プロセス制御

池本がこれまで所属した阪大基礎工学部システム科学科も，阪大工学部電子情報工学科も，古典制御～現代制御（最近は非線形制御やデータ駆動型の制御も？）までの数理的な制御理論はある程度しっかりまなぶものの，その後の発展的な講義にて具体的な対象として学ぶものはロボットに偏っている．そこで，システム制御のロボット以外の応用先の一つとして，”プロセス制御”について概説する（予定である）．

※古典制御，現代制御はある程度理解している前提に記述しています．
※基礎工だと化学応用科学科の西山憲和先生の"プロセス工学"という講義にてプロセス制御を扱っているようです．

1. プロセス制御のキソのキソ [PDF] 

2. プロセス制御器設計のキソのキソ [PDF]

3. プロセスモデリング概論 [PDF]

4. プロセスモデリング実践① (第一原理モデリング) [PDF]

5. プロセスモデリング実践② (伝達関数モデル・ブラックボックスモデリング) [PDF] 

6. プロセスモデリング実践③ (機械学習モデリングとグレーボックスモデリング)

   • 参考文献：https://www.jstage.jst.go.jp/article/pjsai/JSAI2024/0/JSAI2024_1K4OS15a05/_article/-char/ja/ 

7. PID制御器の設計

8. モデル予測制御と実時間最適化

   • 参考文献：https://www.jstage.jst.go.jp/article/isciesci/46/5/46_KJ00001013229/_pdf/-char/ja 

9. 経済的非線形モデル予測制御

10. ソフトセンサ

11. 機械学習を用いたプロセス制御① (PID制御と機械学習) ※研究室内部資料のみ

12. 機械学習を用いたプロセス制御② (実時間最適化の高度化へ向けた強化学習の応用) ※研究室内部資料のみ

13. 応用事例紹介

14. カーボンニュートラルとプロセス制御

15. サーキュラーエコノミーとプロセス制御

おすすめのサイトなど

• 京大 加納先生のプロセス制御のサイト http://tech.chase-dream.com/processcontrol.html 

• 現場で使える化学工学・データ解析のノウハウ 雷電風雨のエンジニア　https://mimikousi.com/ 

  • 化学系のための PID 制御：https://mimikousi.com/process-pid/ 

  • PID制御の性能評価：https://mimikousi.com/pid-performance/ 

  • モデル予測制御とは？：https://mimikousi.com/model-predictive-control/ 

• ごきちか https://gochikika.ntt.com/index.html

• こんとろラボ https://controlabo.com/ 

• https://www.jstage.jst.go.jp/article/sicejl/52/5/52_451/_pdf 

• https://www.jstage.jst.go.jp/article/sicejl1962/44/2/44_2_135/_pdf/-char/ja 

応用先や面白そうな Gym 環境集 (随時追加)

就活で目指している業界などあれば，その業界への制御や強化学習の応用も検討してみてもよいかもしれません．池本は，システム制御理論や強化学習の理論も好きですが，どのように使うかという視点も大切にしています．ぜひ，使えそうな応用先を提案してください．

化学工学: プロセス制御の代表的な応用先です．バルブ操作により，流量，温度，圧力，水位を調整し，所望の製品を安定的に生産します．

• PC-Gym

  • arXiv: https://arxiv.org/abs/2410.22093 

  • Github: https://github.com/MaximilianB2/pc-gym 

•  Distillation-Gym

  • arXiv: https://arxiv.org/abs/2009.13265 

  • Github: https://github.com/lollcat/RL-Process-Design?utm_source=chatgpt.com

• ChemGym-RL

  • arXiv: https://arxiv.org/abs/2305.14177

  • Github: https://github.com/chemgymrl/chemgymrl 

製鉄: 圧延工程だけでなく，高炉や電炉の酸素量，温度，コークス量を調整し，所望の組成の溶鋼を安定生産します．

発電: 火力，電子力，バイオマスなどの発電に必要な燃焼，化学反応などを調整します．

プロセス制御が応用できそう？な応用テーマ

農業: 温度，湿度，水量，肥料，光度，CO2量などを調整するような農業の自動化，効率化はプロセス制御の範疇だと考えています．

• Crop-Gym

  • arXiv: https://arxiv.org/abs/2104.04326 

  • Github: https://github.com/WUR-AI/crop-gym/tree/master?tab=readme-ov-file 

• Crop-RL

  • Github: https://github.com/iscoe/croprl 

• SWAT Gym

  • arXiv: https://arxiv.org/abs/2302.04988 

  • Github: https://github.com/IBM/SWATgym?utm_source=chatgpt.com 

• gym-DSSAT

  • arXiv: https://arxiv.org/abs/2207.03270 

• GreenLight-gym2

  • arXiv: https://arxiv.org/abs/2410.05336 

  • Github: https://github.com/BartvLaatum/GreenLight-Gym2?utm_source=chatgpt.com 

人工臓器: 人体をプラントとしてとらえ，血糖値などを安定化するようインスリンを投与量を逐次的に決定する生体制御もプロセス制御技術が応用可能だと考えています．