Matlab_Simulink：読むだけで8割理解する制御工学（すぐ実行できるプログラム公開中）

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実現したいこと

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注意事項

  • 本記事に関する全ての内容は，引用元を未掲載でも制約なくご自由にご活用頂いて構いません（プログラム二次配布も問題ございません）。
  • ただし，本ブログの記事内容・プログラムにより生じたトラブルは一切の責任を負いかねます。

全体記事 

制御系設計（古典制御）

  1. 第1章：Matlab/Simulinkの基礎
    1. 1.1節：無料評価版（30日間）Matlabのインストール 

      1. 具体的なインストール方法

    2. 1.2節：Simulinkの基本的な使い方
      1. Simulink起動，ステップ応答，scope画面設定，シミュレーション終了時間設定，サンプリング時間設定，scope画面保存方法

      2. （応用編）1ステップ前のパラメータを保持する方法

    3. 1.3節：Matlabの基本的な使い方

      1. コマンドウィンドウ，ワークスペース，変数宣言，「clc, clear, ;」の役割，警告「フォルダの選択」の意味，コメントの書き方，自作コマンドの作成方法，関数化，グラフ描画，最適化

    4. 1.4節：MatlabとSimulinkの連携

      1. Simulink設定変数一覧，具体的な連携プログラム，よくあるエラーとその解決策

    5. 1.5節：練習問題
      1. グラフ描画（近日公開）
      2. 関数化（近日公開）
      3. 最適化（近日公開）
  2. 第2章：ステップ応答 & ボード線図
    1. 2.1節：一次遅れ系
      1. ステップ応答：一次遅れ系

      2. 補足：アニメーション（ステップ応答：一次遅れ系）

      3. ボード線図：一次遅れ系

    2. 2.2節：二次遅れ系
      1. ステップ応答：二次遅れ系

      2. 補足：アニメーション（ステップ応答：二次遅れ系）

      3. ボード線図：二次遅れ系

  3. 第3章：Matlab/Simulinkを利用したPIDゲイン最適化の概論
    ～ 細かな数式一切なし_ゆるく制御系設計全体を把握することが目的 ～
    1.  3.1節：PID制御系の種類

      1. PID制御（Simulink記事，mファイル記事，python記事） 

      2. PI-D制御

      3. I-PD制御

    2. 3.2節：PIDゲインの最適化手法（余計な数式を用いない最適化）

      1. 目標値追従のみ考慮した最適化

      2. 入力を考慮した最適化

      3. 入力飽和を考慮した最適化

      4. その他評価規範（IAE, ITAE）を用いた最適化

    3. 3.3節：PIDゲインの最適化手法（規範モデルに基づく最適化）

      1. 規範モデルの設定（二次遅れ系）

      2. 規範モデルに基づくPIDゲイン調整_fminsearch利用

      3. 規範モデルに基づくPIDゲイン調整_極配置制御
        （制御対象：一次遅れ系の場合，微分ゲインが不要な理由）

      4. （参考）積分時間Tiと時定数Tの関係（感覚的な理解）

    4. 3.4節：システムパラメータ推定

      1. 【準備】入出力データ（csvファイル）保存

      2. csvファイルを用いたシステムパラメータ推定（fminsearch利用）

    5. 3.5節：実現場を想定した練習問題

      1. 練習問題①

      2. 練習問題①_解答例

  4. 第4章：むだ時間補償
    1. スミス補償器（数式を一切用いない感覚的な理解）

    2. 内部モデル制御IMC

    3. スミス補償器とIMCが等価になるときの条件導出

  5. 第5章：システム同定のための離散時間モデル
    ～ 本格的な数式導入_3.4節を深堀 ～
    1. 近日公開予定
    2. ゼロ次ホールドを考慮した離散化（Z変換）

    3. ステップ応答（連続時間s領域, 離散時間z領域の比較）& サンプリングの違いについて

    4. 離散時間系のステップ応答（MatlabとSimulinkの双方の結果を比較）

    5. 最小二乗法を用いたシステムパラメータ推定

    6. 『逐次』最小二乗法を用いたシステムパラメータ推定

  6. 第6章：離散時間における制御系設計

    1. 離散PID制御

    2. 離散PID制御（MatlabとSimulinkの結果比較）
    3. 離散時間I-PD制御系（MatlabとSimulinkの結果比較）

    4. 離散PID制御（システム変動）

  7. PFC（Predictive Functional Control）編
    1. 一次遅れ系の自由応答の表現方法
  8. よくある質問

    1. 質問：時定数Tと63.2%の関連式の導出方法を教えてください

    2. 質問：ラプラス変換はなぜ必要なのでしょうか

    3. 質問：一括型最小二乗法（LSM）でも逐次的に計算できるのでは？

  9. 付録：
    1. Simulink微分ブロックの近似精度の検証

    2. 手計算：RC回路の電圧に関するラプラス変換

    3. 手計算：RL回路の電圧に関するラプラス変換

    4. 手計算：RLC回路の電圧に関するラプラス変換

    5. むだ時間のパディ近似精度の検証

制御系設計（現代制御）

  1. 第1章：状態空間表現
    1. 状態空間表現と伝達関数表現の比較

機械学習

  1. 第1章：回帰学習

    1. 回帰学習（機械学習および深層学習）の実行方法

  2. 第2章：分類（近日公開）
  3. 第3章：強化学習（近日公開）
  4. 付録：自然言語処理（近日公開）
  1. 第1章：基礎的な使い方

    1. fminsearch_fminconをSimulinkで活用・連携

    2. ScopeDataのデータ保存とmファイルでの読込方法

    3. グラフの軸名にtex形式を採用 & グラフのフォントサイズなど設定

    4. matファイルとして保存

    5. csvファイルとして保存
    6. Goto/Fromブロックを用いてSimulinkを整理

    7. ボード線図の横軸を[rad/s]から[Hz]にする方法

    8. ボード線図の位相の表示を0度からにする設定方法

    9. ボード線図の位相のラップ位置を設定（-180度～180度で折り返し表示）

    10. グラフタイトルの改行

    11. Simulink：下位のバージョンへファイルをダウングレード

  2. 第2章：おすすめテクニック（時間効率化など）

    1. 多数のグラフを画面上に順番に並び替え（マウス作業からの解放）

    2. for文の中で任意に①凡例文字列，②線種を指定する方法
    3. 第三者へプログラム配布：モデルの隠蔽化（配布後に他者が中身を見ることができない）

    4. コマンド「linio」を活用したボード線図描画（Simulink使用）

  3. 第3章：機械学習①_アンサンブル回帰（ランダムフォレスト）

    1. 回帰ツリー構造の表示・保存

    2. 各説明変数の重要度表示

  4. 第4章：その他
    1. インストーラが起動しない場合100%解決する方法（Windows）

    2. アクティベーションの切替（アンインストール不要）

基礎的な数学

  1. 最小二乗法（LSM: least squares method）

  2. 最小二乗法（忘却係数λあり）

  3. 逐次最小二乗法（RLS: Recursive Least Squares）

  4. 正規分布（mファイル）

  5. 正規分布（simulinkファイル）

  6. 主成分分析（PCA: principal component analysis）（近日公開）

中高生を意識した制御工学の説明

  1. 第1章：制御工学とその他の学問の関連
    1. 制御工学 × 生物学
    2. 制御工学 × 宗教

ppt素材

pptで編集できる形式でダウンロードできます。著作権フリーです。資料作成時間の短縮を実現し，空いた時間を創造性のある活動に充ててください。

  1. ppt素材：無料評価版（30日間）Matlabのインストール

  2. ppt素材：Simulinkの使い方

  3. ppt素材：Matlabの使い方

  4. ppt素材：MatlabとSimulinkの連携

  5. ppt素材：PID制御系関連

  6. ppt素材：現代制御関連

  7. ppt素材：システムの離散化

  8. ppt素材：システムパラメータ推定方法
  9. ppt素材：練習問題

  10. ppt素材：回帰学習（機械学習および深層学習）_実行方法

  11. ppt素材：基礎的な数学

  12. ppt素材：2段組英語論文翻訳_フォーマットそのまま

  13. ppt素材：Scopus_業績一覧（被引用数含む）_csvファイル出力

  14. ppt素材：Microsoft Office

その他

  1. Office：クイックアクセスツールバー

  2. おすすめツール：差分チェッカー（プログラムの修正点を可視化）

  3. ppt：動画が再生されない場合の対処法

  4. Texインストール：Tex works

  5. googleカレンダーをTeamsカレンダーへ共有 

  6. googleカレンダー共有方法：グループ単位で一括管理

  7. Teams会議の参加者メールアドレスをコピーする方法

Matlab：ボード線図の位相のラップ位置を設定（-180度～180度で折り返し表示）

実現したいこと

ダウンロードURL

ボード線図_位相ラップ位置 - Google ドライブ

※上記プログラムの利用で生じたトラブルは一切の責任を負いかねます。

mファイルソースコード

下記画像クリック ⇒ コピー可能なソースコード表示

実行結果

併せて確認推奨の過去記事

forfree.hatenablog.jp 

Winidows：スナップ機能オフ（Wnidowsキー+矢印）

解決したい問題

画面を最大化したり，画面の半分に表示したりすると，それ以外のウインドウが自動的に整列するように提案される。

予期しない動作につながるため，自動提案（スナップ機能）をオフにしたい。

具体的な解決方法

  1. 「windowsキー + R」を押して，「ms-settings:multitasking」と入力

  2. 下記のように「ウインドウのスナップ」はオンにしつつ，細かな機能は全てオフにする。



一次遅れ系の自由応答表現方法（PFC導入）

実現したいこと

  • PFC（Predictive Functional Control）のための一次遅れ系の自由応答の導出

導出

上記のppt素材は下記を参照：
ppt素材：システムの離散化（無料公開） - 元大学教員（理系）の本気ブログ

併せて確認推奨の過去記事

forfree.hatenablog.jp 

Word：ハイパーリンク "HYPERLINK"（フィールドコード表示/非表示）

解決したい状況

上記のように

{ HYPERLINK  "https://www.google.com/"  }

とフィールドコードが表示されてしまう。

解決策

「Alt」 + 「F9」を押す 

※文書全体の場合は「Ctrl」+「A」で全選択した後に上記を実施