内容紹介
システム制御で用いられる数学とその基礎を徹底的に学べる、新時代の教科書!
ロボット・メカトロニクス関連学科を対象とした教科書シリーズの一巻。特に電気・電子・情報・機械系学科などの学科の専門課目である「システム制御」の教科書。本書では、システム制御を学ぶうえで必要となる、複素数の扱い方、ラプラス変換、微分方程式などの数学的基礎と、古典制御程度の範囲までのシステム制御理論をわかりやすく解説。章冒頭の「学習のポイント」、章末の「理解度チェック」「演習問題」を通して効果的に学習が進められる。
このような方におすすめ
電気・電子・情報・機械系学科、ロボット・メカトロニクス関連学科に所属する大学2、3年生
目次
主要目次
1章 序論
2章 数学基礎
3章 動的システムのモデリング
4章 一階の線形微分方程式
5章 自由システムの解と安定性
6章 ラプラス変換
7章 伝達関数とブロック線図
8章 ステップ応答とインパルス応答
9章 周波数応答
10章 ボード線図
11章 ベクトル軌跡
演習問題の解答
関連図書
索 引
詳細目次
1章 序論
1.1 システムとは
1.2 システムの分類
[1] 動的システム・静的システム
[2] 線形システム・非線形システム
[3] 連続時間システム・離散時間システム
1.3 動的システムの表現
理解度Check
2章 数学基礎
2.1 基礎解析
[1] 微分
[2] 指数関数
[3] 対数関数
[4] e
[5] オイラーの公式
[6] 三角関数
2.2 複素数
[1] 複素数と複素平面
[2] 絶対値と偏角
[3] 複素数の四則演算
[4] 極座標表示
2.3 対数グラフ
[1] 対数目盛
[2] 片対数グラフ
[3] 両対数グラフ
理解度Check
演習問題
3章 動的システムのモデリング
3.1 機械系モデル
[1] バネ‐マス‐ダンパ系
[2] 平衡点を基準にしたモデル
[3] 回転系のモデル
3.2 電気系モデル
[1] 抵抗・コンデンサ・コイル
[2] RC 回路
[3] RLC 回路
[4] DC モータのモデリング
3.3 機械系と電気系のアナロジー
理解度Check
演習問題
4章 一階の線形微分方程式
4.1 線形微分方程式の解
[1] 微分方程式の解(正弦波入力)
[2] 微分方程式の解(入力なしの場合)
[3] 微分方程式の解(入力ありの場合)
[4] 微分方程式の解(正弦波入力)
[5] 定常応答と過渡応答
[6] 線形性
4.2 周波数応答表現
[1] ゲインと位相
[2] 周波数伝達関数
理解度Check
演習問題
5章 自由システムの解と安定性
5.1 1階の線形微分方程式
[1] 一般解
[2] 初期値問題
5.2 2階の同次線形微分方程式
[1] 特性方程式と解
[2] 解の1次独立性と一般解
[3] 初期値問題
[4] D>0:異なる二つの実数根
[5] D<0:共役な複素根
[6] D=0:重根の場合
5.3 微分演算子
5.4 高階の微分方程式
[1] 特性方程式と根
[2] 関数の1次独立性
[3] 基底と一般解
[4] 複素根の場合の解の変形
[5] 初期値問題
5.5 自由システムの安定性
[1] 安定性
[2] 特性方程式の根と安定性
[3] 収束性と振動性
5.6 ラウス=フルビッツによる安定判別
[1] ラウス表による安定判別
[2] フルビッツ行列式による安定判別
理解度Check
演習問題
6章 ラプラス変換
6.1 ラプラス変換
[1] ラプラス変換の定義
[2] 基本的な関数のラプラス変換
[3] ラプラス変換の性質
[4] 合成積(たたみ込み積分) のラプラス変換
[5] 微分と積分のラプラス変換
6.2 最終値定理と初期値定理
6.3 逆ラプラス変換の計算法
6.4 微分方程式の解法
理解度Check
演習問題
7章 伝達関数とブロック線図
7.1 伝達関数
[1] 初期値応答と強制応答
[2] 伝達関数
[3] 伝達関数とシステムの応答
7.2 ブロック線図
[1] 基本的な考え方
[2] ブロック線図の基本3 要素
[3] プロパーな伝達関数とブロック線図
[4] 複雑なブロック線図
[5] ブロックの結合
[6] 加え合わせ点や引き出し点の移動
理解度Check
演習問題
8章 ステップ応答とインパルス応答
8.1 1次遅れ系
[1] 標準形
[2] 応答波形による伝達関数の推定
8.2 2次遅れ系
[1] 標準形
[2] インパルス応答
[3] ステップ応答
[4] 定常ゲイン
[5] 減衰係数と共振
[6] 減衰振動
[7] 自然角周波数
[8] ステップ応答の最大値
[9] 伝達関数の同定
理解度Check
演習問題
9章 周波数応答
9.1 周波数応答
9.2 1次遅れ系
9.3 2次遅れ系
9.4 共振現象
理解度Check
演習問題
10章 ボード線図
10.1 ボード線図の基礎
10.2 1次遅れ系
[1] 基本的な性質
[2] 折れ線近似
10.3 2次遅れ系のボード線図
[1] 基本的な性質
[2] 定常ゲインと自然角周波数
[3] 折れ線近似
[4] 減衰係数と共振
10.4 高次遅れ系
10.5 様々な伝達関数のボード線図
[1] 積分要素
[2] 微分要素
[3] 無駄時間系
10.6 直列結合系のボード線図
[1] ゲインと位相の計算
[2] 極と零点
理解度Check
演習問題
11章 ベクトル軌跡
11.1 ベクトル軌跡とは
11.2 1次遅れ系
[1] 基本的な性質
[2] 1次遅れ系の一般形
11.3 2次遅れ系
[1] 基本的な性質
[2] 定常ゲインと自然角周波数
[3] 減衰係数
理解度Check
演習問題
演習問題の解答
関連図書
索 引
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