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- ふみな えいさか
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2 構造物のシステム制御 サンプルページ この本の定価 判型などは, 以下の URL からご覧いただけます. このサンプルページの内容は, 初版 1 刷発行時のものです.
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4 i The deeper we research, the more we find there is to know, and as long as human life exists I believe that it will always be so. Albert Einstein,
5 ii 2 ( ) ( ) ( ) 1 2 ( ) 3 ( ) 4 ( ) 5 6 LQ H ( ) 7
6 iii 8 MATLAB 1) )
7 iv ( ) ( ) MATLAB ( ) ( ) ( ) ( )
8 v PBH (Popov-Belevitch-Hautus)
9 vi LQ H H H H H /H
10 vii MOESP z(t) z(t) A A A A
11 viii A A A A A A A A
12 ( ) ( (Kármán) ( ) ( ) Theodore von Kármán with Lee Edson: The Wind and Beyond, The Theodore von Kármán; Pioneer in Aviation and Pathfinder in Space, Chap. 26, ). 1.1, 1) (Theodore von Kármán ) (Kármán vortex street 32 ) ( 1995). ( á [ a :])
13 2 1 ( ) (flexible structures) 1 3 dynamic force 3 (CalTech) 1930
14 (systems control) ( [dynamical system] ) (automatic control) 18 (James Watt ) ( govenor) (automation) R. E. (R.E.Kalman) (modern control theory) (classical control theory),.
15 ( ) ( ) ( ) ( ) (system modeling)
16 1.3 5 (system identification problem) ( ) (systems analysis) ( ) (system synthesis) (dynamics) mẍ(t)+cẋ(t)+kx(t) =f(t) x(t) m, c, k f(t) L( ) =md 2 ( )/dt 2 + cd( )/dt + k( ) f 1 (t), f 2 (t) x 1 (t), x 2 (t), L[ x 1 ]=f 1, L[ x 2 ]=f 2, L[ α 1 x 1 + α 2 x 2 ]=m d2 dt 2 (α 1x 1 + α 2 x 2 )+c d dt (α 1x 1 + α 2 x 2 ) +k(α 1 x 1 + α 2 x 2 ) = α 1 {mẍ 1 (t)+cẋ 1 (t)+kx 1 (t)} + α 2 {mẍ 2 (t)+cẋ 2 (t)+kx 2 (t)} = α 1 f 1 (t)+α 2 f 2 (t) α 1, α 2 L[ ] L[ α 1 x 1 + α 2 x 2 ]=α 1 L[ x 1 ]+α 2 L[ x 2 ] L (linear operator) (linear differential equation) f(t) =α 1 f 1 (t) +α 2 f 2 (t) x(t) =
17 6 1 α 1 x 1 (t)+α 2 x 2 (t) (superposition) (linear system) [ M ] {ẍ(t)} +[D ] {ẋ(t)} +[K ] {x(t)} = {0} { } [ ] M ẍ(t)+dẋ(t)+kx(t) =0 I I n n m O n m m = n O n 0 0 a T, A T T A =[a ij ] What we currently call mathematical system theory is (if I may say so) a marvelous beginning, a real promise that the new science is doable, just like when Galileo and Newton showed that physics was (then) doable. ( ) R. E. Kalman, ) Never lose a holy curiosity. Albert Einstein 1) (Rudolf Emil Kalman )
18 1.3 7 A det A ( n i=1 a ii) tr A A A =diag{a 11,a 22,,a nn } A := B A B B := A (4.1) bis (4.1) const. I.C. B.C. (Q.E.D.)
19 8 2 My theme: 1. Get the physics right. 2. After that, it is all mathematics. : R. E. Kalman: The Evolution of System Theory; My Memories and Hopes, Plenary Lecture at 16th IFAC World Congress, Prague, July 4, ). ( ) 2 ( ) x(t) u(t), 1) (Rudolf Emil Kalman ) 7.7.2, A. Einstein and L. Infeld: The Evolution of Physics (The Cambridge Univ. Press 1961) ( A. /L )
20 2.1 9 mẍ(t)+kx(t) =u(t) (2.1) x(t) 2 x(0) = x 0 ẋ(0) = ẋ 0 x(t) =x 0 cos ωt + ẋ0 ω sin ωt + 1 mω t 0 u(τ)sinω(t τ) dτ (2.2) ω = k/m 2.1 u(t) 1 (2.2) x(t) x 0 ẋ 0 2 x(t) ẋ(t) 2 x(t) x(t) = x(t) (2.3) ẋ(t) x 1 (t), x 2 (t) x 1 (t) =x(t), x 2 (t) =ẋ(t) ẋ 1 (t) =x 2 (t) (2.1) ẋ 2 (t) = k m x 1(t)+ 1 m u(t) ẋ 1 (t) =x 2 (t) ẋ 2 (t) = k m x 1(t)+ 1 m u(t) ẋ 1 (t) = 0 1 x 1 (t) ẋ 2 (t) k m u(t) x 2 (t) m
21 10 2 ẋ(t) =Ax(t)+bu(t) (2.4) A = 0 1 k, b = 0 m 0 1 m (2.3) x(t) (2.4) x(t) 2 (2.1) (x 1 (t),x 2 (t)) 1 2 (2 ) m i w i (t) (reference axis) z i (t) m i, d i, k i 2.2 3
22
23 110 6 Control Theory is supposed to deal with physical systems, and not merely with mathematical objects such as a differential equation or a transfer function We must therefore pay careful attention to the relationship between physical systems and their representation via differential equations, transfer functions, etc. ( ) R E Kalman, ( ) ( ) ( ) 6.1 ( )
24 ( ) 2.4 1) (disturbance) 6.1 ( a ) (b) (c) (random) (a) ( ) 6.1 1) 1989 / 4m 33 m 10 ( ), ( 2010)
25 112 6 (c) ( ) ( ) ( ) LQ H 6.2 Σ: ẋ(t) =Ax(t)+Bu(t) y(t) =Cx(t) (6.1) x(t) R n y(t) R m u(t) R l (6.1) x(t) u(t) =Fx(t) A + BF F x(t) x(t) ˆx(t) u(t) =F ˆx(t) (6.2) ˆx(t) 4.5 ˆx(t) ˆx(t) =Dz(t)+Hy(t) ż(t) =Âz(t)+ ˆBu(t)+Ky(t) (6.3) (z(t) R n m ) F F (6.2) (6.1) (6.3) 1
26 ẋ(t) =Ax(t)+BF ˆx(t) = Ax(t)+BF[ Dz(t)+Hy(t)] =(A + BFHC)x(t)+ BFDz(t) (y(t) = Cx(t)) (6.3) ż(t) =Âz(t)+ ˆBF ˆx(t)+Ky(t) = Âz(t)+MBF[ Dz(t)+Hy(t)]+Ky(t) =(Â + MBFD)z(t)+(MBFH + K)Cx(t) ˆB = MB ((4.33c) ) 2 ẋ(t) A + BFHC BFD = x(t) (6.4) ż(t) (MBFH + K)C Â + MBFD z(t) ((4.30) ) η(t) =z(t) Mx(t) (6.5) x(t) = I 0 x(t) η(t) M I z(t) (6.4) x(t) η(t) ẋ(t) = I 0 ẋ(t) η(t) M I ż(t) = I 0 A + BFHC BFD x(t) M I (MBFH + K)C Â + MBFD z(t) = A + BFHC BFD x(t) KC MA Â z(t) = A + BFHC BFD I 0 x(t) KC MA Â M I η(t) A + BF(HC + DM) = BFD x(t) KC MA+ ÂM Â η(t)
27 114 6 (4.33a) (4.33b) (4.5 ) ẋ(t) = A + BF BFD x(t) (6.6) η(t) 0  η(t) si (A + BF) BFD 0= 0 si  = si (A + BF) si  (6.7) ( A.8 (A.13c) ) A + BF  (separation property of the observer-regurator design procedure) {γ i i =1, 2,,n m} F {μ i i =1, 2,,n} ˆx(t) (6.2) {γ i } {μ i } 6.3 LQ x(t) y(t) x(t) ˆx(t) ẋ(t) =Ax(t)+Bu(t), x(0) = x 0 (6.8)
28 6.3 LQ 115 (x(t) R n u(t) R l ), 1) J(u) = T 0 [ x T (t)mx(t)+u T (t)nu(t)]dt (6.9) {u(t), 0 t T } M N 1 x T (t)mx(t) x(t) 0 2 u T (t)nu(t) (6.9) (performance index) x(t) u(t) 2 2 (quadratic cost functional) [0,T ] [0, ) (6.9) {u(t)} (optimal control problem) (optimal regulator problem) (Richard Bellman ) 2) u(t) u(t) =Fx(t) x(t) (6.9) x(t) 2 x(t) 2 x T (t)π(t)x(t) Π(t) n n d dt [ xt (t)π(t)x(t)]=ẋ T (t)π(t)x(t)+x T (t) Π(t)x(t)+x T (t)π(t)ẋ(t) =[Ax(t)+Bu(t)] T Π(t)x(t) + x T (t) Π(t)x(t)+x T (t)π(t)[ Ax(t)+Bu(t)] = x T (t)[ Π(t)+Π(t)A + A T Π(t)]x(t)+x T (t)π(t)bu(t) + u T (t)b T Π(t)x(t) 0= [ x T (t)mx(t)+u T (t)nu(t)]+x T (t)mx(t)+u T (t)nu(t) = [ x T (t)mx(t)+u T (t)nu(t)] + x T (t)[ Π(t)+Π(t)A + A T Π(t)+M ] x(t) 1) (functional) {u} J(u) 2) 7.8
29
30 179 8 Build your models from data, not from assumptions. ( ) R. E. Kalman, Discovery and Invention: The Newtonian Revolution in System Technology, ), (M,D,K) ( ) (exogenous input) (subspace[-based] system identification method) ( ) QR (SVD) ( ) 1) (Issac Newton, ) ( Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, ) 2 (1713) (Scholium Generale) Hypotheses non fingo. ( ) I do not frame hypotheses. hypotheses ((Sire je n ai pas eu besoin de cette hypothèse.)) ( )
31 180 8 ( ) Σ D ( ) u(k) y(k) Σ D x(k +1)=Ax(k)+Bu(k) Σ D y(k) =Cx(k)+Du(k), k =0, 1, 2, (8.1) (2.6 (2.77) F, G A, B ) u(k) R l y(k) R m x(k) R n n (A, B, C, D) (8.1) (system identification problem) {u(k),y(k)} n (A, B, C, D) ( [to identify] ) 1) Σ D {u(k)} (white Gaussian random sequence) E{[ u(k) E{u(k)} ][ u(l) E{u(l)} ] T } = Q k δ kl Q k δ kl 1 ) to estimate = to calculate approximately (the amount, extent, magnitude, etc.); to identify = recognize as being a specified person or thing, associate (onself) closely in feeling or interest (with a person, idea, etc.) ; ( ),
32 ) k (= t k ) l (= t l ) u(k) u(l) ( ) (E{u(k)} =0) {u(k)} 7.3 {w(t)} t k {w(t k )} w (h) (t) =u(k), t k t<t k + h (h >0) {u(k)} E{u(k)u T (l)} = Qδ kl h 0 u(k) =w (h) (t) h=0 = w(t k ) ξ(k) = tk +h t k w (h) (t) dt E{ξ(k)} =0 E{ξ(k)ξ T (l)} = = = tk +h tl +h t k t l tk +h tl +h t k t l tk +h t k Qdt= Qh E{w (h) (t)[ w (h) (τ)] T } dτ dt E{u(k)u T (l)} dτ dt h 0 {ξ(k)} h 0 Q Q/h {ξ(k)} Q/h Q (Dirac delta) (h 0) w (h) (t) 8.1 {u(k),y(k)} k=0,1,,5 1) (Leopold Kronecker ) God made the integers; all the rest is the work of man. ( ( ) ) (Kronecker s delta): δ kl = { 1 (k = l) 0 (k l)
33 2013 Printed in Japan ISBN
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More information215 11 13 1 2 1.1....................... 2 1.2.................... 2 1.3..................... 2 1.4...................... 3 1.5............... 3 1.6........................... 4 1.7.................. 4
More information<4D6963726F736F667420506F776572506F696E74202D208376838C835B83938365815B835683878393312E707074205B8CDD8AB78382815B83685D>
i i vi ii iii iv v vi vii viii ix 2 3 4 5 6 7 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60
More information.2 ρ dv dt = ρk grad p + 3 η grad (divv) + η 2 v.3 divh = 0, rote + c H t = 0 dive = ρ, H = 0, E = ρ, roth c E t = c ρv E + H c t = 0 H c E t = c ρv T
NHK 204 2 0 203 2 24 ( ) 7 00 7 50 203 2 25 ( ) 7 00 7 50 203 2 26 ( ) 7 00 7 50 203 2 27 ( ) 7 00 7 50 I. ( ν R n 2 ) m 2 n m, R = e 2 8πε 0 hca B =.09737 0 7 m ( ν = ) λ a B = 4πε 0ħ 2 m e e 2 = 5.2977
More informationSC-85X2取説
I II III IV V VI .................. VII VIII IX X 1-1 1-2 1-3 1-4 ( ) 1-5 1-6 2-1 2-2 3-1 3-2 3-3 8 3-4 3-5 3-6 3-7 ) ) - - 3-8 3-9 4-1 4-2 4-3 4-4 4-5 4-6 5-1 5-2 5-3 5-4 5-5 5-6 5-7 5-8 5-9 5-10 5-11
More informationm dv = mg + kv2 dt m dv dt = mg k v v m dv dt = mg + kv2 α = mg k v = α 1 e rt 1 + e rt m dv dt = mg + kv2 dv mg + kv 2 = dt m dv α 2 + v 2 = k m dt d
m v = mg + kv m v = mg k v v m v = mg + kv α = mg k v = α e rt + e rt m v = mg + kv v mg + kv = m v α + v = k m v (v α (v + α = k m ˆ ( v α ˆ αk v = m v + α ln v α v + α = αk m t + C v α v + α = e αk m
More informationTOP URL 1
TOP URL http://amonphys.web.fc.com/ 3.............................. 3.............................. 4.3 4................... 5.4........................ 6.5........................ 8.6...........................7
More information64 3 g=9.85 m/s 2 g=9.791 m/s 2 36, km ( ) 1 () 2 () m/s : : a) b) kg/m kg/m k
63 3 Section 3.1 g 3.1 3.1: : 64 3 g=9.85 m/s 2 g=9.791 m/s 2 36, km ( ) 1 () 2 () 3 9.8 m/s 2 3.2 3.2: : a) b) 5 15 4 1 1. 1 3 14. 1 3 kg/m 3 2 3.3 1 3 5.8 1 3 kg/m 3 3 2.65 1 3 kg/m 3 4 6 m 3.1. 65 5
More informationω 0 m(ẍ + γẋ + ω0x) 2 = ee (2.118) e iωt x = e 1 m ω0 2 E(ω). (2.119) ω2 iωγ Z N P(ω) = χ(ω)e = exzn (2.120) ϵ = ϵ 0 (1 + χ) ϵ(ω) ϵ 0 = 1 +
2.6 2.6.1 ω 0 m(ẍ + γẋ + ω0x) 2 = ee (2.118) e iωt x = e 1 m ω0 2 E(ω). (2.119) ω2 iωγ Z N P(ω) = χ(ω)e = exzn (2.120) ϵ = ϵ 0 (1 + χ) ϵ(ω) ϵ 0 = 1 + Ne2 m j f j ω 2 j ω2 iωγ j (2.121) Z ω ω j γ j f j
More information倒立振子で学ぶ制御工学 サンプルページ この本の定価 判型などは, 以下の URL からご覧いただけます. このサンプルページの内容は, 初版 1 刷発行時のものです.
倒立振子で学ぶ制御工学 サンプルページ この本の定価 判型などは, 以下の URL からご覧いただけます. http://www.morikita.co.jp/books/mid/079221 このサンプルページの内容は, 初版 1 刷発行時のものです. i (PID ) MATLAB/Simulink http://www.morikita.co.jp/books/mid/079221 http://www.maizuru-ct.ac.jp/control/kawata/study/book_ip/
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続 々 失 敗 百 選 サンプルページ この 本 の 定 価 判 型 などは, 以 下 の URL からご 覧 いただけます. http://www.morikita.co.jp/books/mid/067501 このサンプルページの 内 容 は, 初 版 1 刷 発 行 時 のものです. i 2011 A.1 A.1 ii 10 1 2 2011 km 2 5 A.1 1 2001 B.5.b
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