勝手の良い制御システムを廉価に構築できるばかりでなく、最新の制御理論に基づいた制御手法を、自在に利用できることを意味する。従って、本書の中心的課題は、制御システムを設計するための土台となる制御理論の解説と、その理論から導かれるデジタル制御技術を用いて制御システムをコンピュータで実現する方法を説明することである。
本書は初心者にも直感的に理解できるレベルから、途中を省略することなしに、システム開発の現場で十分に実用に耐えるレベルまで解説した。本書を読み終える時には、デジタル制御の分野を俯瞰できるだけの知識と、読者自身の力で、独自の制御システムを設計できる能力が得られるものと確信する。
プログラム作成の要となるデジタル化について、多くの頁を使って説明している。本書は、実際にプログラムを実行して、その効果を体験できるように構成した。すなわち、本書の中の全ての制御プログラムは、シミュレータにより、本書を読みながら実行することができる。本書はJavaで書かれた「デジタル・サーボ・シミュレータ」を提供しており、読者はダウンロードして利用することができる。シミュレータを用いることにより、モータや電子回路などの実験設備がなくても、パソコンだけで、あたかも実験室でサーボを動かしている感覚で、学習することができる。ダウンロードファイルにはコントローラとシミュレータの全ソース・コードも含まれており、読者自身の制御方法を自在に試すことができる。
本書は更に、システム同定や適応制御などの最新のセルフ・チューニング制御手法に関しても解説し、プログラムを与えている。ここでも、本書は煩瑣な議論の展開を避け、基本的な原理の理解から、工学的に有為なアルゴリズムのみを抽出し、実用可能な形態に展開している。従って、デジタル制御のプログラム作成の目的以前に、高度な制御理論そのものを学習しようと考えている読者へも、工学的表現と具体的な例示により、最適な導入書となるであろう。
目次：
序章
１ 前書き
２ 本書の構成
第１章 物体の運動を表す
１．１ 自転車の動き
１．２ 速度と位置の関係
１．３ 加速度と速度の関係
１．４ 加速度と速度と位置の関係
１．５ 力と加速度の関係
第２章 フィードバックを用いない制御
２．１ 力による速度の制御
２．２ 力による位置の制御
２．３ プログラムの作成
２．４ プログラムの実行
第３章 フィードバックによる制御
３．１ 制御方法の比較
３．２ ブロック線図による制御の表し方
３．３ フィードバック制御の働き
３．４ フィードバック制御の解析
３．５ フィードバック制御プログラムの作成
３．６ フィードバック制御プログラムの実行
第４章 摩擦による影響
４．１ 摩擦がある物体の運動と制御の表し方
４．２ 摩擦がある物体のラプラス変換による表し方
４．３ 摩擦が有る物体の速度のステップ応答
４．４ 摩擦がある物体のステップ応答プログラムの実行
４．５ フィードバック制御プログラムの実行
第５章 制御特性の改善
５．１ PID制御
５．２ 積分補償の効果
５．３ ローパスフィルタ
第６章 デジタル制御
６．１ デジタル化の問題点
６．２ 制御のデジタル化
６．３ PID制御のデジタル化
６．４ PID制御プログラムの作成
６．５ PID制御プログラムの実行
第７章 指令系による補間処理
７．１ 加速と減速
７．２ 位置参照値
７．３ 平面上の移動
７．４ 直線加減速プログラムの作成
７．５ 直線加減速プログラムの実行
第８章 位置のフィードバック制御
８．１ 位置制御ループの構成と伝達関数
８．２ 位置制御ルーチンの作成
８．３ 位置制御ルーチンの実行
第９章 回転運動する物体の制御
９．１ 回転運動の考え方
９．２ 回転運動の制御方法
９．３ 回転運動の伝達と直線運動への変換
９．４ モータの制御
９．５ トルクの電流制御
第１０章 セルフチューニング制御
１０．１ システム同定
１０．２ 同定ルーチンの作成
１０．３ 同定ルーチンの実行
１０．４ 適応制御
１０．５ 適応制御ルーチンの作成
１０．６ 適応制御ルーチンの実行
付録 デジタル・サーボ・シミュレータ
付録Ａ シミュレータの使い方
A.１ Java実行環境
A.２ デジタル・サーボ・シミュレータのインストール
A.３ デジタル・サーボ・シミュレータの起動方法
A.４ 主ウィンドウの構成と各部の操作
付録Ｂ シミュレータの構造
B.１ プログラム開発環境
B.２ 付属プログラム全体の構成
B.３ 制御ロジックを実行する処理
B.４ 制御対象を模倣する処理
以上
