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책소개

제어시스템 설계서. 이 책은 도립진자를 활용한 기본 제어시스템에서부터 고전제어법, 도립진자시스템의 카트 위치 및 진자 각도를 제어하는 다수 출력 시스템을 다루고 있다.

목차

part.1 기본사항
1장 서 론3
1.1. 제어공학 개요3
1.2. 제어시스템 설계구현과정7
1.3. 제어알고리즘 설계 및 시뮬레이션을 위한 설계 패키지9
1.4. 제어기 구현 및 실제 적용시험11
1.5. 이 책에 대하여12
1.6. 이 책의 활용14
2장 정상진자 및 도립진자 시스템의 모델링17
2.1. 학습목표17
2.2. 도립진자의 모델링17
2.2.1 도립진자 파라미터17
2.2.2 도립진자 시스템의 비선형 상태방정식20
2.2.3 도립진자 시스템의 선형 상태방정식24
2.2.4 도립진자 시스템의 가제어성 및 가관측성25
2.3. 정상진자의 모델링29
2.3.1 정상진자 시스템의 비선형 상태방정식29
2.3.2 정상진자 시스템의 선형 상태방정식30
2.3.3 정상진자 시스템의 가제어성 및 가관측성31
2.4. 정상진자 및 도립진자의 제어문제34
2.5. 컴퓨터 시뮬레이션36
2.5.1 정상진자 시스템의 컴퓨터 시뮬레이션36
2.5.2 도립진자 시스템의 컴퓨터 시뮬레이션40
2.6. 실습과제44
3장 범용 제어기의 신속구현과 사용법45
3.1. 학습목표45
3.2. 신속구현 범용 제어기의 구성45
3.3. CEMTool과 SIMTool의 외부 접속47
3.3.1 CEMTool과 외부 접속47
3.3.2 SIMTool과 외부 접속47
3.3.3 디지털 입출력 블록50
3.4. 고속처리장치의 입출력 기능53
3.4.1 신호처리 보드의 신호처리 기능53
3.4.2 커넥터 핀 배열55
3.5. 범용 제어기 신속구현과 실험56
3.5.1 고속처리장치(I/O 장치)와 외부 측정장치 연결56
3.5.2 각종 실험59
3.6. 실습과제67
4장 범용 제어기와 도립진자의 연결과 응답 수집 분석69
4.1. 학습목표69
4.2. 시스템의 응답69
4.2.1 계단응답71
4.2.2 경사응답75
4.2.3 임펄스응답76
4.3. 컴퓨터 시뮬레이션 : 계단응답 경우76
4.4. 도립진자와 범용 제어기와의 연결79
4.5. 데이터 수집 및 응답 실험82
4.5.1 카트 시스템의 위치 신호 수집(고속 프로세스 사용)82
4.5.2 단위계단응답 실험(고속 프로세스 사용)86
4.6. 실습과제88
5장 도립진자 시스템의 식별89
5.1. 학습목표89
5.2. 이론89
5.2.1 일반 이론89
5.2.2 진자를 제거한 카트 시스템의 식별91
5.2.3 정상진자와 도립진자의 식별92
5.3. 시뮬레이션을 통한 카트 및 정상진자 시스템 식별93
5.3.1 카트 시스템 식별을 위한 블록 구성과 시뮬레이션93
5.3.2 정상진자 시스템 식별을 위한 블록 구성과 시뮬레이션97
5.4. 실제 실험을 통한 도립진자의 시스템 식별102
5.5. 실습과제106
part.2 정상진자의 위치제어: 고전제어
6장 근궤적을 통한 정상진자 제어기 설계109
6.1. 학습목표109
6.2. 근궤적을 통한 제어109
6.3. 제어 설계 및 컴퓨터 시뮬레이션112
6.3.1 CEMTool을 이용하여 정상진자의 근궤적 그리기 (rlocus)112
6.3.2 근궤적상에서 이득 K 구하기113
6.3.3 이득 K의 변화에 대한 정상진자의 응답114
6.4. 범용 제어기 구현 및 실험 117
6.5. 실습과제121
7장 주파수 응답 해석 및 설계123
7.1. 학습목표123
7.2. 주파수 응답 해석123
7.2.1 나이키스트(Nyquist) 선도123
7.2.2 보데(Bode) 선도128
7.3. 컴퓨터 시뮬레이션133
7.3.1 정상진자의 개루프 주파수 특성133
7.3.2 정상진자의 비례이득 제어기 사용시 주파수 특성135
7.3.3 SIMTool을 이용한 컴퓨터 시뮬레이션141
7.4. 범용 제어기 구현 및 실험145
7.5. 실습과제148
8장 앞섬 및 뒤짐보상기 설계149
8.1. 학습목표149
8.2. 앞섬 및 뒤짐보상149
8.2.1 보상기 개요149
8.2.2 앞섬 및 뒤짐보상기 설계법152
8.3. 제어 설계 및 컴퓨터 시뮬레이션156
8.4. 범용 제어기 구현 및 실험177
8.5. 실습과제180
9장 PID 제어181
9.1. 학습목표181
9.2. PID 제어181
9.2.1 PID 제어란?181
9.2.2 PID 이득의 특성182
9.2.3 PID제어기의 튜닝183
9.2.4 적분누적 방지법185
9.3. 제어 설계 및 컴퓨터 시뮬레이션186
9.3.1 P제어187
9.3.2 PI 제어188
9.3.3 PID 제어189
9.3.4 릴레이 튜닝법191
9.3.5 적분누적 방지법192
9.4. 범용 제어기 구현 및 실험193
9.4.1 P제어194
9.4.2 PID제어196
9.4.3 고속 프로세스를 사용한 실험198
9.5. 실습과제205
part.3 도립진자의 위치 및 각도제어: 현대제어
10장 극배치 기법을 이용한 도립진자 제어기 설계209
10.1. 학습목표209
10.2. 극배치 기법을 이용한 제어209
10.2.1 극배치 기법을 이용한 상태 되먹임 제어209
10.2.2 극배치 기법을 이용한 출력 되먹임 제어211
10.3. 제어 설계 및 컴퓨터 시뮬레이션213
10.3.1 상태 되먹임을 이용한 위치 및 각도 제어 시뮬레이션213
10.3.2 출력 되먹임을 이용한 제어 알고리즘 구현 및 시뮬레이션218
10.3.3 컴퓨터 시뮬레이션 결과 비교223
10.4. 범용 제어기 구현 및 실험223
10.5. 실습과제227
11장 LQG 추적 제어 기법을 이용한 도립진자 제어기 설계229
11.1. 학습목표229
11.2. 최적제어를 이용한 제어229
11.2.1 상태 되먹임 LQ 추적 제어229
11.2.2 출력 되먹임 LQG 추적 제어231
11.3. 제어 설계 및 시뮬레이션233
11.3.1 상태 되먹임을 이용한 위치 및 각도 제어233
11.3.2 위치 및 각도 출력 되먹임을 이용한 위치 및 각도 제어239
11.3.3 시뮬레이션 결과비교244
11.4. 범용 제어기 구현 및 실험247
11.4.1 IO 보드를 사용한 실험247
11.4.2 고속 프로세스를 사용한 실험251
11.5. 실습과제260
12장 제어기법을 이용한 도립진자 제어기 설계261
12.1. 학습목표261
12.2. 제어를 이용한 제어261
12.2.1 상태 되먹임 제어261
12.2.2 출력 되먹임 제어263
12.3. 제어 설계 및 컴퓨터 시뮬레이션265
12.3.1 상태 되먹임을 이용한 시뮬레이션266
12.3.2 출력 되먹임을 이용한 시뮬레이션273
12.4. 범용 제어기 구현 및 실험281
12.5. 실습과제285
13장 이동 구간 제어기법을 이용한 도립진자 제어기설계287
13.1. 학습목표287
13.2. 이동구간 제어287
13.2.1 이동구간 예측제어 개요287
13.2.2 상태 되먹임 이동 구간 제어기290
13.2.3 출력 되먹임 이동구간제어290
13.3. 제어 설계 및 시뮬레이션292
13.3.1 상태 되먹임을 이용한 위치 및 각도 제어293
13.3.2 위치 및 각도 출력 되먹임을 이용한 위치 및 각도 제어298
13.3.3 시뮬레이션 결과비교304
13.4. 범용 제어기 구현 및 실험307
13.5. 실습과제311
14장 퍼지 제어기법을 이용한 도립진자의 제어기 설계313
14.1. 학습목표313
14.2. 퍼지(Fuzzy) 이론을 이용한 제어313
14.2.1 퍼지 집합314
14.2.2 퍼지 명제, IF-THEN 규칙 및 근사 추론314
14.2.3 퍼지 제어기의 구조316
14.3. 제어 설계 및 컴퓨터 시뮬레이션319
14.4. 범용 제어기 구현 및 실험325
14.5. 실습과제328
15장 신경회로망을 이용한 도립진자의 제어기 설계329
15.1. 학습목표329
15.2. 신경회로망의 개요329
15.3. 신경회로망을 이용한 제어 구현 및 컴퓨터 시뮬레이션335
15.4. 범용 제어기 구현 및 실험337
15.5. 실습과제340
16장 비선형 제어기법을 이용한 도립진자의 제어기 설계341
16.1. 학습목표341
16.2. 상태 되먹임 비선형 제어341
16.3. 상태 되먹임 비선형 제어 설계 및 컴퓨터 시뮬레이션345
16.4. 범용 제어기 구현 및 실험351
16.5. 실습과제356
17장 퍼지 이론과 에너지 함수를 이용한 도립진자의
스윙업(swing-up) 제어357
17.1. 학습목표357
17.2. 스윙업(Swing-up) 제어357
17.2.1 퍼지 이론을 사용한 스윙업 제어357
17.2.2 에너지 함수를 사용한 스윙업 제어360
17.3. 컴퓨터 시뮬레이션363
17.3.1 퍼지 이론을 사용한 스윙업 제어363
17.3.2 에너지 함수를 사용한 스윙업 제어368
17.4. 범용 제어기 구현 및 실험379
17.4.1 퍼지 이론을 사용한 스윙업 제어 실험379
17.4.2 에너지 함수를 사용한 스윙업 제어 실험383
17.5. 실습과제387
부록 A 여러 가지 도립진자 시스템389
부록 B 범용설계패키지와 외부장치접속391
B.1. 엔코더 입력블록을 위한 S-Function391
B.2. Analogue Output 블록을 위한 S-Function396
B.3. S-Function으로 구현한 IO 블록을 통한 실험398
부록 C 신속 구현 범용 제어기 제품401
C.1. Mathworks 회사제품401
C.2. dSPACE 회사제품402
C.3. 리얼게인 회사제품403
부록 D 도립진자의 위치 및 각도제어를 위한 PID제어405
D.1. 실습목표405
D.2. 다변수 PID 제어405
D.3. 다변수 PID 제어를 이용한 시뮬레이션407
D.4. 다변수 PID 제어를 이용한 실험410
부록 E 하드웨어 인터페이스415
E.1. 시스템의 동작 모드415
E.2. 시스템의 통신 원리415
E.3. I/O 모드로 이용할 때 필요한 함수418
참고문헌425
찾아보기427

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