🎯 Part 10:倒立振子の総合制御

Hybrid Control of the Inverted Pendulum


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📘 このパートを読む前に

Before You Start This Part

本パートでは、倒立振子を題材として、
制御設計における PID制御の特性と限界、
および FSM(有限状態機械)を重ねることで何が整理されるのか を体系的に整理します。

In this part, the inverted pendulum is used as a case study to examine the characteristics and limitations of PID control, and to clarify what can (and cannot) be structured by overlaying an FSM (Finite State Machine).

倒立振子は制御工学において古典的かつ象徴的な対象ですが、
本教材の目的は 安定化手法の網羅 や 高度な制御理論の紹介 ではありません。

Although the inverted pendulum is a classical benchmark in control theory, this material does not aim to exhaustively cover stabilization methods or advanced control theories.

本パートでは、以下の観点に焦点を当てます。

Instead, the focus is placed on the following practical questions:

以降の章では、これらを 倒立振子モデル に基づいて段階的に確認していきます。

The following chapters walk through these issues step by step using an inverted pendulum model.


🗂 内容構成

Structure of This Part

本パートは、以下の4章のみ で完結します。

This part is intentionally concise and consists of only the following four chapters.

📄 ファイル / File 📖 内容 / Description
10-1_model.md 倒立振子の非線形モデル、線形化、状態空間表現
Nonlinear model, linearization, and state-space representation
10-2_pid_limit.md PID制御が成立する条件と、成立しない理由
When PID works—and why it breaks down
10-3_fsm_overlay.md FSMを被せた場合の改善点と限界
Improvements and limits of FSM overlay
10-4_Example.md 設計上の実例(成立条件と破綻条件の整理)
Design examples: success and failure conditions

📖 読み方(重要)

How to Read (Important)

⚠️ 必ず次の順で読んでください。

⚠️ Please read the chapters in the following order.

  1. 10-1_model.md
  2. 10-2_pid_limit.md
  3. 10-3_fsm_overlay.md
  4. 10-4_Example.md

途中の章を飛ばすと、結論を誤解する可能性があります。

Skipping chapters may lead to misunderstanding the conclusions.


✅ できること/❌ できないこと

What You Can and Cannot Do

✅ できること

What You Will Be Able to Do

❌ できないこと

What This Part Does Not Cover


🧭 位置づけ

Position in EduController

本教材は EduController における、次の問いに答えるためのものです。

This part addresses the following core question within EduController:

なぜ「PIDだけ」では足りず、
それでも「PIDを捨てるべきではない」のか?

Why is “PID alone” insufficient,
yet PID should not be discarded?


⚠️ 注意事項

Notes


👤 著者・ライセンス | Author & License

📌 項目 / Item 📄 内容 / Details
著者 / Author 三溝 真一(Shinichi Samizo)
💻 GitHub GitHub
📜 ライセンス / License Hybrid License
コード / Code: MIT
教材テキスト / Text: CC BY 4.0
図表 / Figures: CC BY-NC 4.0

⬅️ 前章 / Previous Chapter
LLM統合・ハイブリッド制御(FSM×PID×LLMなど)を扱います。
Covers LLM-integrated hybrid control such as FSM×PID×LLM.

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