授業/動的システムの解析と制御2014

授業

担当：小林、TA:M1櫻井

第1回(2014.11.7) 概要〜第１章　システムを状態方程式で記述する†

この授業の目的：与えられた物理系に対して、最適制御系を設計できるようになる

• シラバス syllabus.pdf
• 成績の評価方法と評価項目：レポート(36% = 6点×6回=36点)、期末テスト(64%)
  レポート１回目
• 教科書：「演習で学ぶ現代制御理論」(森 泰親 著、森北出版)
• 古典制御と現代制御の違い（長所と短所）
• 伝達関数と状態空間表現の関係（簡単な運動方程式を例に）

板書1

板書2

板書3

板書4

第2回(2014.11.14) 第２章 システムの応答と安定性†

• 解析問題と設計問題: 解析が基本、今日は解析を扱う。特に安定性
• 古典制御における安定性：インパルス応答がt→∞で0に収束する
• ⇔ 現代制御における安定性：任意の初期値に対する応答がt→∞で0に収束する
• ⇔ 伝達関数の極の実部がすべて負
• ⇔ A行列の固有値の実部がすべて負
• 復習：たたみこみのラプラス変換、行列の固有値と固有ベクトル、逆行列
• 状態遷移行列の定義、状態遷移行列のラプラス変換

レポート２回目

板書1

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前半担当の平田先生より：「前半分の成績を掲示します。掲示場所は、前半分の宿題レポートの提出場所です。」

第3回(2014.11.21) 第3章 可制御性(3.3可制御性とその条件), 第5章 極配置法(5.1 フィードバック係数ベクトルを直接計算する)†

• 解析から設計へ、出力フィードバック（難)→状態フィードバック（簡単、基本）
• 閉ループ系のA行列 = A - BF
• A-BFの固有値をFによって任意に指定できる=可制御性
• 例1(Fによる固有値の指定不可)、例1'(指定可)
• 可制御性の定義
• 可制御性の判定方法(可制御性行列の正則性)
• レポート対策

レポート３回目

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第4回(2014.11.28) 第6章 最適レギュレータ §6.1 評価関数と最適制御†

• 簡単な例題（a, x, b, u, f がすべてスカラ、b > 0）... 最適制御を直感的に理解できる
• (i) x(t)→0の収束する速さ、(ii) u(t)を小さく抑えること、にトレードオフがある
• 極配置法では、(i),(ii)のバランスを客観的に取りにくい
• 最適制御では、(i),(ii)のバランスを客観的に取れる
• 最適レギュレータ問題と、その解（リカッチ方程式、P>0）
• 最適制御の結果を使わずに J を最小化する f を求める ... f の二次方程式、閉ループが安定となる解を選ぶ
• f の二次方程式とリカッチ方程式の関係
• 閉ループ系の安定性と P > 0 の関係
• r を大きくする（(ii) を重視する）と、|f| が小さくなる

レポート４回目

板書1

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板書4

第5回(2014.12.5) 第6章つづき〜 §6.2 重み行列と正定・半正定、§6.3最適制御系の安定性†

• 行列へ拡張: q→Q≧0, r→R>0
• (半)正定行列の定義
• 対称行列の固有値と正定性の関係(演習6.6)
• 対称行列の固有値はすべて実数(演習6.8)
  proof3.pdf
• 最適制御⇒安定かつJが最小
  証明
• 最適レギュレータの設計(演習6.3,6.4)：リカッチ方程式の解P、P > 0 ⇒ 対応する F が閉ループ系を安定化

レポート５回目

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第6回(2014.12.12) §9.1状態観測器の構造†

• 状態xが使えない場合
• (方法1) 状態の代わりに出力yを使う = 静的出力フィードバック ⇒ ダメ
• 別の方法：状態を推定して、それをxの代わりに使う
• 状態観測器の定義：t→∞で誤差 x(t) の推定誤差が0となる
• (方法2) 状態観測器? (演習9.1) + 状態フィードバック ⇒ ダメ
• (方法3) 状態観測器((9.3)式, 演習9.2) + 状態フィードバック
• 状態観測器を作る（（9.3)式の導出、方法２は状態観測器にならない）
• 可観測性（可制御性との関係）
• 演習9.3'：A - L C を安定（固有値の実部がすべて負）とする L の求め方

レポート６回目

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第7回(2014.12.19) §9.3併合系の固有値, 授業アンケート実施†

• 方法3で安定化できる理由：閉ループ系の固有値 = A - BF と A - LC の固有値
• 方法3が評価関数Jの最小値に与える影響？
• A-LC の固有値の実部が-∞に近づくように L を設定すると何が起こるか？
• 授業アンケート（本科目の前半・後半をまとめて）

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第8回(2014.12.26) 期末テスト†

• 試験内容: レポート課題の中から、数値を変えて出題する
• 持ち込み可能なもの: 筆記用具のみ
• 試験時間: 90分

2014.12.28 10:20 前半・後半を含めた総合成績を掲示しています。レポート返却場所にて。確認してください。

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