●特集
～　Pythonで学ぶ制御～

●別冊付録
FPGAマガジンNo.4　CPU×ロジック 【特設】制御技術 発展史
【新連載】OpenCVワンポイント講座

制御というと，一般によく知られているのは，レストランでの接客に使われている配膳ロボでしょうか．
この他にも，温度調整するエアコン，自動ドア，生産現場ではロボット・アームやモータなど，あらゆるところに
制御技術が使われています．近年は，ハードの性能が格段にあがり，より複雑な処理も可能になってきています．
しかし，制御技術を使い始めるのには，複雑な数式やプログラムなど，さまざまなハードルがあります．
　そこで今回は，可読性の高いPythonで制御プログラムを説明します。
制御の複雑な数式や処理内容をPythonコードとともに読み解くことで、制御技術の理解を助けてくれるでしょう．
制御の初歩から，マイコンで実機作成して動かす，モータのベクトル制御，ドローンの飛行制御など，
少しハイレベルな記事までしっかり解説します．

【解説する技術】
倒立振子の運動方程式，制御数学，モータのベクトル制御，ドローン飛行制御シミュレーション
★目次

◎理論からシミュレーション，実機製作まで
☆特集　Pythonで学ぶ制御

●イントロダクション　「俺だけがPythonを使える世界」で無双する

●プロローグ1　ものづくり系エンジニアが制御を学ぶと良い理由

●プロローグ2　制御を試すのにPythonがイイ理由

☆第1部　Pythonで倒立振子ロボットをシミュレーション&製作

◎たかが倒立振子と侮るなかれ…式の導出からExcelを使った時間応答算出まで
●第1章　Pythonでやる前に…運動方程式を手計算で解いてみる

◎複雑な計算はライブラリにお任せ! わずか200行でグラフ表示までOK
●第2章　シミュレーション①…運動方程式のPython化

◎①Matplotlibを使ったアニメーション表示，②PID制御の導入，③パラメータ変更
●第3章　シミュレーション②…動画でゲイン/摩擦係数/振り子長さ調整

◎モータ選定/ジャイロ精度/制御基板/骨組み板金
●第4章　実機①…小型倒立ロボットのハードウェア設計&製作

◎制御処理をPythonコードで確認しながら進められる
●第5章　実機②…倒立ロボの制御プログラムをPythonで実装

◎規定のところで停止，坂の上り下り，旋回運動，加速減速
●第6章　シミュレーション&実機で倒立ロボットの限界を見極める

☆第2部　線形代数の基礎と制御系の設計手法

◎モデル化から評価の方法まで
●第1章　倒立振子で始める制御設計はじめの一歩

◎極配置法/線形最適制御からオブザーバを用いた状態量の推定まで
●第2章　状態フィードバック制御による制御器の設計&シミュレーション

◎倒立振子のゲイン導出からシステム定義，安定性評価，ロバスト性考慮まで
●第3章　PythonでPID制御設計を一通り体験する

☆第3部　ミニ四駆のモータではじめるベクトル制御入門

◎3相だと難しいので2相にシンプル化！手動インバータで制御の流れをイメージする
●第1章　ベクトル制御を難しく感じる理由

◎ミニ四駆のモータを改造してブラシレス化！2相からはじめて3相の電子制御にトライ
●第2章　手作りインバータでベクトル制御

☆第4部　Pythonで学ぶ マルチロータ・ヘリ飛行制御

◎さまざまな飛行条件を模擬できる非線形モデルを作る
●第1章　マルチロータ・ヘリの機体運動シミュレーションの概略

◎Pythonなら数値計算からグラフ表示，制御系までそろえられる
●第2章　シミュレーションのための環境構築

●Appendix1　飛行制御シミュレーション・コードを読むためのPython基礎

◎どのようなモータへの指令がどのような推力や空力トルク，機体の動きを生むのか
●第3章　飛行制御シミュレーション・プログラム[1]メイン・コード

◎システム同定，機体運動実行，姿勢角，角速度，コマンド分配，センサなど
●第4章　飛行制御シミュレーション・プログラム[2]メイン・コードを支えるモジュール

●Appendix2　第4部で扱うソースコードに対応する数式

☆第5部　AI活用に見る未来の制御技術

◎ラズパイによる「忖度するじゃんけんマシン」の製作を通して体験する
●第1章　AIによる制御コードの生成を試す

◎制御技術とAIで何ができるのか．世界の研究者たちが考えている未来
●第2章　制御技術とAIとの関わり

☆特設　制御技術発展史

◎機械式時計，蒸気機関，フィードバック制御，アナログ計算機，ディジタル計算機，PID制御，そしてAIの登場まで
●先人の知恵の集大成！制御技術の発展史

☆画像評価

◎監視や車載など組み込み向け小型カメラの画像評価術〈第5回〉
●ダイナミック・レンジ測定用のチャート

◎ラズパイで体験！CMOSイメージセンサ性能の測定評価〈第12回〉
●カメラ治具の設計

☆OS使いこなし

◎YoctoProjectではじめる組み込みLinux開発入門〈第17回〉
●ROCK4C+編⑧…Bluetoothのペアリングにトライ

☆Raspberry Piライフ

◎最終回　IoTシステム構築塾〈第6回〉
●Webアプリケーションの開発&動作確認

☆IoTマイコンESP32

◎ESP32でPLC〈第6回〉
●OpenPLCエディタのデバッグ機能

◎ESP32ハードウェア実力チェック〈第2回〉
●GPIOの入出力電圧とプルアップ/プルダウン抵抗の値

☆テクノロジー掘り下げ

◎便利クレート探偵団〈第9回〉
●ビット・フラグの扱いを簡単にするbitflags

☆画像基礎&実践

◎新連載　OpenCVワンポイント講座〈第1回〉
●拡大/縮小，移動表示で縦横比が崩れない！画像表示ウィンドウCvZoomWindowクラス

☆ニュース&レポート&お知らせ

●ほんのりInterface

◎Dojo通信〈第8回〉
●前橋編

●読者プレゼント

●次号予告

☆別冊付録

◎FPGAマガジン No.4
●CPU×ロジック