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読むだけで力がつく自動制御再入門

定価(税込)  2,592円

著者
サイズ A5判
ページ数 240頁
ISBNコード 978-4-526-05250-7
コード C3053
発行月 2004年03月
ジャンル 機械

内容

自動制御、フィードバック制御、システム制御の本は、専門書では数多く見られるが、電気や機械の現場技術者や一般技術者が『読本』スタイルで読める本は皆無であった。本書は、肩肘張らずに、それでいて少し深く勉強できる内容、構成となっている。

目次

目 次

はじめに・i

第1部 フィードバック制御・1

第1章 自動制御とフィードバック制御・3

1―1 自動制御とは何か・3

1―2 フィードバック制御とは何か・4

1―3 フィードバック制御と外乱・6

第2章 ブロック線図・15・

2―1 ブロック線図の基本記号・15

2―2 ブロック線図の等価変換・17

第3章 周波数伝達関数・27

3―1 周波数伝達関数の定義・27

3―2 比例要素・28

3―3 積分要素・30

3―4 微分要素・31

3―5 1次遅れ要素・32

3―6 2次遅れ要素・35

第4章 フィードバック制御系の応答・51

4―1 過渡応答・51

4―2 インディシャル応答・52

4―3 インパルス応答・55

4―4 周波数応答・56

第5章 ボード線図・71

5―1 ボード線図の基本・71

5―2 比例要素・72

5―3 積分要素・73

5―4 1次遅れ要素・74

5―5 2次遅れ要素・77

第6章 フィードバック制御系の安定判別・89

6―1 フィードバック制御系の安定判別法・89

6―2 ナイキストの安定判別法・92

6―3 ボード線図による安定判別法・99

第2部 システム制御・107

第7章 伝達関数表現とラプラス変換・109

7―1 伝達関数表現・109

7―2 ラプラス変換・110

7―3 R―C直列回路の過渡応答・114

7―4 R―C直列回路のラプラス変換・116

第8章 状態変数表現・127

8―1 状態変数表現の目的・127

8―2 状態方程式と出力方程式・128

8―3 電気系の2次遅れ要素・129

8―4 機械系の2次遅れ要素・130

8―5 状態変数線図・135

8―6 状態方程式の解・137

第9章 根軌跡法・151

9―1 根軌跡法の図的手法・151

9―2 根軌跡の作図法・154

第3部 制御の実習・173

第10章 PID制御の実習・175

10―1 フィードバック制御の特性補償・175

10―2 調節計とPID動作・176

10―3 温度制御学習キット・178

10―4 ON/OFF制御の実習・181

10―5 比例制御の実習・185

10―6 PI制御の実習・188

付 録・197

?.作動増幅器・197

?.ラウスの安定判別法・199

?.熱電対・204

はじめに

は じ め に

自動制御はありとあらゆるところで活躍しています。身近な家電製品をはじめとして工場の生産現場、水道施設などの監視システムなど数え切れないほど多くの用途があります。

本書は、自動制御の代表的な制御方式であるフィードバック制御の入門書であり、もう一度勉強したい読者のための再入門書です。本書は3部構成になっています。第1部はフィードバック制御の基本からボード線図の作成方法、ボード線図に基づいた安定判別法について説明します。第2部は、自動制御についてもう少し深く勉強してみたいという方のために、一歩進めて“システム制御”という切り口で、伝達関数表現に必要不可欠なラプラス変換とその使い方について説明します。次に、伝達関数表現と対象的な状態変数表現について具体的に説明し、最後に、根軌跡法の作図法について説明します。第3部は、自動制御の具体的な例としてPID制御の実習について取り上げます。温度制御学習キットを使用して実際に実習しながらPID制御の仕組みを理解します。

各章には多くの例題を取り入れています。解説を読みながら本文の理解に役立てることができます。

各章の構成と内容は以下の通りです。

第1部 フィードバック制御

第1章は、自動制御とは何かを身近な例をあげて説明します。また、自動制御の基本となるフィードバック制御について説明します。

第2章は、ブロック線図の考え方と等価回路について説明します。

第3章は、周波数伝達関数について基本的な電気回路を用いて説明します。以降の章の基本となる部分です。

第4章は、フィードバック制御の応答について説明します。インディッシャル応答、インパルス応答、周波数応答について説明します。

第5章は、ボード線図について説明します。第3章で説明した基本回路やその組み合わせ回路について、具体的なボード線図の作図の仕方について説明します。

第6章は、フィードバック制御の安定判別法について説明します。安定判別の基本的な考え方とナイキストの安定判別法、ボード線図による安定判別法について説明します。

第2部 システム制御

第7章は、伝達関数表現という切り口でラプラス変換の基本とR―C直列回路のラプラス変換による解き方について説明します。伝達関数はブラックボックスとして入出力のラプラス変換の比として定義されます。ラプラス変換はそのための必要不可欠な手段になります。

第8章は、伝達関数表現とは別の表現法である“状態変数表現”について少し詳しく説明します。ここでは伝達関数をブラックボックスとして扱わず、微分方程式を直接解きます。単なる入出力のラプラス変換比として扱う伝達関数表現とは考え方が異なります。

第9章は、根軌跡法について説明します。具体的にはエバンスの図的作図法について例題を使って具体的な作図法を解説します。また、特性方程式や特性多項式、特性根といった根軌跡に必要な事項について説明します。根軌跡を描くことによって系の安定設計が可能になります。

第3部 制御の実習

第10章は、フィードバック制御の特性補償とこれに使われる調節計、調節計の基本機能であるPID動作について説明します。また、実際に温度制御学習キットを使用して自動制御の基本であるON/OFF制御と比例制御(P制御)、PI制御について実習します。実習を通して、PID動作の仕組みを理解します。

各章の章末には重要ボックスとしてポイントとなる事項をまとめています。

付録には、本文に関係した項目として、差動増幅器、ラウスの安定判別法、熱電対について説明しています。

付録の中には少し難しい表現や概念もありますが、馴れてしまえばこれも自動制御、フィードバック制御を理解する一つの手段としてさらなる活用に役に立ちます。

自動制御といってもシステム制御という広い範囲で捉えると、奥が深く興味が沸くものがたくさん潜在しています。本書が、入門・再入門書にとどまらずこれらを紐解く何らかの糸口、きっかけになれば幸いです。

本書執筆に際して多くの関連書籍を参考にさせていただきました。この場をかりまして敬意を表するとともに、感謝の気持ちを表します。また、温度制御学習キットの試用の機会を与えていただき、さらに最新情報のご提供をいただいた株式会社アドウィンの答島社長と大村専務の両氏に厚くお礼申しあげます。

最後に、本書執筆の好機を与えていただいた日刊工業新聞社書籍編集部の猪刈部次長はじめ関係の諸氏に感謝いたします。



2004年2月

著者しるす

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