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ダイナミカルシステム
慶応義塾大学理工学部 電子工学科 准教授
光・像情報工学 専修
青 木 義 満
2008年度版
イントロダクション
はじめまして！ 自己紹介
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1973年 群馬県高崎市生まれ. 高校から大学, 大学院, 博士過程, 助手 と１３年間, 早稲田人 早稲田大学本庄高等学院時代，柔道部(副将)，応援部(主務)，軽音楽部(ドラム担当)に所属.
早稲田大学理工学部応用物理学科に入学，早大理工学部ラグビー部に所属。ラグビー（と飲み会）に明け暮れる. 2年次の頚椎骨折を何とか乗り越え， 4年次より，橋本周司研究室に所属. それ以来，画像計測・認識・生成とその応用に関する研究に従事.
職歴 ・1999-2002 : 早稲田大学理工学部助手 ・2002-2007 : 芝浦工業大学工学部情報工学科（講師→准教授） ・2008年度より, 現職
座右の銘は「Always Positive」，「信は力なり」。
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ダイナミカルシステムとは？ 「システム」
・ある特定の目的を達成するために構成された要素の集まりと その仕組み
「ダイナミカルシステム」
・特に時間発展を伴う場合，そのシステムをダイナミカルシステム（動的なシステム）と呼ぶ．
具体例 電気回路，ロボットシステム，細胞，経済
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ベースとなる学問領域 「制 御 工 学」
制御工学とは，その名の通り，対象を制し，御するための学問． 力ずくでなく，その対象の特性を十分に把握する必要
100年くらいの歴史
【古典制御理論】
・制御対象の入出力に着目し，制御対象をブラックボックス化して， 入出力関係を周波数領域で解析．
【現代制御理論】
・制御対象の内部状態をモデル化（状態方程式）して，制御．
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制御における重要事項 対象とするシステムのどの物理量を制御したいかを明確にする → 制御量
制御量に影響を与えるもののうち，こちらが自由に操作できるもの → 操作量
制御工学とは，その名の通り，対象を制し，御するための学問． 力ずくでなく，その対象の特性を十分に把握する必要 操作量が制御量に与える影響のメカニズムを解析することで，システムの”良い”制御が可能となる．
このメカニズムを記述・表現するもの→「伝達関数」
「伝達関数」に基いたシステムの解析と設計！
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日常的な「制御」課題の例 洗顔
エアコンによる室内温度の調整
自転車の運転
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洗顔時の「制御」 洗顔
・水量：制御量 ・温度：制御量 ・バルブ開閉度：操作量 ・ガス流量：操作量 ・水を溜める場合：水位も制御量
人は寝ぼけながらも簡単にやっている！
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エアコンで部屋の温度を自動調整
・制御対象：部屋（内の空気）
・制御量：室温
・室温に影響を与える要因：照明，電気ポット，ジャー，人，壁，天井，窓，天気，外気温
・操作量：エアコンの熱
・それ以外のもの：外乱
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自転車の運転制御 ・制御対象：自転車
・制御量（複数）：速度，進行方向，バランス
・操作量：ペダル，ブレーキからの力 前タイヤの角度（ハンドル） 体重移動
・外乱：路面の凹凸，勾配による力，路面の摩擦，風による力 等
外乱の影響により，定常的な制御は困難となる → 「フィードバック制御」
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フィードバック制御 現在の制御量の値を測定して目標の値と比較し，その差をゼロに近づけるように操作量を変化させる制御
・目標とする制御量の値：目標値，設定値 ・制御量の現在地をはかる装置を検出装置，測定装置 ・目標値と制御量の差：制御偏差 ・制御偏差を０にするように操作量を作り出す装置：制御装置
室温は外乱があっても常に一定の温度を保つように制御される →目標値が常に一定，定値制御．
状況に応じて的確な目標値を設定して制御（目的値が時間とともにつねに変化する制御） → 追値制御(航空機，ロケット，ロボット等)
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制御の主な目的
制御対象の安定化 目標値追従 外乱の影響の抑制 特性変動による影響の抑制
システムを理解する，あるいはそのシステムを使ってある目的を達成する，または，ある目的を達成するために自分でシステムを設計するためには，システムの挙動を把握した上で，目的に応じて適切な制御を行う必要がある！
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講義予定 (1)イントロダクション (2)ラプラス変換 (3)線形システム (4)ブロック線図 (5)過渡応答 (6)周波数応答 (7)システムの安定性 (8)フィードバック制御 (9)古典制御理論から現代制御理論へ(1) (10)古典制御理論から現代制御理論へ(2) (11)最近の話題 (12)期末試験
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評価
期末試験：90％
レポート：10％
出席はとらない！
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連絡先
慶應義塾大学理工学部電子工学科
青木 義満
E-mail: [email protected]
講義情報HP: http://www.aoki-medialab.org/aolab/
