ワットの蒸気機関

ジェームズ・ワット（1736‐1819）

ヘロンの蒸気機関

アレクサンドリアのヘロン（紀元前）

遠心調速器（governor）

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機関の出力を一定に保つフィードバック制御器

風車と遠心調速機

石臼の間隔を一定に保つ風の向きによって風車の方向を変える

遠心調速器のハンチング現象

回転数

時間

振子が開くバルブが閉じる蒸気流量が減る

振子が閉じるバルブが開く蒸気流量が増える

ハンチング

Maxwellの安定性解析

1868年遠心調速器のメインシャフトの回転角に関する微分方程式を導出（モデル化）し，その解が安定になるための必要条件を導いた．

James Clerk Maxwell（1831－1879）

・・・動的システムの安定理論→ 制御理論

サーボ機構

リンケのサーボ機構

制御対象（航空機，船，自動車，工作機械，ロボットなど）の装置のある位置，速度，加速度などを命令どおりに自動追従させる機構（追従制御）

図解入門よくわかる機械制御の基本とメカニズム

自動操縦自走式魚雷の開発

• ロバート・ホワイトヘッド（1868，イギリス）による自動操舵

• ジョン・アダムス・ハウエル（米国）によるジャイロスコープ利用による方向制御

• 誘導魚雷（有線魚雷）の開発手動による誘導（有線）からソナーによる誘導へ

http://en.wikipedia.org/wiki/Gyroscope

自動操縦ライト・フライヤーによる人類初の動力飛行（1903）

スペリー親子（米国）による自動操縦装置エマリー・スペリー（父） ジャイロスコープ機構による機体の姿勢保持ローレンス・スペリー（息子） 1914年パリで手放し飛行を披露．

翼の上を歩いて見せる．

飛行操舵方法の確立しかし，機体は不安定．

自動操縦ロケット，ミサイルの誘導制御

• ヴェルナー・フォン・ブラウンによるV‐1，V‐2ジャイロスコープ機構による自動制御装置

自動操縦

航法Navigation

誘導Guidance

制御Control 飛行運動

位置，速度 目標姿勢目標速度

目標軌道，目標速度

舵角，スロットル

姿勢，速度

有人機が備える自動化技術• オートパイロット：指示された高度，速度，方位を自動操縦• FMS： ウェイポイントを設定して自動飛行• 自動着陸: ILS，MLS，GPSベースシステム（GBAS，SBAS）• TCAS： 衝突防止警報装置（警報まで）• GPWS： 地上接近警報装置（警報まで．一部自動go‐around）• ウィンドシア警報装置：警報まで．一部自動go‐around

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Kinetics（動力学）

Kinematics（運動学）

プロセス制御ハーバー・ボッシュ法に基づくプラントによるアンモニア合成（1913，ドイツ）

石油工業，セメント工業のように，種々の原料から物理的あるいは化学的な処理操作によって製品を生み出す過程をプロセスという．プロセス制御はプロセスの組成，流量，温度，圧力，湿度，濃度などをそれぞれの目的に応じた条件に保つ（定値制御）ことによって行われる． （日本大百科全書）

図解入門よくわかる機械制御の基本とメカニズム

古典制御の成立制御工学のための数学

• ラプラス変換，伝達関数電気通信技術（電信，電話）の発展（AT&Tベル研）

周波数領域におけるフィードバック制御の解析法• フィードバック増幅器• ナイキストの安定判別法（1932）• ボード線図，ボードの定理（1940）

サーボ機構プロセス制御

• PID制御ノーバート・ウィーナー

• サイバネティクスを提唱

サイバネティクスノーバート・ウィーナー（1894‐1964）

“Cybernetics: Control and Communication in the Animal and the Machine” (1948)「サイバネティックス: 動物と機械における制御と通信」

人間機械論人間，動物の行動は機械と同じフィードバック制御によるもの．

制御理論の変遷

古典制御理論（～1950）• 伝達関数，周波数応答に基づく解析・設計• 主として1入力1出力

現代制御理論（1950～）

• デジタル計算機の登場• 状態空間モデルに基づく解析・設計• 多入力多出力• 最適制御，非線形制御など

ポスト現代制御理論（1980～）

• ロバスト制御（H∞最適制御），適応制御，ファジィ制御，ニューロ制御など

国土交通省 第2回オートパイロットシステムに関する検討会（2012） 配布資料

国土交通省 第2回オートパイロットシステムに関する検討会（2012） 配布資料

失敗データベース http://www.sozogaku.com/fkd/cf/CA0000621.html