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根軌跡法

2026年10月15日1分で読めますAI生成教科書『基礎理論』第10章 制御系設計:根軌跡・PID・進み遅れ補償

AI 生成・木下が未勉強

制御工学入門 第10章 §10.1

根軌跡は、開ループゲイン KK を 0→∞0\to\infty と変えたとき、閉ループ極(1+KL0(s)=01+KL_0(s)=0 の根)が複素平面上を描く軌跡である。極の移動を目で追って設計できる。

手順:根軌跡の描画規則

  1. 開ループの極(×\times)と零点(∘\circ)を打つ。枝の数 == 極の数。
  2. K=0K=0 で極から出発し、K→∞K\to\infty で零点(または無限遠)へ向かう。
  3. 実軸上の区間:右側にある極・零点の数の合計が奇数なら軌跡が存在。
  4. 無限遠への漸近線:本数 ==(極数 −- 零点数)、角度 (2k+1)180∘n−m\dfrac{(2k+1)180^\circ}{n-m}、実軸との交点 σa=∑極−∑零点n−m\sigma_a=\dfrac{\sum\text{極}-\sum\text{零点}}{n-m}。
  5. 虚軸との交点は Routh(限界安定の KK)で求める。

気持ち

根軌跡は「ゲインを上げると極がどう動くか」の地図。フィードバックを強めると(KK 大)、極が左(速く・安定)へ動く区間もあれば、右(不安定化)へ向かう区間もある。虚軸を横切る KK が安定限界。設計では「望む減衰比 ζ\zeta(原点からの角度 cos⁡−1ζ\cos^{-1}\zeta)の線と軌跡の交点」を狙って KK を選ぶ。極配置を視覚的に設計できるのが強みである。

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