長い研究者生活で、論文を数十篇書いていく上で重要なこと #制御工学 #研究者 - 制御工学ブログ
本記事はnoteに記載した以下の記事に加筆修正を加えたものです。 10年スパンでの論文執筆の考え方 研究者として生活していく上で、学術論文は1本でOKというわけにはいかず、分野ごとで数字の大小はあるでしょうが、数十本オーダーで書いていくことになります。学術論文１本を書く上での心得みたいなものは様々な記事がありますが、なかなか十年単位の話はないので書いてみようと思いました。ここでは、制御工学の研究を博士の3年間、国立大学の教員16年間行ってきた中での複数論文を書いていく実体験を中心に、10年スパンでの研究論文の書き方やコツを紹介したいと思います。 ちなみに、LaTeXによる論文執筆の記事も書いていますのでこちらもよかったらご覧ください。 10年スパンでの論文執筆の考え方 著者の実績 論文執筆時の研究者スタンス 同時並行で進める研究のテーマ数 研究者としての大学生・大学院生との関わり方 論文一
＊この記事は統計学や機械学習を専門としていない学生が書いた主観的なまとめ記事です。間違いが含まれている可能性があります。 統計学・機械学習を学んでいると、たくさんの手法や考えが出てきてよくわからなくなります。 特に自分が何かに取り組んでいるときには、今やっている手法が全体から見てどういうものなのか、より良い手法が無いのかが気になってしまいます。 まるで地図を持たず森の中を彷徨っているような感覚です。 そこで、統計学・機械学習で使われる概念や手法を自分なりにまとめて頭を整理したいと思います。 以下のような図になりました。 以下にそれぞれを説明します。 数理科学 統計学・機械学習のベースとなる学問です。 主に解析学、代数学、幾何学からなります。 微分積分学と線形代数学が基本になってるのは言うまでもないと思います。 その他に個人的に関わりが深いと思う分野を３つ挙げます。 確率論 大数の法則(中心
LaTeX論文執筆ガイド：数式や図の書き方を徹底解説 #LaTeX #論文執筆 - 制御工学ブログ
ここでは、LaTeXによる論文やレポートの執筆方法について説明します。特に、数式の多い分野では文系・理系を問わずLaTeXによる執筆が便利です。また、書籍もTeXで執筆することができます。クラウドサービスによるTeX利用や、基本的な数式・図・表・参考文献の記述方法についての解説をしています。冒頭にTeXのメリットを解説します。 2024/2/17現在、初期投稿として記事をアップロードしましたが、本日より数カ月かけて更に更新していき、最終的にはボリュームを5倍くらいにして良いものを目指していこうと考えています。 TeXによる論文執筆のブログ記事作成経緯 LaTeXのメリット 式番号や章のラベルと引用 バージョン管理の容易さ エディタの種類 保守管理の容易さ クラウドサービスによるTeXの利用方法 初歩的なLaTeX利用 論文執筆時のLaTeX基礎事項 文書の書き方 数式の書き方 数式のTeX
こんにちは． watawatavoltageです．この記事では，制御工学関連書籍の世界について書きたいと思います． この記事は，完成した状態で投稿するのではなく，随時更新していくタイプの記事です． 「はじめに」では，なぜこのような記事を書くのか説明します． コメント欄で，紹介してほしい書籍を書いていただけたら，随時反映していきますので，よろしくお願いいたします． #はじめに みなさんはこんな経験ないでしょうか？ この制御の本わからん！！ なんでこの数式こうなんねん！！ 教授が「〇〇制御探せ」って言ってきたけどどこに書いてあんねん！！ あれあの式どこに書いてあったっけ？？ 輪講におすすめの本ないかな？？ プログラムから理解したいな～～ この本買えばいけるかな～ 体系的学びたい などなど尽きないと思います（箇条書きは随時追加します．コメント欄でも受け付けます）． 僕もいつも経験しています． そ
カルマンフィルタを実装してみる！ドローンに使用される姿勢推定システムの作り方 - ABEJA Tech Blog
はじめに こんにちは、ABEJAの栗林です！ 私はもともと機械工学・制御工学の出身であり、車からロボットまで幅広く機械が大好きです。今回はそんな私がドローンを作るために取り組んでいた飛行制御システムの一部をご紹介できればと思い記事を書いています。 機械学習等は使わず、制御工学のアプローチにはなりますがIoTなどに興味がある方に読んでいただければ幸いです！ Raspberry Pi zeroを用いた、ドローン用の簡易な姿勢角推定装置を実装する方法をまとめています 実際にドローンに搭載するものは500Hz程度での計算が必要になるのでCで実装する必要がありますが、理論の確認ではRaspberry Piでも十分かと思われます。10000円程度で姿勢角推定装置を自作できます！ 概要 ドローンなどの小型無人航空機(SUAV：Small Unmanned Aerial Vehicle)において、飛行制御
教育【制御工学チャンネル】：500本以上の制御動画ポータル（制御工学技術者・大学生・研究者向け）
制御工学チャンネル（Control Engineering Channel）では，制御工学（せいぎょこうがく, Control Engineering）や制御理論（せいぎょりろん, Control Theory）に関連したYouTube動画をまとめています（動画５００本以上，YouTubeチャンネル数１５）。制御とは、システムの入出力特性を思い通りに操るための方法論です。見出しも含めて下線はページへのリンクです。トピック「制御のための数学」、「伝達関数入門」、「状態方程式入門」は大学１～３年生向け（基礎）。「制御理論」は大学院生、企業研究者向けです（実践）。「実験とシミュレーション」では、制御実験、制御シミュレーション動画などの利用事例を掲載しています。また、J-Stage掲載の制御工学に関する解説記事(145本)をリンク集としてまとめています。MATLABコードへのリンクも用意しています
「ディープラーニングと物理学 オンライン」とはオンラインWeb会議システムを利用したセミナーです。2023年10月より、学習物理領域セミナーと合同で開催されています。 登録する際のメールアドレスは、できるだけ大学もしくは研究機関のものをご使用ください。 ZoomのミーティングURLおよびパスワードは、先着順300名様に限り、登録されたメールアドレスに送信されます。転載・転送は控えてください。 URLが掲載されたメールは当日の朝までに送られます。 参加したい方は下記よりお申し込みください。毎回開催時に参加URLのついたアナウンスのメールを送信します。 登録フォーム (締切は前日の夜11時までとします) 解約フォームは下記でございます。 解約フォーム 参加時の表示名は「登録時の名前＠登録した機関名」に設定してください。 ノイズを防ぐためのミュートへご協力ください。 DLAP世話人: 橋本幸士（
TensorFlow Probability でカルマンフィルター（観測値から内部状態を探る） - HELLO CYBERNETICS
はじめに カルマンフィルタの意義 TFPでのカルマンフィルタ モジュール データの生成 TFPで線形状態空間モデルを作る カルマンフィルタの実行 追加実験 追加実験１：状態と観測の次元が異なるケース 追加実験2: 不可観測系 最後に はじめに カルマンフィルタを解説する記事はたくさんあります。 詳しい理論や、細かい実装を知りたい場合は下記の記事などを参考にすると良いでしょう。 www.hellocybernetics.tech www.hellocybernetics.tech qiita.com tajimarobotics.com 今回はTFPのdistributionsモジュールの中にある、比較的高レベルなAPIであるLinearGaussianStateSpaceModelというものを使い方の備忘録と、カルマンフィルタの意義の軽い説明です。特に状態観測器としての側面を理解することに
制御工学をこれから学びたい人の学習ロードマップ
みなさん，こんにちは おかしょです． 私は大学の研究室を選ぶ際に初めて制御工学と言うものを知りました．それと同時に制御工学を極めたいと思いました． しかし，問題があります．どうしたら効率よく制御工学を学ぶことができるのかです．この記事ではこれから制御工学を学ぶ人が効率よく制御工学を学ぶためのロードマップを紹介します． この記事を読むと以下のようなことがわかる・できるようになります． 制御工学の学習ロードマップ 制御工学を学ぶ順番 制御工学と一言で言っても種類があります．それが以下です． 古典制御工学 現代制御工学 ロバスト制御工学 人工知能（AI） 最後の人工知能は制御工学とは少し違うのですが，同様に扱われるので書きました．以下ではこのブログで解説している記事を順番に紹介します．紹介している記事を順番にこなすことで制御工学を身につけることができます． 古典制御工学 ラプラス変換 ラプラス変
本記事では、不安定零点を持つシステムの制御方法について述べます。以下の文献の簡易版です。より詳細について内容を知るためには，以下のリンクからご覧ください。 www.jstage.jst.go.jp 不安定零点 以下が、不安定零点を持つ制御対象伝達関数の一例です。 伝達関数において、零点は分子多項式 = 0 を満たす s であり、一つ目の対象の零点は s = 1 であり、二つ目の対象の零点は s = 1 ± i です。双方ともに実部が正の値を取っています。零点の中で一つでも不安定零点を持つと制御が極端に難しくなります。 不安定零点を持つシステムの実例 制御系を設計では，多くの場合において制御系の極に注目します。しかし，適当な減衰率となるように制御系の極を配置したとしても時間応答が期待通りの波形にならない場合があります。これには制御対象の零点が関係していて，制御対象の零点がフィードバック制御に
はじめに 著者が制御器の設計および実装を行う際、基本的には連続時間で設計⇒離散化して実装を行ってきました。なので離散時間状態方程式はその存在すらほぼ知らずにいたのですが、本業の横分野について勉強する中でどうもそういうのがあるらしい、というのに気付きました。 その際に、「ん、これって連続→離散化した場合とで何が違うの？」という点が引っ掛かりました。これら２つのアプローチについて、その差異を明確に書いたドキュメントが意外と無かったので勉強がてらまとめるものとします。 結論だけ言えば、サンプリング周期間において入力uが一定条件のもと、連続時間状態方程式の前進差分による離散化と、離散時間状態方程式の指数関数の１次近似は完全に一致するという結果が得られました。離散時間状態方程式、これで怖くない！ また本稿では不随して２つの考察を行っていますが、これもかなり興味深い内容になりました。うーん、制御工学は
RLC回路の過渡現象（例題） - 制御工学ブログ
この記事ではRLC回路の過渡現象について具体例を挙げた説明を行います。回路の過渡現象の全体像については以下の記事をご覧ください。 blog.control-theory.com RLC回路の過渡解析問題 スイッチ1の切替と過渡現象 スイッチ2の切替と過渡現象 RLC回路の過渡解析問題 ここでは、次の図で与えられる回路を考えます。この回路には、抵抗とコイル、コンデンサが１個づつ配置されています。また、スイッチが２個配置されています。 最初の状態では、スイッチは両方ともにオフとなっています。 RLC回路 スイッチ1の切替と過渡現象 最初のステップとして、スイッチ1をオンにした場合を考えます。このとき、スイッチ2はオフのままです。 スイッチ1をオンにした後に成り立つ微分方程式は以下の通りです。 ただし、は電荷であり、電流の積分値です。特解を示しますとが微分方程式を満たす一つの解になります。スイッ
この記事では状態方程式表現されたシステムの状態フィードバック制御についてまとめます。特に、極配置によるゲイン設計手法と極配置と性能の関係について触れています。最後に、本記事の関連動画を置いておりますので併せてご覧ください。 なお、状態フィードバック制御の全体像は次の記事でまとめています。 状態フィードバック制御・状態方程式に基づく制御のまとめ 状態方程式とフィードバック制御 制御対象の状態方程式表現 状態フィードバック制御と自律系 配置された極と制御性能 スカラシステムの極と応答 極と安定性 極配置と制御性能 極と応答のまとめ 可制御正準形の極配置 可制御正準形の制御則と構造 2次の場合の特性方程式 3次の場合の特性方程式 実機実験とシミュレーション MATLABシミュレーション 状態フィードバック制御の関連動画 MATLABシミュレーションによる極配置 関連ページ（極配置） 自己紹介 状
この記事ではモデル誤差抑制補償器（Model Error Compensator, MEC）についてまとめます。モデル誤差抑制補償器に関する動画・関連記事・関連論文・MATLABリンクは最下部に置いています。モデル誤差抑制補償器は，制御系のロバスト性を高める方法です。既存の制御系のロバスト性を高めたり，ノミナルの制御手法と併用してロバスト性を向上したりする目的で使用できます。本記事は以下の総合論文をベースにしてモデル誤差抑制補償器を紹介したものです。式展開や理論の詳細は原稿や最下部の関連論文をご覧ください。 執筆者：制御工学の研究を20年行っている国立大学教員 >>（総合論文，計測と制御PDF）モデル誤差抑制補償器を用いた既存制御系のロバスト化 (無料公開, J-Stage) JSTプレプリントサーバ(PDF) モデル誤差抑制補償器の概要 非線形システムのロバスト化 非最小位相系のロバスト
論文データバックアップの重要性 卒論・修論の執筆時期も佳境に入ってきました。定期的に学生に意識してほしい内容として、データの保存やバックアップがあります。この記事では、データバックアップの方法と、そのメリットについて触れたいと思います。 研究室内の学生に対しては、定期的にバックアップの重要性を述べています。 学生時代、教員時代の大学２０年の経験です。 卒論、修論まぎわは、なぜか使用しているPCのハードディスクのデータが飛びます。 また、印刷機が故障して印刷できないこともあります。 従って、データはこまめにバックアップするべきです。一応、研究室の学生向けにアナウンスをしておきました。 pic.twitter.com/5xCSAZDuR0 — Hiroshi Okajima (@control_eng_ch) 2024年1月11日 卒論、修論の時期は、色々なトラブルに見舞われます。卒論や、修論
本ブログでは、外れ値がセンサ信号に含まれる系での状態推定について説明します。まず、外れ値を含む系の状態推定問題を定式化します。ここでは、外れ値の問題に対処するために複数の候補を並列に定め、その中から外れ値の影響を受けていない推定値を選択する新たな状態推定法を提案しています。 [link] H. Okajima, Y. Kaneda and N. Matsunaga: Full article: State estimation method using median of multiple candidates for observation signals including outliers (tandfonline.com) SICE JCMSI (2021) 本論文は、松永先生、金田さんとの共著です。以下の図は、センサ信号（観測出力信号）に外れ値が含まれる例を示しています。 Sen
卒業論文発表・修論の試問会でのプレゼンテーションのポイント（スライド作成と発表練習） #研究 #発表 #卒業論文 - 制御工学ブログ
卒論・修論のプレゼンテーションに関する記事です。卒論・修論は集大成です。そして、卒論・修論と共に重要なものが研究プレゼンテーションであり、できるだけ良い発表をできるよう頑張りましょう。本記事は、プレゼンの準備方法や相互チェックシートなど、プレゼンテーションの準備に必要な内容をまとめています。最下部には、プレゼンテーションに関係するYouTube動画8本へのリンクがあります。 卒論発表・修論発表とは？ 発表（プレゼン）の流れ スライドの作成と練習の流れ（10分の説明動画） スライド作成 1枚のスライドで主張することは1つ スライド間のつながりを重視 各スライドで意識すること スライド1枚あたりの発表時間 スライド内の数式 卒業論文・修士論文研究発表時の聴衆は「誰」と考えるべきか？ 指定発表時間に対する考え方と時間配分 原稿作成と発表練習のコツ 相互練習の重要性 卒論・修論スライド相互チェック
このブログについて
はじめに社会人になってから必要に迫られ、組み込みエンジニアに必要な制御工学を学んできました。かなり偏っているかもしれないが、知っていると何かと役立つと思う制御工学の知見をまとめてみようと思い立ち、このブログを立ち上げることにしました。 1990年代に入ると組み込み制御は高度化し、学生時代に苦手だった制御工学の教科書を社会人になってからあらためて開きました。 しかし、当初はどのようにシステムに実装するのか、なかなか理解できませんでした。今でも、制御を実装する段階で、同じように悶々とされている方は多いのではないでしょうか。 そこで、このブログでは、制御工学を具体的に理解し使える技術にする ことを目的に説明していきます。 制御工学のうち対象としているのは概ね以下の範囲です。 状態方程式によるモデル化と離散時間モデルへの変換方法離散時間制御の実装例 ～フィードバック制御とフィードフォワード制御シス
Pythonでカスタム状態空間モデル - Qiita
はじめに 状態空間モデルの中でもカスタムモデルについて日本語で解説したサイトが少なかった（私は見つけられなかった）ので、自身が色々と調べた結果を投稿します。 statsmodels（特にカスタム状態空間モデル）はモデルの定義が大変なので、その辺りに苦労しました。 間違った記述などあれば、ご指摘いただければ幸いです。 状態空間モデルとは 元々は物理モデルやシステム同定、制御分野などで使用されており、有名なのはロケットの軌道の推定と修正制御に使用されていたこと。また、状態空間モデルの論文を検索していると絶滅危惧種の動物の数の推定や、生存分析などで利用されています。使用例はstasmodelsのGithubのページを参照してください。 時系列解析にベイズ統計の要素を加えたものという解釈もできると思います。 一番の特徴は見えない「状態」を推定できることです。センサなどで観測したデータにはノイズ（主
※2023年10月26日：「機械学習としてのカルマンスムーザー」より改題 カルマンフィルター（Kalman Filter）、便利ですよね。 制御工学やロボティクスの世界では割とお馴染みの技術ですが、以前こちらの記事（機械学習としてのカルマンフィルター）がトレンド入りしていたように、機械学習やデータ解析の文脈で語られることは少ないようです。 一方で、制御エンジニアでも カルマンスムーザー（Kalman Smoother） についてはご存じない方が多いんじゃないかと思います。実際、Google検索で「カルマンフィルター」が約120万件ヒットするのに対し、「カルマンスムーザー」が約700件しかヒットしないことが如実に物語っています。（実は他の言い方があるのか？） 名前から想像つくかもしれませんが、カルマンスムーザーはカルマンフィルターを拡張したアルゴリズムです。やや強引ですが、カルマンフィルター
岡島研究室の研究室紹介 - 制御工学ブログ
この記事では岡島研究室（熊本大学 工学部 情報電気工学科電子工学教育プログラム）についてまとめています。外部向けの研究室名は「システム制御研究室」としています。 岡島研究室の運営体制 制御工学の研究テーマ 岡島研の配属方法 研究環境 卒業後の進路 岡島研究室の関連ページ一覧 岡島研究室の運営体制 制御工学の研究テーマ 岡島研究室では、制御工学に関する研究を行っています。研究テーマの中心は、制御理論であり、新たな制御アルゴリズムの構築や解析手法についての研究を進めています。モデル誤差抑制補償器という既存システムにロバスト性を付与する制御の枠組みを提案しており、この研究は10年以上進めています。また、量子化制御やマルチレート制御[YouTube]、外れ値にロバストな制御など、信号処理上の課題解決に取り組んでいます。 制御工学以外のトピックとして実応用に関する研究も行っています。避難所避難者の推
Pythonで学ぶ制御工学 Part1
5/26に開催したオンライン勉強会の動画です．無編集です． 講師が一方的に解説していくスタイルです． Part1では，制御工学の基礎とPythonの基礎を説明しています． 0:00 はじめに，講師の自己紹介 7:43 勉強会の概要 14:45 なぜPythonで制御系設計をするのか？ 24:40 制御とは何か？制御系設計の流れ 42:00 JupyterLabの基礎 51:20 Pythonのお作法 1:10:50 ライブラリ（Numpy, Matplotlib） 1:24:34 設計モデル（状態方程式，重み関数，周波数伝達関数，伝達関数） 1:50:00 モデルの特徴（時間応答特性，周波数特性） 【関連動画】 JupyterLabの操作：https://youtu.be/X-diR_2yJvs 制御工学クイック学習：https://youtu.be/SSJNCZSzq4M Part
最適制御の数理 - Qiita
はじめに こんにちは。東京大学計数工学科B3の石鹸です。 このブログは物工/計数 Advent Calendar 2020の18日目の記事です。 去年のAdvent Calendarには解析力学とラグランジュ未定乗数法の記事を投稿しましたが、今回は最適制御理論について紹介していきます。前半では最適制御理論について扱い、後半ではカルマンフィルタについて扱います。 前提知識ですが、制御工学/制御理論の授業で習う知識を前提としません。変分法やラグランジュ未定乗数法を使うので、知らないという人は去年のAdvent Calendarを読んでから読むと理解しやすいと思います。 最適制御理論 正準方程式とHJB方程式 まずは最適制御理論の基礎となる式を導出しましょう。 問題設定 制御対象のシステムの状態をベクトル$\boldsymbol{x}$で、制御入力をベクトル$\boldsymbol{u}$で表現
フィルタによる信号処理: ローパス、ハイパス
この記事では信号処理に用いるフィルタについてまとめます。電気回路や信号処理など様々な分野でフィルタが利用されます。フィルタに関する説明動画は最下部に置いています。 一般的なフィルタについて フィルタ特性の周波数プロット ローパスフィルタ ハイパスフィルタ バンドパスフィルタ 帯域阻止フィルタ フィルタの設計手法 フィルタの利用例 フィルタに関する動画 自己紹介 一般的なフィルタについて 以降ではフィルタによる信号処理について説明します。フィルタには様々な種類があります。例えば、流体中に混ざった固体や異物を取り除く装置、ろ紙を使用したものがろ過器であり、これは英語でフィルタ（filter）と呼びます。また電子メールフィルタではウィルスメールやスパムメールなど不要なメールを判別して隔離するといった形で処理がされます。これもフィルタと呼びます。 この記事では電気フィルタやデジタル回路、フィルタ回
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統計学・機械学習を自分なりに概観してみた - Qiita
制御工学関連書籍の世界 - Qiita
Deep learning and Physics
不安定零点を持つシステムの制御手法について理解する
連続時間状態方程式の離散化と離散時間状態方程式 その違い - Qiita
極配置と制御性能の関係を解説！ #状態方程式 - 制御工学ブログ
モデル誤差抑制補償器の汎用性：さまざまなシステムに適用可能！ #汎用性 - 制御工学ブログ
卒業論文・修士論文のデータバックアップの方法 - 制御工学ブログ
外れ値にロバストな状態オブザーバの構成：複数の候補とメディアンを利用した状態推定アプローチ
ざっくり解説！カルマンスムーザー（サンプルコード付き） - Qiita