visual-learning

制御工学 インタラクティブ可視化

「フィードバックで誤差を縮める」という制御工学の核心を、ゲインや極を動かして体感できる POC 集。 PID・過渡応答から、ボード線図・根軌跡・ナイキストの周波数領域設計までを橋渡しします。

visual-learning シリーズ:数学・線形代数・物理・情報・AI・力学系・信号処理を含む全分野は シリーズ一覧 からたどれます。

フィードバックの基本

フィードバック

フィードバック制御の基本

目標値→誤差→コントローラ→プラント→出力。P制御だけだと定常偏差が残る。

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バンバン制御

オンオフ制御とヒステリシス

ヒータON/OFFのバンバン制御。ヒステリシス帯で温度がのこぎり状に振れる。

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PID と応答

PID

PID 制御(P・I・D の役割)

2次系プラントのステップ応答。Iで定常偏差を消し、Dで行き過ぎを抑える。

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外乱

外乱応答と積分動作

積分動作が外乱による定常偏差を消すことを、P対PIの比較で見る。

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過渡応答

二次遅れ系のステップ応答

制御設計の基本指標。ζで不足/臨界/過減衰、Mp=exp(−πζ/√(1−ζ²))。

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周波数領域と安定性

周波数応答

ボード線図(ゲインと位相)

一次/二次伝達関数の|G|と∠G。位相余裕・ゲイン余裕で安定度を測る。

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s平面

根軌跡(ゲインで極が動く)

1/(s(s+1)(s+2)) の閉ループ極。Kを上げると極が右へ→虚軸を越えて発振。

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極配置

極配置:極の位置が応答を決める

希望の閉ループ極(複素共役対)をドラッグ配置→ζ,ωnとステップ応答が決まる。

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安定性

ナイキスト線図と安定判別

開ループ周波数応答を複素平面に描き、−1点の囲みで安定性を見る。

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