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Pythonで制御工学シミュレーション

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本記事では、プログラミング言語「Python」を用いて、無料で簡単に制御工学シミュレーションを行う方法を紹介します。

Pythonとは

Pythonとは、欧米で人気なスクリプト言語で、以下の優れた特徴を持っています。

コードが短く、読みやすい
科学技術計算ライブラリが豊富である(Matlab風ライブラリもある)
無料である

制御シミュレーションには、Matlabがよく使われていますが、Pythonには無料というメリットがあります。
また、Pythonには制御工学シミュレーション以外にも様々なライブラリがあるため、拡張性が高いです。

python-controlで制御シミュレーション

Pythonには、制御工学シミュレーション用のライブラリ「python-control」があります。
このライブラリはMatlabの制御シミュレーションに関する機能をそのまま移植したようなライブラリです。
そのため、使い方がMatlabの関数とよく似ているので使用しやすいです。
今回は、「python-control」を使って制御工学シミュレーションを行っていきます。

python-controlのインストール方法

Pythonに「python-control」ライブラリをインストールする方法は下記事で紹介しています。
※Python2, 3両方で使用可能

python-controlのインストール方法

サンプルプログラム集

「python-control」を使った制御シミュレーションのソースコードと解説に関する記事を項目別にまとめました。

古典制御

伝達関数モデルの作成
ボード線図(ゲイン位相)
システムの極(安定判別)
ゲイン余裕位相余裕
システムの零点
ナイキスト線図
根軌跡

インパルス応答
ステップ応答
P制御
PD制御
PID制御

現在制御

状態空間モデルの作成
状態方程式→伝達関数
伝達関数→状態方程式
可制御性の判別
可観測性の判別
ゲイン設計(極配置法)
リカッチ方程式の解
リアプノフ方程式の解
最適レギュレータ
オブザーバ(同一次元)
オブザーバ(最小次元)
最適サーボ制御

参考文献

python-control公式
Matlab公式リファレンス
たけし備忘録

他言語の入門記事

Python入門
C言語入門
Java入門
C#入門
Javascript入門
PHP入門
VBAマクロ入門
Processing入門

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