ディジタル制御の基礎とマイコン実装におけるノウハウおよびトラブル対策 ~デモ付~

~ 各種フィルタの設計とディジタルフィルタとしての実装法、フィードバック制御器の設計法、C言語によるマイコン実装 ~

・マイコンによるディジタル制御の実装ノウハウと、陥りがちなトラブルへの対策方法を修得するための講座
・連続時間系におけるフィルタ設計から離散化方法、C言語による実装方法までを学び、安定した制御システムの開発に活かそう! 
*サンプルプログラムを配布しますのでUSBをご持参ください

講師の言葉

 本講義では、マイコンによるディジタル制御の実装ノウハウとはまりがちなトラブルへの対策を解説します。制御器やフィルタ設計は、連続時間系でなされることが多いですが、マイコン(もしくは、DSPやPLCなど)は離散時間で動いているため、離散時間系のフィルタとして実装する必要があります。そこで、この離散化による伝達関数の性質の変化を陽に考慮しないと、最悪の場合連続時間系では安定だった制御器が不安定になることがあります。
 ディジタル制御は、制御工学の授業・教科書では末尾に登場し、重点的に教えられる機会があまりないですが、本講義では連続時間系におけるフィルタ設計から、そのMATLAB(or Octave)による離散化方法、またC言語による実装方法をわかり易く解説します。関連するサンプルプログラムも配布します。

セミナー詳細

開催日時
  • 2019年08月08日(木) 10:30 ~ 17:30
開催場所 日本テクノセンター研修室
カテゴリー 電気・機械・メカトロ・設備ソフト・データ・画像・デザイン
受講対象者 ・制御系設計担当者の方
・フィルタ設計担当者の方
・連続時間系の離散時間系のフィルタ設計のギャップを埋めたい方
・マイコン実装におけるコツを知りたい方
・機械・自動車・プラントほか制御システム関連の技術者の方
予備知識 ・解説はしますが、以下の事前知識があると、より理解が深まります
・ラプラス変換 ・Z変換 ・伝達関数 ・状態空間法 ・MATLAB or Octave ・C言語
修得知識 ・線形システムのモデル化
・ラプラス変換の勘所
・周波数領域と時間領域の対応関係
・サンプリング周期の決定法
・各種離散化手法の違いと注意点
・フィルタのマイコン実装のメモリ削減のコツ
・固定小数点演算によるフィルタ実装のコツ
・各種フィルタの設計とディジタルフィルタとしての実装法
・フィードバック制御器の設計法
・線形制御の原理的制約条件によるフィードバック制御器の性能限界の定量化
・MATLAB(or Octave)による制御器設計の実際
・C言語によるマイコン実装の実際
プログラム

1.制御とは
  (1).推奨教科書リスト
  (2).自然界における「制御」
  (3).現代社会における制御工学の重要性
  (4).ディジタル制御とは

2.古典制御の基礎
  (1).運動方程式から伝達関数へ
  (2).ラプラス変換の基礎
  (3).極と零点
  (4).Bode線図と折れ線近似
    ・周波数領域の考えをわかりやすく解説

3.ディジタル制御の基礎
  (1).サンプリング周期の決定法
  (2).ナイキスト・シャノンのサンプリング定理
  (3).後退差分
  (4).双一次変換
  (5).ゼロ次ホールド
    ・見過ごされがちな離散化の影響と、その陥りやすいワナに
     ついてわかりやすく解説

4.状態空間表現の基礎
  (1).伝達関数との関係
  (2).実現問題
    ・実装に必要な、伝達関数から状態空間への変換を
     わかりやすく解説

5.2種類のディジタルフィルタ
  (1).有限インパルス応答(FIR)フィルタ
  (2).無限インパルス応答(IIR)フィルタ
    a.安定性
    b.メモリ使用量を半分にする実装法
    c.固定小数点演算の場合の実装のコツ
    ・2種類あるディジタルフィルタの特性の違いと
     実装のコツを紹介

6.フィルタの設計と実現
  (1).ローパスフィルタ
    a.アナログフィルタによる実現
    b.ディジタルフィルタによる実現
    c.時間応答と周波数応答
  (2).ハイパスフィルタ
    a.アナログフィルタによる実現
    b.ディジタルフィルタによる実現
    c.時間応答と周波数応答
    ・MATLAB・Octaveによるフィルタ設計と
     C言語による実現を解説

7.フィードバック制御器の設計
  (1).フィードバック制御の重要性
  (2).PI制御の特性
  (3).PD制御の特性
  (4).PID制御の特性
  (5).古典制御の「極配置設計」によるゲイン決定
  (6).3つの「制御帯域」の定義
  (7).ゲイン余裕と位相余裕
  (8).線形制御系の達成可能な性能上限の定式化
    ・フィードバック制御器設計の一般論と、「極配置設計」による
     1パラメタによるゲイン設計法をわかりやすく解説します。
     さらに、制御対象の特性に応じて達成可能な制御帯域の上限が
     定まってしまうことを示し、「どうしてこれ以上ゲインが
     上げられないのか」に答えます。

8.ディジタルフィルタ・ディジタル制御器設計の具体例
  (1).Arduinoを例に
  (2).制御系設計のサンプルMATLABプログラム
  (3).リアルタイム実装のサンプルCプログラム
    ・Arduinoで動作可能なCプログラム例をご紹介します。
     そのゲインを、MATLAB(やOctaveなどの互換ソフト)で設計し、
     それをヘッダファイル(.h)の形で出力するプログラムも紹介
     します。MATLABによる制御器・フィルタ設計から、マイコン
     実装までの実践的なワークフローを解説します。

9.まとめと質疑応答

キーワード ディジタル制御 状態空間表現 ディジタルフィルタ ローパスフィルタ ハイパスフィルタ フィードバック制御
タグ ハードウェア記述言語組み込みソフト回路設計・フィルタ制御LSI・半導体
受講料 一般 (1名):49,500円(税込)
同時複数申込の場合(1名):44,000円(税込)
会場
日本テクノセンター研修室
〒 163-0722 東京都新宿区西新宿2-7-1 小田急第一生命ビル(22階)
- JR「新宿駅」西口から徒歩10分
- 東京メトロ丸ノ内線「西新宿駅」から徒歩8分
- 都営大江戸線「都庁前駅」から徒歩5分
電話番号 : 03-5322-5888
FAX : 03-5322-5666
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