🎛️ EduController：制御理論とAI制御の教育フレームワーク
EduController: Educational Framework for Control Theory and AI Control
🔗 公式リンク | Official Links
| 言語 / Language | GitHub Pages 🌐 | GitHub 💻 |
|---|---|---|
| 🇯🇵 Japanese |  |
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| 🇺🇸 English |  |
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📘 概要 | Overview
JP:
EduController は、古典制御から現代制御、さらに AI ベースの次世代型制御までを体系的に学べる、段階的かつ実践的な教材プロジェクトです。Python による制御理論の直感的理解から HDL 記述、LLM 統合設計まで幅広くサポートします。
EN:
EduController is a step-by-step, practical educational project covering classical, modern, and AI-based next-generation control. It supports learning from control theory in Python to HDL coding and LLM-integrated design.
🌐 次世代制御へ — FSM × PID × LLM
AITLフレームワークによる三層ハイブリッド制御
Hybrid Control with FSM, PID, and LLM (AITL Framework)
🧭 構成概要 | Structure Overview
| 系統 / Track | 内容（JP） | Overview (EN) |
|---|---|---|
| 🎛️ 制御理論系 (Part 01〜05) | 古典制御、状態空間、デジタル制御、実装演習 | Classical control, state-space, digital control, practical implementation |
| 🤖 AI制御系 (Part 06〜08) | ニューラルネット、強化学習、データ駆動制御 | Neural networks, reinforcement learning, data-driven control |
| 🧠 統合・応用制御系 (Part 09〜10) | LLM統合制御、倒立振子総合制御 | LLM-integrated control, inverted pendulum control |
📚 章構成一覧 | Chapter Structure
🎛️ 制御理論系 / Classical & Modern Control
| Chapter | Title | Summary |
|---|---|---|
| Part 01 | 古典制御理論 / Classical Control Theory  |
PID制御を中心に、時間領域・周波数領域の解析・設計を体系的に学習。 Systematic study of PID control, time-domain and frequency-domain analysis & design. |
| Part 02 | 現代制御理論 / Modern Control Theory |
状態空間表現を基盤とし、可制御性・可観測性、極配置、オブザーバ設計を学ぶ。 Covers state-space representation, controllability, observability, pole placement, observer design. |
| Part 03 | 適応制御・ロバスト制御 / Adaptive & Robust Control |
MRAC、H∞制御、L1制御など、パラメータ変動や外乱に強い制御を学ぶ。 MRAC, H∞, L1 control for robustness against parameter variations and disturbances. |
| Part 04 | デジタル制御と信号処理 / Digital Control & Signal Processing |
Z変換、離散PID、デジタルフィルタ設計など、デジタル実装向け制御技術を習得。 Z-transform, discrete PID, digital filter design for implementation. |
| Part 05 | 実装・応用編 / Implementation & Applications |
Python実装、ROS演習、FPGA制御の実システム適用を学ぶ。 Python, ROS practice, FPGA-based control.  |
🤖 AI制御系 / AI-based Control
| Chapter | Title | Summary |
|---|---|---|
| Part 06 | ニューラルネットによる制御 / Neural Network Control |
NN-PID設計、逆モデル制御、ニューラルネットによる高度制御を学ぶ。 NN-PID design, inverse model control using neural networks. |
| Part 07 | 強化学習による制御 / Reinforcement Learning Control |
倒立振子や車両制御にRLを適用、DDPGやPPOを実装。 Applying RL to inverted pendulum & vehicle control; implementing DDPG, PPO. |
| Part 08 | データ駆動型制御 / Data-Driven Control |
Koopman演算子、システム同定を用いたモデルフリー制御を実装。 Model-free control using Koopman operator, system identification. |
🧠 統合・応用制御系 / Integrated Control
| Chapter | Title | Summary |
|---|---|---|
| Part 09 | ハイブリッド制御とLLM統合 / Hybrid Control with LLM Integration |
FSM×PID×LLMによる三層アーキテクチャで次世代制御設計を実装。 Three-layer architecture (FSM×PID×LLM) for next-gen control. |
| Part 10 | 倒立振子の総合制御 / Integrated Control of Inverted Pendulum |
PID、LQR、RL、HDL実装を統合した倒立振子制御。 PID, LQR, RL, HDL implementation integrated for inverted pendulum control. |
🔩 実装支援ツール / Implementation Toolkit
| ディレクトリ | 概要 / Summary |
|---|---|
| matlab_tools/ |
Simulinkによる可視化、Cコード生成、HDL設計への展開。 Visualization in Simulink, C code generation, HDL design. |
| SoC_DesignKit_by_ChatGPT/ |
FSM・PID・LLM制御テンプレート、Verilog生成、テストベンチ検証。 FSM, PID, LLM control templates, Verilog generation, testbench verification. |
🧭 利用フロー概要 / Usage Flow Overview
このツール群は モデル設計からRTL検証まで を一気通貫でサポートします。
Cの出所は2系統（Simulink生成C / 手書きC）を想定し、PID/FSM/LLM制御ロジックを統合してHDL化できます。
These tools provide an end-to-end flow from model design to RTL verification.
Two types of C sources are supported (C generated from Simulink / handwritten C), enabling integration of PID/FSM/LLM control logic into HDL.
- Simulink または 手書きC (matlab_tools/ など)
- Simulinkでモデルを作成して固定小数点Cを生成、または
FSM／LLM制御用の手書きC関数（ステップ関数形式）を用意。
Create a model in Simulink and generate fixed-point C code, or
prepare handwritten C step functions for FSM/LLM control.
- Simulinkでモデルを作成して固定小数点Cを生成、または
- Cコード → HDL (SoC_DesignKit_by_ChatGPT/)
- C関数（PID / FSM / LLM制御カーネル など）をテンプレートにマッピングし、
Verilog/SystemVerilog と テストベンチを自動生成。 - 複数のC機能を同一SoC内に統合可能（例：PID + FSM + LLM制御I/F）。
Map C functions (PID / FSM / LLM kernels, etc.) to templates,
and automatically generate Verilog/SystemVerilog plus testbenches.
Multiple C modules can be integrated within the same SoC (e.g., PID + FSM + LLM I/F).
- C関数（PID / FSM / LLM制御カーネル など）をテンプレートにマッピングし、
- シミュレーション & 検証
- 自動生成テストベンチで C実装とRTLの一致を確認。
- 必要に応じて合成し、FPGA/ASICフローへ展開可能。
Verify functional equivalence between C implementation and RTL using the auto-generated testbench.
Then proceed to synthesis and deployment in FPGA/ASIC flows as needed.
flowchart TB
A[Simulinkモデル / Simulink Model] --> B[Cコード（固定小数点） / C fixed-point]
A2[手書きC: FSM・LLM制御 / Handwritten C: FSM・LLM control] --> B
B --> C[SoC_DesignKit_by_ChatGPT テンプレート適用 / Template Mapping]
C --> D[RTL生成 : Verilog / SystemVerilog]
D --> E[テストベンチ検証 / Testbench & Simulation]
E --> F[FPGA・ASIC合成 / FPGA & ASIC Synthesis]
🔗 関連プロジェクト | Related Projects
| プロジェクト | リンク | 概要 |
|---|---|---|
| 🎓 Edusemi-v4x | |
半導体設計・プロセス教育教材（Python、sky130、OpenLane） Semiconductor design & process education (Python, sky130, OpenLane) |
| 🤖 AITL-H | |
FSM×PID×LLMの三層制御フレームワーク（Part09と連携） Three-layer control framework (FSM×PID×LLM) |
| 🧠 SamizoGPT | |
ChatGPTのプロンプト設計支援テンプレート集（設計支援と連携） Prompt design templates for ChatGPT (design assistance) |
👤 執筆者情報 / Author
| 📌 項目 / Item | 内容 / Details |
|---|---|
| 氏名 / Name | 三溝 真一（Shinichi Samizo） Shinichi Samizo |
| 学歴 / Education | 信州大学大学院 電気電子工学 修了 M.S. in Electrical and Electronic Engineering, Shinshu University |
| 経歴 / Career | 元 セイコーエプソン株式会社 技術者（1997年〜） Former Engineer at Seiko Epson Corporation (since 1997) |
| 経験領域 / Expertise | 半導体デバイス（ロジック・メモリ・高耐圧混載） Semiconductor devices (logic, memory, high-voltage mixed integration) インクジェット薄膜ピエゾアクチュエータ Inkjet thin-film piezo actuators PrecisionCoreプリントヘッド製品化・BOM管理・ISO教育 Productization of PrecisionCore printheads, BOM management, and ISO training |
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| 💻 GitHub |  |
📄 ライセンス | License
基本ライセンスは MIT とし、以下の一部ディレクトリ・教材は ハイブリッドライセンス を採用します。
The default license is MIT, but specific directories/materials use a Hybrid License.
| 📌 項目 / Item | ライセンス / License | 説明 / Description |
|---|---|---|
| 基本 / Default | MIT License | 自由に使用・改変・再配布可能 |
| ハイブリッド対象 / Hybrid Scope | Part05, Part09, Part10, matlab_tools, SoC_DesignKit_by_ChatGPT |
教材・コード・図表の性質に応じて MIT License / CC BY 4.0 / CC BY-SA 4.0 / CC BY-NC 4.0 を適用 |
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