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［VOD］Pythonで一緒に！ロボット制御のモデルベース設計【PID制御編】

PID制御則の基本から動的システムの表現/特性，ゲイン調整法，2自由度化まで

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学ぶこと

制御工学は，モノの動きをデザインする科学です．

制御工学では，まず，モノ（システム）の動特性を調べます．そして，その特性を理解した上で，望ましい動きになるような制御器を設計します．「Pythonで一緒に！ロボット制御のモデルべース設計」シリーズでは，さまざまな設計手法の考え方と計算テクニックをPythonプログラミングを活用しながら解説します．

本VODでは，「PID制御」を学びます．PID制御は，比例・積分・微分の3つの演算を組み合わせた制御則です．直感的でわかりやすく，広く用いられている制御則のひとつです．まず，システムの伝達関数表現，時間応答や周波数応答を復習します．そして，PID制御の概要を説明した後，PIDゲインのチューニング方法を解説します．さらに，さまざまなPID制御を紹介します．

本VODでは，講義テキストとして「制御系設計論(コロナ社)」も使用します．本書籍が必要な場合は，次の製品をご検討ください．
［VOD/Book］Pythonで一緒に！ロボット制御のモデルベース設計【PID制御編】


図1「Pythonで一緒に！ロボット制御のモデルべース設計」シリーズの学習内容


図2 本セミナでは，WEBブラウザ上でPythonを実行できるGoogle Colaboratoryや，アーム/倒立振子のシミュレータも動かしながらPID制御を学ぶ

アジェンダ

(1)制御系設計の流れと勘所

(2)動的システムの表現

常微分方程式によるモデリング
伝達関数
ラプラス変換

(3)動的システムの特性

時間応答
安定性
周波数応答
Pythonで時間応答・周波数応答の可視化

(4)PID制御

PID制御則
PID制御系の特性
PythonでPID制御系の特性を可視化

(5)PIDゲインの調整方法

Ziegler-Nicholsの調整法
モデルマッチング法
Pythonでゲイン・チューニング

(6)改良型PID制御

PI-D制御とI-PD制御
不完全微分
アンチワインドアップ
2自由度制御

ショートセミナ

PID制御編の概要

ドローンの高度制御…P制御の限界

限界感度法によるゲイン・チューニング

受講対象

制御工学の基礎を学びたい方
制御系設計の方法を知りたい方
Pythonで制御工学を体験したい方

あると望ましい予備知識

力学や電気回路の基礎（オームの法則を知っている）
複素関数の基礎（複素数の演算ができる）
プログラミングの基礎（数行のコードを書いて実行したことがある）

講演の目標

制御工学の基礎をざっくりと理解する
制御系設計（動きのデザイン）の基本的な方法を説明できる
簡単なPytonプログラムを作成できる

受講者が事前に準備するもの

筆記用具と計算用紙（ノート）
Pythonプログラム実行環境（Google Colabratoryなど）

※後述のモデルベース設計2.pdfの3ページ目を参照してPython環境の準備をお願いします． Google Colaboratoryの利用を推奨します．

本オンデマンド製品を購入された方へ　～視聴リンクとパスワード～

下記リンク先(青字)をクリックして，本製品購入後にメールにてお知らせしたパスワードを入力してください．

341分講義ビデオ(著作権保護のためパスワードがかけられています)

『Pythonで一緒に！ロボット制御のモデルベース設計【PID制御編】』講義ビデオ.mp4

0:00:10 イントロダクション
0:11:38 はじめに，制御工学の基礎 ～制御とは，フィードバック制御，ブロック線図，制御系設計の流れと勘所～
0:56:13 制御系CADの紹介，数学の基本事項 ～Python-ControlライブラリとPythonの作法，複素数とラプラス変換～
1:57:57 制御のためのモデル ～動的システム，伝達関数モデル，状態空間モデルとの関係～～
2:37:02 制御系の解析 ～時間応答，極とふるまいの関係（安定性），周波数応答，設計仕様～
4:02:29 PID制御① ～PID制御の概要，改良型PID制御，2自由度制御～
4:58:22 PID制御② ～ゲイン・チューニング，PID制御の発展～
5:36:20 QA

159頁講義テキスト(著作権保護のためパスワードがかけられています)

モデルベース設計2.pdf

ソースコードとシミュレータ(著作権保護のためパスワードがかけられています)

関連資料

講師紹介

略歴

2009年3月京都大学大学院情報学研究科博士後期課程修了．日本学術振興会特別研究員（DC2），舞鶴工業高等専門学校助教，京都大学特定助教，奈良先端科学技術大学院大学助教，大阪大学講師などを経て， 2019年3月より大阪大学大学院工学研究科機械工学専攻准教授．博士（情報学）．一般社団法人みんなの制御塾代表理事．

主な著書

［VOD］Pythonで一緒に！ロボット制御のモデルベース設計【PID制御編】，ZEPエンジニアリング．
［VOD/Book］Pythonで一緒に！ロボット制御のモデルベース設計【状態フィードバック制御編】，ZEPエンジニアリング．
［VOD/Pi2W KIT］ラズパイ×Pythonで動かして学ぶモータ制御入門，ZEPエンジニアリング．
制御系設計論，コロナ社 (2021)．
やさしくわかるシーケンス制御，オーム社．(2020)．
Pythonによる制御工学入門，オーム社 (2019)．
倒立振子で学ぶ制御工学，森北出版 (2017)．
Arduino×Pythonで動かしながら学ぶモータ制御入門，トランジスタ技術2020年9月号．

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スピードマスタ・シリーズ

電子回路・基板設計からプログラミングまで，エンジニアがマスタすべき技術は多岐にわたり，開発期間も短くなっています．多くの書物を読み漁ったり，玉石混交のネット情報に振り回されたりしている暇はありません．

本シリーズには，各分野の一線で活躍する技術者が厳選したパーツセット，設計の要点を効率よく解説するセミナ動画，講義テキスト，お手本ソースコードなどが同梱されています．百戦錬磨の技を一見することで，未経験の技術が驚くほど短時間で身につくだけでなく，信頼性の高いシステム開発に必要なプロの眼が養われます．