Friday, 5 April 2019

学部講義 電気系特別講義第二 Special Lectures on Electrical, Electronic, and Information and Communication Engineering 2 Ver. 2019/04/07

電気系特別講義第二
Special Lectures on Electrical, Electronic, and Information and Communication Engineering 2

時間割コード Course Code: FEN-EE4c26L1
共通科目コード Common Course Code: FEN-EE4c26L1
曜限/Day, Period: 火/Tue 5
開講区分 semester offered: S1S2/S1S2
教室 Classroom: 工学部新2号館 工243号講義室
取りまとめ担当: 古関隆章 takafumikosekiあっとieee.org

What's new:
4/4 本講義のページを解説しました。
4/7 第1回の講義情報を追記ししました。

1. 講義概要
電気・電子・情報分野における産業界の最新の動向について、複数の講師がその専門分野別に解説する。通常講義など大学で学んでいることが、

 産業界で具体的にどのように活かされているか、また、
 どのような点が問題となっているか

を理解することを目的とする。また、ベンチャー起業などビジネスの側面について、講師自身の経験も含め解説する。


2.本年度登壇予定の講師陣 (末尾が 当日のアテンド教員)

① 4月 9日 古関 隆章 講師 東京大学 ガイダンス 電気系の歴史について紹介
初回の講義資料をこちらからご入手ください。(暗号化pdf)

② 4月16日 飯塚 哲哉 講師 ザインエレクトロニクス株式会社 堀教授
③ 4月23日 飯塚 哲哉 講師 ザインエレクトロニクス株式会社 池田教授
④ 5月 7日 有田 征史 講師 新日鐵住金株式会社 古関教授
⑤ 5月14日 西室 洋介 講師 総務省 相田教授
⑥ 5月21日 高瀬 憲児 講師 日本電信電話㈱ 矢谷教授
⑦ 5月28日 西室 洋介 講師 総務省 相田教授
⑧ 6月11日 高瀬 憲児 講師 日本電信電話㈱ 矢谷准教授
⑨ 6月18日 望月 康則 講師 NEC 小関准教授
⑩ 6月25日 望月 康則 講師 NEC 古関教授
⑪ 7月 2日 下村 貴裕 講師 経済産業省 関野准教授
⑫ 7月 9日 下村 貴裕 講師 経済産業省 古関教授
⑬ 7月16日 牧野 茂徳 講師 東京電力 横山教授

3. 成績評価: 毎回講義後に提出するレポートによる

Saturday, 30 March 2019

初年次ゼミ 「モーションコントロール入門---ロボットや車両を上手に動かす科学」 Ver. 19/04/05

初年次ゼミ 「モーションコントロール入門---ロボットや車両を上手に動かす科学」の詳細連絡のための掲示板


水曜4限(14:55-16:40) @駒場キャンパス KOMCEE West K401


---What's new?---
19/03/30 講義計画初版を公開しました。
19/04/05 ガイダンススライドなどを追加しました。

 [1] 授業のタイプ 実験データ解析型

 [2] 学術分野(大分類/小分類)  工学/ 電気電子工学
キーワード: 物理 力学 運動方程式 微分方程式 動的システム 運動制御 ロボット 車両

[3] 目標、概要
 すでに高校の物理で習ってきたように、目の前のものから、天体に至るまで世にあるものは力学に関する物理法則にしたがって動いている。ニュートンにより提唱 された力学の法則は数学的表現では、時間に関する二階の微分方程式の形をとり、ものをうまく動かすために、その微分方程式に基づく「動的な性質」を理解し 取り扱うことが重要になる。ものの「動的な性質」に着目して対象をモデル化し、状態を計測し、リアルタイムに情報を処理して、入力をうまく決め、「思った ように物を動かす」一連の手法を制御という。ここでは、倒立振子という、そのままでは倒れてしまうものを例題に、上手にものを動かすモーションコントロー ル=運動制御について、グループでの議論、数値計算、実験を通じて学び、数式に基づいて論理的に考えることの大切さを体験することを目的とする。

 [4] 授業の方法: 
  序盤は、高校で学んできた物理や数学の知識をもとに、動的なシステムの理解を深めるための入門的な講義を行う。推薦参考書、webからダウンロードした電 子版のテキストやスライド配布資料などを自習に活用しながら、講師の話を聞き、TAの支援を得て練習問題をやりながら、運動方程式の基本となる微分方程式 の表現や典型的な解法、それらを簡単に扱うためのラプラス変換という演算子法などの実用的に有用な手法を体験する。

 中盤には、パーソナル コンピュータを用いて、その上にある「制御系CAD」と呼ばれる計算に便利なアプリケーションを用いて、グループワークを行う。動的システムのモデルを記 述し、時間的な波形や周波数応答などを、実際に自分で数値的に計算し、様々なグラフを描く体験を通じて、動的なシステムの取り扱いや制御器を設計するとい う作業を、数値シミュレーショの中で仮想的に体験し、グループ内での議論や講師、TAとの議論を通じて、制御の面白さを感じながら、序盤で座学を通じて学 んだ物理数学的基礎や動的なシステムの取り扱いの科学に関して、さらに理解を深める。

 終盤には、グループごとに簡単な運動制御実験の中 で、実際に制御器の設計を実体験し、理論との相違や実世界における設計や計測の難しさを体験する。それらのシミュレーションや実験の結果を比較しながら、 グループの検討の成果を、レポートと発表資料の形にまとめる。最終日に小さな「研究発表」を自分たちで行い、グループ相互の質疑を体験する。


 [5] 教科書: なし ただし、参考プリント電子ファイルを本ページから配布


 [6] 参考書

 木村英紀: 制御工学の考え方―産業革命は「制御」からはじまった 講談社(ブルーバックス) 新書   2002/12/16
 森 政弘, 小川 鉱一: 初めて学ぶ基礎制御工学? 東京電機大学出版局 2001/1
 佐藤 和也, 平元 和彦, 平田 研二: はじめての制御工学  講談社 (KS理工学専門書)
 遠山 啓 数学入門 上 下 岩波新書 -- この本は理系を志すすべての学生にお奨めです!

 [7] ガイダンス 初回講義 (初回から3回目4/24の講義)

 [8] 授業計画 
(01) 4/10 (水)全体ガイダンス(教養学部担当 大講義室
  ガイダンス時のスライドのファイルをこちらでご閲覧ください。
(02) 4/17(水) サイエンティック・スキル講習 (教養学部担当)
(03) 4/24 (水) 文献検索実習 +「第1回目 モーションコントロール入門」  (担当教員 古関・ TA溝口)
制御工学入門:
講義:「ダイナミック」に考えることの重要さ!
制御工学とは? 運動制御は我々の生活にどのように役立っているか? 制御の難しさと面白さ この授業の進め方
講義: 工学への数学応用は「思考の節約=手抜き法」である!
PC演習: Google, OPACなどを用いた検索方法、
     クラウドへのファイルの保管、 オンラインofficeの使い方
     Libreofficeを用いた文書の取りまとめ
この日の講義に用いたスライドのファイルをこちらからご入手ください。(講義時に示したPWつき暗号化pdf)
(04) 4/27 (土) 「第2回目 モーションコントロール入門」 (担当教員 古関・TA 溝口)
スライドを用いた自己紹介:短いプレゼンテーション演習
(05) 5/8 (水) 「第3回目 モーションコントロール入門」 (担当教員 古関・TA 溝口)   講義: 賢い手抜き法I: 運動方程式と運動の軌跡: 線形微分方程式の解法
(06) 5/15 (水) 「第4回目 モーションコントロール入門」 (担当教員 古関・TA 溝口)
講義と演習: 賢い手抜き法II:
Octave演習続き: 運動方程式の記述を状態変数法に変換し、数値計算で運動軌跡を計算する方法
(07) 5/22 (水) 「第5回目 モーションコントロール入門」 (担当教員 古関・TA 溝口)
演習: 賢い手抜き法 III:
信号の流れを図で表現する方法
振動(ばね)と減衰(ダンパ)の数学表現---複雑な現象を身近にある簡単なモデルにあてはめて考える手抜き法
複雑な現象を身近にある簡単なモデルにあてはめて考える計算法
(演習: 二次系の応答計算+ 実験教材配布)

### 5/29は講義なし!

(08) 6/05 (水) 「第6回目 モーションコントロール入門」 (担当教員 古関・TA  溝口)
演習: 二次系の応答計算への取り組みの各班からの報告と議論

 ここから2回は自分たちで実験やその確認の数値計算をして、グループ発表の準備もしていただきます。皆さんの自由な取り組みによる良い発表を楽しみにしています!

(09) 6/12 (水) 「第7回目 モーションコントロール入門」 (担当教員 古関・TA 溝口)
実験の体験とグループ討論: 不安定システムを安定化する I
角度および速度フィードバックゲインの設定による挙動の変化の体験 

(10) 6/19 (水) 「第8回目 モーションコントロール入門」 
実験の体験とグループ討論: 不安定システムを安定化する II
角度および速度フィードバックゲインの設定による挙動の変化の体験

実験結果を解釈、説明するための計算
グループ討論を通じた制御性能の評価と成果発表の準備(1グループ10分のプレゼンテーションの資料をまとめる作業)

☆(11) 6/26 (水) 「第9回目 モーションコントロール入門」(担当教員 堀・TA 溝口)
講義:  運動方程式を簡単に解きモデルを見やすくする数学
   電気自動車の運動の理解と数学的表現

☆(12) 7/03 (水) 「第10回目 モーションコントロール入門」  (担当教員 堀・TA 溝口) 
      電気自動車の運動制御へのフィードバック制御の応用 

(13) 7/10(水) 「第11回目 モーションコントロール入門」  (担当教員 古関・TA 溝口)
グループ成果発表と討論

議論・考察のための論点
以下のキーワード、論点を参照しながらグループ内で議論をし、良いプレゼンテーションにつなげよう。

(1) 運動の安定性と不安定性----- 安定なつり合いの点と不安定なつりあいの点 とはどのようなものか?

(2) 運動の安定化におけるフィードバック制御の意味
倒立振子の例の場合: 位置のネガティブ・フィードバック 速度のネガティブフィードバック の意味 なぜししばしば、位置のみならず速度のフィードバックも必要になるのか?

(3) 倒立振子の挙動の数値計算 実験の結果とそれに基づく考察
(モデルや実験の計画をどのように考えて、どのような作業をし、どのような結果を得たか?
それらは当初の予想、期待と比べて合っているか?違っているか?
違っているとしたらその理由は何だろうか?)

<ーー実際の実験モデルのシミュレーションと実験の比較はわからないパラメータやモデルに正確には把握でき無い各種の摩擦などの影響で難しいと思いますが、基本的簡易数値計算で比例フィードバックのゲインや微分フィードバックのゲインを変化させるとどのような応答が得られるかの傾向を把握し、その予想と実際の実験で制御器のパラメータを「標準」から変化させた時の挙動の変化を比較して論じることは可能でしょう。

(4) (自主的な)発展課題
例:安定化制御でモデルが実際と異なっていると何が起こるか? 

---たとえば倒立振子の先端に重りをつけて重くしてみたらどうなるか?
安定化制御をエネルギーの流れという観点から見たら、何が言えるか?など
その他、自由に自分達で議論のための問題設定してみよう!

プレゼンテーションのガイドライン: スライド 12-14枚程度?

----<スライドの構成例>----
 表紙 (表題、グループ番号 氏名)
 はじめに (目的 特に注目した点)

内容

 問題設定
 (理論的基礎  基礎方程式 モデル)
数値計算?
実験条件
実験結果
上記、理論と実験の比較に基づく考察
まとめ、おわりに

----------------------
2019年度 最終成果発表

スケジュールとヒント(発表12分+議論6分) 
[1] 14:55-15:15 ---#班   
[2] 15:15-15:35 ---#班
[3] 15:35-16:05 ---#班   
[4] 16:05-16:15 ---#班
[5] 16:15-16:35 ---#班   
+講評, 理論的考察の補足

<良い発表のためのヒント>
実験の条件、それぞれグラフのカーブが何を示しているか、を明示。
比較の際は軸のスケールをそろえて一目で量的な違いが分かるようにグラフを描く。
工夫した点をスライドのタイトルなどに盛り込む。
設計で何を考えたかを論理的に述べる。
できる限り理論的な推定と実験結果を比較して話を組み立てられるとよい。(実際には実験機で分からない条件が多いためここはなかなか難しいが…)

[期末レポート提出のお願い(重要)]
成績評価のため、各班の代表は、上記のスライドに、7/## の議論に基づく微修正、追記をしたものに、本講義に対するコメント、来年度の講義に向けて改善すべきことの助言を追加ページに記し、7/27 正午までにこのリンクにアップロードしてください。

[9] 学習上のアドバイス
(1) 自主的に学習に取り組もう。
(2) このページに掲げた参考文献を始め、関心を持って、制御や動的システムに関する参考書に予め目を通し、疑問に思う点をまとめて授業に参加しよう。
(3) 物理的直感を重視しながらも、数式を嫌わず、数式に基づいた合理的な議論をするよう心がけよう。
(4) 疑問に思う気持ちを大切に、恥ずかしがらず疑問に思うことは、講師や仲間に積極的に質問して、議論を通じた理解を深めよう。
(5) インターネットを通じて入手できる SciLab Octave などのツールを調査し、自分のPCにインストールして色々自分で試してみよう。

[10] 成績評価
(講義参加実績+プレゼンテーションの出来): (50%) 
+(堀先生宛レポート+期末レポート): (50%)


ご参考; (工事中)
倒立振子実験キット ビュートバランサ 2
倒立振子の実験に関する南山大学の論文 論文2
倒立振子の実験に関する沼津高専の論文
関連ソフトのダウンロードのページ
システム情報制御学会の特集記事のページ

3年生夏学期講義 電気機器学基礎 Ver. 2019/04/22

---What's new?---
3/30 初版を公開しました。
4/07 初回レポートへのリンクをはりました。
4/15 第2回レポートへのリンクをはりました。


4/22 第3回レポートへのリンクをはりました。どうか良い連休を!

----本学期の講義予定----
回数 日 曜日 テーマ 内容
1) 2019/04/08 月 はじめに
電気-機械エネルギー変換
電気機器の種類と歴史
電気機械の種類と分類
電気機械エネルギー変換技術の社会的役割とその重要性

4/15に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

  ★講義レポートといえども「読み物として完結」している必要があります。したがって、

(1) 学生証番号/氏名
(2) 表題(講義レポートの場合には問題文の再掲でも良い)
(3) 内容(事実と意見コメントなどは明確に分けて書くのが良い)
(4) (必要に応じ)参考文献リスト、参考資料の出典

などの基本的事項が、たとえ短い報告書であっても形式的に明確に示すようにしてください。

第1回めのスライドの控えの暗号化pdfをこちらからご入手ください。(約10MB)

2) 2019/04/15 月
電気機械エネルギー変換の物理的基礎
エレクトロニクスとパワー
電気機器学の学問としての位置づけ
基本的な物理の復習と電気機器の議論でよく登場する物理量

4/22に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

3) 2019/04/22 月
思考の上手な手抜き:交流電力の考え方
瞬時電力と平均電力、 皮相電力/有効電力/無効電力
単相交流と三相交流
なぜ電力システムで三相交流が好んで用いられるのか?

5/13に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

4) 2019/05/13 月
磁気回路法によるモデリング(導入+変圧器の復習)
三相交流の典型的な電力測定法 ---2電力法
午後の学生実験課題との関係: 変圧器(と誘導機)の等価回路
変圧器の等価回路と測定法(ごく簡単に!)

5/20に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

5) 2019/05/20 月
電磁誘導における各種起電力の整理 (変圧器・回転機動作の直感的理解のために!)
誘導機の等価回路(速修)と測定法 (ごく簡単に!)

5/27に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

6) 2019/05/27 月
直流機入門: 他励直流機とその定常的な回路方程式
他励直流機の結線と特性の比較
各種自励直流機の結線と特性比較 (+複巻電動機・発電機)
速度制御と弱め界磁
直流機の過渡現象の制御モデル

6/03に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

7) 2019/06/03 月
誘導電動機I
   三相対称交流と回転磁界
   誘導電動機の原理と等価回路

6/10に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

8) 2019/06/10 月
誘導機II
誘導電動機の原理と等価回路(=T型、π型等価回路)
等価回路に基づく特性計算 テブナンの定理と
すべり---トルク特性
誘導機の始動法と比例推移特性
誘導機におけるエネルギーの流れ
スリップの意味と、速度、トルク特性(起動トルク 定格動作点の考え方)
誘導機の動作モード(電動機モード、逆相制動モード、回生制動モード)

6/17に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

9) 2019/06/17 月
誘導機III
(モデル同定のための測定法)
円線図を用いた特性の表現
空間高潮波とゲルゲス現象などの諸注意、単相誘導機(小型誘導機)

6/24に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

10) 2019/06/24 月
同期機 I
直流機は特別な形態の同期機と考えることもできる。
  == 三相巻線と同期発電機の原理
構造と分類, 同期機の機能, 電機子反作用

7/01に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

11) 2019/07/01 月 同期機 II
特性のモデリング(円筒形発電機の等価回路とフェーザダイアグラム)
特性のモデリング(突極形発電機の等価回路とフェーザダイアグラム)
測定法

7/08に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

12) 2019/07/08 月 同期機III
単位法・同期発電機と電力系統
同期電動機の種類とその特長、同期電動機: トルクの発生原理 V特性と同期調相機
+期末テストに向けて: 演習問題の振り返り

13) 2019/07/15 月 パワーエレクトロニクス入門
パワー半導体デバイス、信号処理とパワーのエレクトロニクスの相違、DC/DC, AC/DC, AC/AC, DC/AC変換, オンオフ機能を持たない素子と転流回路, 高調波問題と解析法,
オンオフ制御能力を持つ素子とPWM, ACモータのインバータによる可変速駆動, サーボモータ
+電気駆動制御と座標変換
制 御 同期機の原理と直流機の関係
エネルギー流れの理解、過渡現象の理解、
制御と電気機器の一般理論?
(海の日のため 休講!)

14)  7/29? 月 期末テスト@245号教室 09:00-12:00
講義アンケートの配布
         自分で書いたA4の紙1枚持ち込み可能

以下の☆の数はあくまでも初心者向けという観点からの古関の個人的見解に基づくものです。


--- 本年度教科書指定---
仁田旦三・古関隆章:
新・電気システム工学 電気機器学基礎 数理工学社 ISBN-978-4-901683-76-0

  作業中で不完全ですが正誤表や演習問題の解答をここでご覧ください。

---推薦参考書----
A recommended English textbook: click here!

<入門書として初学者に読みやすいもの>
☆☆☆☆「エレクトリックマシーン & パワーエレクトロニクス」
エレクトリックマシーン&パワーエレクトロニクス編集委員会 編/森北出版(定価 2800円)
(専門性の高いレベルまでコンパクトにまとめられている。)

電気学会 多田隈他:「電気機器学基礎論」

☆☆☆☆☆:西方正司 基本を学ぶ電気機器 (オーム社 ISBN-978-4-274-21138-6)
(初学者に大変わかりやすく記述されている!)

☆☆☆藤田:「電気機器」 森北出版
(amazonでは5つ星がついています!)

<一般的なもの>
☆☆☆☆☆:「最新小型モータが一番わかる ~基本からACモータの活用まで~ (しくみ図解)」見城 尚志, 陳 正虎, 簡 明扶 著
出版社: 技術評論社 (2013/3/27), ISBN-10: 4774155845, ISBN-13: 978-4774155845

技術に興味のある人向けの一般的な解説書ですが、写真や図が具体的で、原理的な理解を深めるのに適していると思います。

☆☆☆:(株)日立製作所総合教育センタ技術研修所編
「小形モータの技術」 オーム社
メーカのエンジニア養成を目的に書かれていますのでわかりやすく実用的です。電気自動車や有限要素法による特性計算の話題までカバーしますので、基礎的な知識を広く身につける意味でお薦めです!


電気学会 「電気機械工学」「電動機制御工学」

☆仁田他: 「大学課程 電気機器(1)」 オーム社

<専門性の高いもの>
本ブログでも詳しく紹介した電磁気と制御の応用を統一的に解説した優れた参考書
(必ずしも電気機器学の伝統的な構成にそって記述されているものではありません。)
☆☆☆:坂本哲三 著 「電気機器の電気力学と制御」 森北出版

学部4年生講義 月曜3限 環境電気工学 Ver. 2019/04/07

環境電気工学
Electrical Engineering from an Environmental Point of View

取りまとめ:工学部電気電子工学科 教授  古関隆章 
(URL http://www.koseki.t.u-tokyo.ac.jp, 
e-mail: takafumikoseki AT ieee.org)

時間割コード /Course Code FEN-EE4505L1
共通科目コード/Common Course Code FEN-EE4505L1
場所 工学部新2号館 工242号講義室/Faculty of Engineering Bldg. new 2 工242号講義室
月曜3限 (13:00-14:45)


===WHAT'S NEW===
3/30 講義のページを立ち上げました。
4/07 初回の講義の資料を追加しました。また、成績評価に関する記述を修正しました。
===============

本講義では、主にエネルギー源としての電気に関連した広義の環境問題やその対策を、複数の専門の教員が紹介する。

----2019年度 講義予定------

(1) 4/8 ガイダンス・環境と交通システム(古関)
講義全体の説明資料をこちらからご入手ください。
4/8の古関の講義内容部分についての暗号化ファイルはこちらからご入手ください。

(2) 4/15 環境とエネルギーシステム(松橋)
(3) 4/22 環境破壊(公害)と人間活動 環境改善技術(小野亮)
(4) 5/13 電磁環境(EMC) (水間)
(5) 5/20 環境と電力システム(超電導・エネルギー蓄積)(馬場)
(6) 5/27 ワイヤレス給電と制御技術(堀)
(7) 6/03 環境と電気自動車(藤本)
(8) 6/10 電磁界の医療応用(関野)
(9) 6/17 レーザー・光技術を用いた環境計測・電力設備診断(藤井)
(10) 6/24 環境と電力システム(電力機器の絶縁診断)(熊田)
(11) 7/1 環境と新エネルギー(小野靖)
(12) 7/8 水素エネルギーとその安全性(小野亮)
(13) 7/15 核融合エネルギー実現のためのプラズマ技術(井) <--海の日のため7/17(水)に

        期末試験は行わない。 期末レポートの〆切 7月28日(日) 23:59


成績評価は出席と期末レポートにより行います。
レポート課題は、毎回各教員からアナウンスされます。その中から自分の好きな5課題を選択し、提出してください。レポート提出の方法はこちらをご覧ください。(<==工事中 後日具体化してここの記述を更新します。)

総合科目「足からロケットまで ---走る/飛ぶ/探る科学入門」 Ver. 2019/04/18

2019年04月05日 

取りまとめ:工学部電気電子工学科 教授  古関隆章 
(URL http://www.koseki.t.u-tokyo.ac.jp, 
e-mail: takafumikoseki AT ieee.org)
場所: 駒場キャンパス駒場12号館 駒場12号館 1212教室/Komaba Bldg.12 Room 1212 金曜日5限(16:50-18:35)
Skype: takafumikoseki 
時間割コード 31630
共通科目コード CAS-GC1F46L1

===WHAT'S NEW===
3/30 講義のページを立ち上げました。
4/04 初回講義の情報を追記しました。
4/18 大西先生の資料を公開しました。

===============
 標記講義を、駒場キャンパスにて開講します。

 ものを動かすことに興味のある人は、目指す専門分野を問わず広くご参加くださりますよう願っております。大学の 講義では細かく見ればわからないところがたくさん出てきますが、それはむしろ当たり前のことです。わからないことがあったことを、いちいち気にする必要は ありません。大切と思われることを、必要に応じて自分で調べ、あるいは教員に積極的に質問し、わからぬことをわからぬままに放置せぬ努力を忘れねば大丈夫 です。

  人や物を効率良く運ぶことが、文明社会の成立に欠かせず、移動手段を提供する技術が、我々の生活の基本を支え、そして生活を楽し く豊かにするために大切です。実際、日常的な生活の中で、自動車や鉄道などの身近な交通は不可欠なものとなっていることを実感しているでしょう。人々は太 古の昔から、速くて、快適で、便利な移動手段を求めてきました。近年は、これに加えて、安全性への意識も高まっており、環境への負担の少ない交通、高齢社 会への移行に伴い「交通弱者でも移動の自由が奪われない」バリアフリーに対応した交通など、移動手段の「質」に対する要求もさらに高いものとなっていま す。このような様々な要求に応える「運ぶ」営みのために、電気や情報の技術が貢献できることは多く、交通における電気・電子・情報技術の役割はますます大 きくなっています。本講義では、このような視点から、電気エネルギーおよび情報通信や計算機技術を積極的に用いて人や物を「うまく」運ぶ方法論を

--電気自動車、ハイブリッド自動車
--リニアモータ・磁気浮上超高速鉄道
--電気鉄道など軌道系の交通システム
--宇宙環境におけるロボットの移動技術

を例に、オムニバス形式で2-3時間程度ずつ解説をし、高校や教養学部で習う物理や数学の延長上にどのようにこれらの技術が構築されているかをできるだけわかりやすく具体的に解説するとともに、最新の研究動向を紹介します。

(この研究に興味を持つ受講者には希望により研究室の見学なども可能です。熱心な文系の学生も歓迎するが、基本的には高校の理系科目選択者程度の物理、数学の知識を前提とした講義内容とします。)

古関隆章(こせきたかふみ 教授 工学部)以外の講師陣:
藤本博志(ふじもとひろし 准教授 工学部)
大西 亘 (おおにしわたる 助教 工学部)
武田広大(たけだ こうだい 古関研究室大学院生)
+JAXA 宇宙科学研究所, 新領域創成科学科 および東日本旅客鉄道株式会社からのゲスト講師 計5名(水間/久保田/関島)

---2019年度の講義スケジュール---
(各講義タイトルは概要を示すものですので、今後、修正の可能性があります。4/05)
        16:50-18:35 駒場12号館 1212教室/Komaba Bldg.12 Room 1212

(1) 4/05 古関  初回 講義ガイダンス+エネルギー変換と電気駆動
 初回ガイダンスのスライドのファイルをこちらからご入手ください。
 初回、4回の古関講義の内容はこちらからご入手ください。(暗号化pdf)
 暗号化ファイルのパスワードは講義中の説明に従ってご入力ください。
(2) 4/19 大西(古関) フィードバックとはなにか―地球科学から精密位置決めまで
 大西助教のスライドのコピーをこちらからご入手ください。(暗号化pdf)
 大西助教の講義内容に関する参考文書をこちらからご入手ください。(暗号化pdf)

(3) 4/26 武田(古関) 電気駆動とワイヤレス電力伝送技術
(4) 4/30 古関  電気車両駆動技術史;電気鉄道と電気自動車の類似点と相違
(5) 5/10 久保田  宇宙研の紹介, 宇宙に挑む制御の技術
(-) 5/17  午後 本郷 電気電子・電子情報工学科 研究室公開
 05/18-19 五月祭でも研究室の展示などがあります。 奮ってご参加ください!
(6) 5/24 関島(古関)電気鉄道の環境性とそれを支える電力供給技術 I 鉄道電気システムの基本
(7) 5/31 関島(古関)電気鉄道の環境性とそれを支える電力供給技術 II JRの新技術への挑戦
(8) 6/07 藤本  電気自動車の運動制御
(9) 6/14 久保田  宇宙の謎を探る,月惑星探査ロボット
(10) 6/21 水間  交通システムの安全性とその評価技術
(11) 6/28 藤本 電気駆動と航空機 ------ 電気で空を飛べるか?
(12) 7/05 久保田 宇宙分野での電気工学者の活躍の場 はやぶさ2の話
(13) 7/12 古関  磁気浮上とリニアモータを応用した交通システム

----------------------
重要:

本講義の成績評価の主たる部分は以下のレポートの評価結果に基づき行います。

レポートを、以下の要領でe-mailで提出してください。成績評価は、レポート採点結果と講義への出席回数を総合し、厳正に行います。


[1] 提出期間 (教員側で採点作業をし報告できるぎりぎりの設定をしているので厳守してください!)
  7月13日~ 7月 27日 (12:00 〆)

[2] 提出先
こちらのリンクにアップロードしてください!(リンク工事中)


[3]  レポート提出に関する技術的注意と参考情報
着実かつ迅速な採点作業のための重要な技術的お願い

レポート本文の添付ファイル名を

Report_to_レポートを見てほしい希望教員名-学生証番号_提出者氏名.pdf
 (例) Report_to_KOSEKI-240557d_GakuseiTaro.pdf

としてください。

 ワープロなどは任意ですが、 フリーのlibreofficeなどを用いれば、数式を用いた文書もpdf化も含めすべて簡単に処理できます。(ちなみにこのページや教材の作成は、 OSもWindows環境ではなく、Ubuntu上のソフトですべてを行っています。)

google docs、zohoなどを用いても図入りの文書作成とpdf化は可能です。(ただし、数式作成機能はありません。)

また、任意の文書ソフトからの pdf化もフリーのツールで可能です。

[4] 表紙に記載する項目
課題名:  ○○○○ (-----課題2に相当する課題名)
学生証番号: ○○○○    提出者氏名: ○○○○ とコメントを返すためのメールアドレス
関係講義テーマとレポートを見てほしい希望教員: ○○○○
教員からのフィードバックを送るべきe-mailアドレス(夏休み期間でもアクセス可能なメールのアドレス) 

なお、ある聴講者の方からこのレポート提出について以下のお問い合わせがありましたので、ご参考までここに引用します。

-------------レポート提出に関する Q & A---------------------------
Q1 表紙に記載する「課題名」とは、[課題2]のレポートのタイトルという解釈でよろしいでしょうか。
A. はいそのようにお考えください。HPの記載もわかりやすく改めることにします。

Q2 [課題1]に関して、「レポートを見てほしい希望教員」とは関係講義を担当された先生のことだと思いますが、その他の先生方にも感想や要望をお伝えしたい場合、どうすれば良いでしょうか。
A. その他の先生へのメッセージは、見て欲しい先生の名前と共にそのコメントを、レポート本文の冒頭(表紙のページ)にご記入いただければ、それを拝見し、古関が必要な転送を行います。

Q3[課題2]に関して、例が挙げられていますが、これ以外に自分で自由にテーマ設定をしても不利になりませんか?
A. もちろんです。学生さんの自主的なテーマ設定、提案は大歓迎です。

以上、よろしくお願いします。

-------------レポート提出に関する Q & A 終わり---------------------

----------------------
[5] レポート課題:

[課題1] 上記の希望教員に焦点をあて、講義の感想、特に、要望や講義で改善すべき点など、来年度以降より良い講義にするためのご意見を記してください。(建設的批判を歓迎します。批判的意見を書いたから悪い評価に繋がることは決してないとお考えください。)

[課題2] 講義課題に関係するキーワードを選び、自分の興味のあるテーマを1つ設定し、それに関して、単なる調査ではなく、必ず自分の意見を入れ、 A4 レポート用紙で、6ページ以内で論じてください。

キーワードの例

超電導技術と輸送の科学
エネルギー変換と電気駆動
電気車両駆動技術史
電気鉄道と電気自動車の類似点と相違
電気鉄道の環境性
電気鉄道における電力供給技術

宇宙と電気技術者
月惑星探査
電気で動く宇宙探査機
宇宙に挑む制御の技術
探査ロボット

電気自動車の未来
電気自動車とバッテリー技術
ワイヤレス電力伝送技術
電気自動車の運動制御

地球システム
フィードバック
半導体露光装置、液晶露光装置
ムーアの法則
高速高精度位置決め制御

(調査・参考した資料については、末尾に参考文献リストを記載し明示してください。参考文献の上手な挙げ方も評価対象になりえます。)

※講義改善への積極的ご提言は、上記のレポートの課題のみならず、講義アンケートあるいはこのブログへのコメントの形でも積極的にお寄せいただきますようお願い申し上げます。

Saturday, 9 March 2019

NU -rail2019 上智大学での古関の発表スライド

清水龍の修士論文の内容について古関が(代理で)発表するスライドをこちらにてご覧ください。

また、米田のスライドも一時的こちらからご覧いただけるようにします。

資料の事前アップロードがタイムリーにできていなくてすみませんでした。

Thursday, 20 December 2018

交通ラボ 駒場講義 2018/12/19「リニアモータを用いた 軌道系交通の技術」(2018/12/20 06:15改訂)

リニアモータを用いた 軌道系交通の技術
    〜リニア新幹線と将来への期待〜


でお話をした内容のスライドコピーpdfをこちらからdownloadしてください。(講義でお伝えしたPWをつけて暗号化されています。 2018/12/19 06:15 JST)

スライド中にもあるように、古関担当講義(2018/12/19)のレポート課題は以下のとおりです。

------レポート課題------------

(1) 講義の内容に基づき、軌道系交通用車両の主動力装置としてリニアモータを用いた技術の長所と短所を説明せよ。

(2) 貴方の国に磁気浮上式高速鉄道を導入することにはどのような意義(あるいは問題点)があるか。導入に賛成、反対の立場を明確にした上で、技術的観点から論理的に自分の考え方を説明せよ。
(<=賛成でも反対でも個人の意見は採点に影響しない。議論の内容が重要! 単なる主観に基づく印象や好悪を述べることを避けるべきであり、一方、調査した内容や他人の意見をそのまま引き写し要約するのみでも意味がない。 客観的かつ論理的な報告書では、事実の調査(=ファクト)に基づき、論を立て、最終的に自分自身の言葉で、自分自身の考えを明確に述べることが重要。)


----------以 上--------------

Sunday, 25 November 2018

2018/12/04 交通研フォーラム基調講演 「次世代公共交通システムのドライバレス自動運転  ---国外情勢と我が国における実用化への挑戦---」 について


標記の2018年12月4日 交通研フォーラムの基調講演「次世代公共交通システムのドライバレス自動運転 ---国外情勢と我が国における実用化への挑戦---」の内容を以下にまとめておきます。

ご清聴ありがとうございます。

なお、以下の内容を含むスライドのコピーをこちらからご入手ください。
(講演時に申し上げたPWつきです。その後ご指摘をいただいた誤記の修正を含め更新しました。)

なお、ちょうどこの講演と同時に、JR東日本殿から、山手線におけるドライバレス運転の夜間試験の計画についての発表がありました。

[1] 2018/12/04 交通研フォーラム基調講演
次世代公共交通システムのドライバレス自動運転 ---国外情勢と我が国における実用化への挑戦--- 
     東京大学大学院電気系工学専攻 教授 古関 隆章 (KOSEKI, Takafumi )

[2] はじめに


都市鉄道の運転とその将来

Automated Guided Transport
なぜ自動運転か?
地下鉄への適用:国際動向 標準化
自動車と鉄道の自動運転技術
日本の鉄道事業者の取り組み
地下鉄への応用可能性
都市鉄道一般への展開
最近の検討動向
省エネルギー運転と自動運転

[3] 都市鉄道の 運転とその将来


[4] 持続可能な鉄道経営のために

(1) 情報通信技術の活用
(2) 需要への柔軟な対応
(3) 利便性を追求する短編成高頻度運行
(4) デマンド運行?
(5) 持続可能なビジネス:省力化と高安全・高信頼運転の両立

[5] Automated Guided Transport


[6] 1980年台に始まる新交通システム

軌道交通 運転自動化の パイオニアは日本!
日暮里・舎人ライナー(2008-)
神戸ポートライナー(1981-)

[7] 魅力的な都市空間活用と移動手段

ピープル・ムーバ(イギリス バンクーバ空港1984-)
VAL (フランス リール市 1984-)

[8] 利便性と高速性

三菱重工が開発している高速AGT
磁気浮上車 HSST

[9]なぜ自動運転か?


[10] 持続可能な鉄道ビジネス:省力化と高安全・高信頼運転の両立

1. 需要への柔軟な対応
2. 利便性を追求する短編成 高頻度運行、 デマンド運行?
3. 自動運転ならではの価値

[11] 輸送需要変化への柔軟な対応

(1) 経済成長への対応から人口減の社会
(2) ピークへの対応力を持ちながら、オフピークでも資源有効活用のできるシステム
常に長編成の列車を走らせるわけにはいかない
少ないスタッフで、運転もメインテナンスも持続
可能な形? ==;自動化 IT活用
(3) システム技術としての国際競争力

[12] 利便性を追求する短編成高頻度運行, デマンド運行?

(1) 輸送需要が少なければ、列車を間引くのではなく、短編成で利便性の高い高頻度運行を行う。
(2) 交通弱者対応:高齢時代はデマンド運行
(3) 運転の完全自動化は、イベント時の超高頻度運転および終夜運転にも貢献

[13] 地下鉄への適用:国際動向標準化


[14] IEC 62267 WG39における運転方式分類


[15] パリ地下鉄でのUTO実用化

地下鉄14号線でドライバレス運転の実用化
← IEC62267に準拠した設計、ホームドア(フルスクリーン)
によるドライバレス運転の実現化
地下鉄1号線での無人運転化(順次)、
→ CBTC(列車無線制御システム)への変更とセット
IEC62267で規定されたホームドア(腰高式)の実現
・パリ地下鉄公社(RATP)によるドライバレスは、省力化、
省エネルギー化を目標
・トンネル内での非常停止等に対しては、OCC(Operation Control
Center) からの指令、遠隔リセットによる再起動で基本的に
対応するが、万が一の場合、Staffが30分以内に到着し、避難誘導を行う

[16] UTO世界市場の広がり


[17] Bombardier社のビジネスモデル

シリーズで世界展開 Innvovia Bombardeier社 HPより

[18] 世界市場での応用展開


[19] 欧州最新動向: ニュルンベルク地下鉄の例


[20] Technical information on UTO of subways in Nürnberg

Source: Dr. A. Steingroever 02. January 2018
同氏は10/4の水間寄付講座のワークショップに招聘され以下の内容を直接日本の専門家に紹介した。

[21] RUBINプロジェクト

ホームドアのないUTO地下鉄段階的導入
RUBIN: UTO without platform doors
Source: Dr. A. Steingroever, Siemens 02/01/2018

[22] 元々あった2路線 Original two lines


[23] 自動運転化フェース1 2008年5月開業

Automation phase 1: May 2008

[24] 自動運転化フェース2 2009年春開業

Automation phase 2: Spring 2009

[25] 自動運転化フェース3 U3の新設

Automation phase 3: New U-Bahn 3

[26] Siemens社が提唱するATOの利点

Advantages of ATO by Siemens
(1) 人員削減(95人減?) A fewer personnel
(2) 運転士人員を旅客サービスに充てる Better passenger service
(3) 運転信頼性の向上 Higher operational reliability
(4) 客室の安全性の向上 Better security
(5) 短時隔運行 旅客待時間の削減 Shorter headway
(6) ピーク需要への柔軟な対応
Flexibility in changing demand
(7) 車両数の削減 (初期投資の削減
3千8百万ユーロの削減効果)
Fewer rolling-stocks
(8) 省エネルギー運転 Energy saving operation
(9) より魅力的なサービス (需要増!)
Better service quality
===費用便益効果の増進 Better B/C
Source: Dr. A. Steingroever, Siemens 02/01/2018

[27] UTO 運転指令所の写真

Photograph of OCC for the UTO

[28] レーダとカメラによるトンネル内監視システム

Supervision system in the tunnel
転落検知のビームは50cmごとにあり、隣接する2つが同時にさえぎられると転落ありと検知する。
UTOにホームドアは不要。

[29] UTO 車上安全監視センサシステム

Onboard sensor system for safe UTO
センサの信頼性が重要

[30] 100秒時隔高頻度運転における平常時自動運行管理の実績例

Regular frequent train service: achievement of train headway of 100 sec.

[31] 100秒時隔高頻度運転における自動運行

管理の小乱れ時遅延伝搬抑制効果(実績例)
Example of successful automatic dynamic train operation control for avoiding delay propagation

[32] 日本の都市交通の運転自動化に向けた取組


[33] 自動車と鉄道の自動運転技術


[34] 付加的機能から入ったITS

---自動運転なんて....
安全と直接関係しないところから着手したITS
(1) Advanced navigation system
(2) Electronic toll collection
(3) Optimal traffic control
(4) Efficient road management
(5) Efficient commercial cars
(6) Pedestrian support
(7) Assistance of drivers
(8) An assistance of an emergent vehicle
Mobility as a service?

[45] 自動化レベル: 自動車技術ではGoA-5までが議論されている。


[36] 自動運転はビジネスの核心に?

Electronic traction control unit
Graphical recognition
Displays, warning systems
Actuators
Sensors

[37] 急激な変化

エンジニアのおもちゃから実用化へ?
自動車の電気化の時代を迎えて

(1) 内燃機関から電気モータへ 頭脳も足回りも電気!

(2) モータ駆動 制御の速さ、精度、再現性....
電気現象は機械より2桁早い motion control
電気ー機械エネルギー変換の双方向性
回生制動 バッテリーマネージメント
(3) 情報も電力も道路から: 走行中WPT
(4) 人が動かす乗用車から本当の「自動車」Automobileへ
(5) 考えてみればもともと 「Toyota Motorsだった?」
Mobility as a service

[38] 鉄道屋は自動車の技術発展から何を得るのか?

(1) 汎用センサの利用による高機能化、省コスト化
(2) 安全性の考え方
(ドライバーはバックアップか、完全にシステム依存か)
(3) セキュリティ(ハッキング対策等)の考え方
(4) 国際標準化の考え方
(国際商品としての自動車は、国際基準で規定する場合も)

[39] 鉄道と自動車:

融合研究分野ITSへの 交通研の取り組み

[40] 日本の鉄道関係者の取り組み


[41] 地下鉄への応用可能性


[42] 日本地下鉄協会海外調査

ドライバレス=UTOの思想
(P. Griffe 氏 2001年11月面談)
運転関係に経験豊富な職員を指令員、巡回員という形でサービス業務に振り当てる。
経済上の理由ではなく、乗客に対するサービスの質の向上を想定してドライバーレス全自動運転の利点があると考運転えて採用した。
避難誘導のため乗務員が必要という考え方はない。指令所からの音声による誘導のみで十分かは、難しい問いである。基本的原則は燃えても次駅まで持っていくという考え
方を取っている。駅間停止の可能性は非常に小さい。駅間停止に至る事態は、可能性が非常に低いということで切り捨てる考え方になっている。テロによる大規模な爆破
事件があったときに、乗務員が1人いても仕方がない

[43] 福岡市交通局の挑戦 福岡市 説明パンフレットより

広報ではドライバレス・レディの自動運転システムを積極的には述べていないが、火災対策を中心に本格的な検討を行い開業に至った。

[44] 日本地下鉄協会における調査検討

2005 3月「地下鉄における運転方式の課題と対応策に関する検討」
----当面は運転士付き=GoA2による開業とした。
2014年2月から 地下鉄における運転方式の課題と対応策に関する調査検討小委員会(地下鉄のドライバーレス運転に関する調査検討)を現在までこれまで
14回開催し2018年度から「委員会」に昇格して、検討継続中

[45] ドライバレス運転: 添乗員 DTO と巡回員 UTO

添乗員: すべての列車に乗務、動力車操縦者運転免許を有さなく
ても良い。列車先頭部の乗車でなくとも良い。
巡回員: 数列車中1列車に確率的に乗務、動力車操縦者運転免許
を有さなくても良い。客室を巡回する。
== 巡回員付きドライバレス(UTO) が、公共交通の 国際標準。
日本で議論する添乗員付ドライバレスATOの段階的導入

[46] 広範な都市鉄道への展開と技術的課題


[47] 交通研発表 前座としての本講演

(1) 地方鉄道を対象とした自動運転技術活用
(2) 地方鉄道における営業車両を活用した軌道状態の監視
(3) 運転支援装置を活用した省エネルギー運転の評価

[48] 今年の報道に現れる我が国の動静

(1) JR九州
JR九州が自動運転研究に着手 大量退職に備えプロジェクトチーム発足 19年度にも試験運行---早ければ2019年度中の試験運行を目指す。自動運転技術の活用で乗務員の負担を軽減し、人材不足や将来的な大量退職などに対応したい考えだ。(西日本新聞
2018/02/13)

(2) 東京メトロ

東京メトロ社長、「電車の自動運転は勉強すべき課題」山村社長は働き手の確保について、電車の自動運転の導入は「課題の1つで勉強していくべきだ」と指摘。丸ノ内線が実験の候補になりうる。 (日本経済新聞 2018/06/15)
(3) JR東日本
JR東日本が山手線などで業務員などを乗せないで運行する「自動運転方式」を検討している. (読売新聞 2018/08/13)

[49] 技術検討の昨今の活発化

日本地下鉄協会・地下鉄事業者
2018/04- 地下鉄における運転方式の課題と対応策に関する調査検討委員会(地下鉄のドライバーレス運転に関する調査検討)
2019/01 欧州技術調査団
JR各社
2018前半 無人運転検討準備委員会 および その分科会
2018.10- ATS-DKをベースとした自動運転に関する検討委員会
(水間主査)
国土交通省 鉄道局
技術基準検討会(運転協会で実務レベル検討会が精力的議論)
2013?- [運転部門]緊急停止操作係員付きドライバーレス運転
2018.12- 自動運転検討委員会
東京大ヒューマンモビリティ安全設計学寄付講座 ATO国際WG
交通安全環境研究所 地方鉄道への展開 本日

[50] DTO@地上の都市鉄道で考えるべきこと

(1) 踏切での安全性の確保
(2) 前方監視による安全性確保
(3) 避難誘導による安全確保

[51] (2018時点で)懸念すべきこと+ 技術基準の検討

(1) すでに海外でのUTO導入実績が多数ある中でのDTO技術検討であること。
(2) 自動車分野での自動運転の技術が国内外で急速に研究されている中での議論になっていること。
(3) 高架や地下鉄以外もDTOの検討対象に:安全確保上で考慮すべき点が多いこと。
(4) 「緊急停止操作係員付きドライバーレス運転」の技術基準が継続検討されている。
関連事業者が独自に導入を進めた場合、横通しの議論をどのようにするか?国際標準との関係は?

[52] 省エネルギーと自動運転


[53] 省エネルギー運転の基本思想と 「水間プロジェクト」

省エネルギー運転( 2 010 年 時点 ):運転支援による省エネ
エネルギ蓄積デバイスの導入は当面将来課題とする。
走行時分は守る。
出来るだけだ行を長く導入する。
回生ブレーキを最大限有効活用する (ベストエフォート)
+大きな回生パワー放出を回避し回生失効を防
定電力ブレーキ!
無駄な再力行を避ける。
加減速は最大性能を用いる: (加減速時間の最小化!)

[54] 人にとっての省エネルギー運転の難しさ

高速域で遠くからゆるいブレーキをかける。最後に強いブレーキで停まる。(ここが人にはとても難しい!)
粘着の影響は?

[55] 日本地下鉄協会 省エネルギーATO実証試験


[56] 日本地下鉄協会

省エネルギーATO評価

[57]おわりに


鉄道事業の将来に明るい展望をもつために

自動運転 新交通システムでの実現は先行したが、鉄道では、「黒船」対
策として始まった。  
   鉄道におけるDTO/UTO実用化では、欧州(+マレーシア、シンガポール、中国) の後塵を拝している日本
情報と実在システムの融合:
安全かつ高品質・高信頼な制御
本来は日本のお家芸 のはず。 ??
自動運転の付加価値: 人口減少社会での持続的鉄道運行
2018年に 国内の 風が変わった
運行の柔軟性+省エネルギー、ビッグデータへの対応と人工知能応用
しかし、ドレイバレス・システムを支えるのは、
運転や設備をよく理解した人の力

当面はGoA2.5? しかし、 数年内にGoA3をめざした技術開発 ---- When GoA4???




Friday, 21 September 2018

2018年度冬学期 「制御工学第二」月曜日1限 @242教室 (2019/01/03 改訂)

制御工学第II
月曜日第1限 08:30-10:15 242教室

古関隆章・堀 洋一
Ext. 26676, takafumikoseki @ ieee.org

What's new:
10/01 の講義、列車ダイヤの大幅な乱れのため20分繰り下げて行いました。
10/31 第1回目の演習問題(12/3提出)をアップロードしました。
11/26 堀先生のテキストへのリンクがいまだにないとのご指摘に従い、そのリンクを張ります。こちらからご入手ください。(講義の最初で申し上げたPW付)
12/07 第2回目の演習問題(01/08 17:00  まで事務室課題レポート提出box)をアップロードしました。講義での予告よりも作業が遅れてしまいすみませんでした!
12/18 ご指摘があり、大学のカレンダー上01/07の講義ができないことが判明しました。これに伴い、「01/07の講義で回収」としていた第2回目のレポート提出方法を変更します。01/08の17:00  まで事務室課題レポート提出box にご提出ください。
また、01/07の講義の代替となるような解説と演習問題も01/07にダウンロードしていただけるよう準備するつもりです。

01/03 12/26の堀先生の講義内容に関する資料と、期末テストの会場で提出していただく第3回目のレポートをアップロードしました。


  ---1. 制御工学第二講義日程 ---
(01) 10/01(Mon) 開講日: 状態空間におけるシステムの取扱(1):夏学期の復習、講義の構成など導入的説明、状態変数と状態方程式I

(02) 10/15(Mon) 状態空間におけるシステムの取扱(2): 状態変数と(線形システムの)状態方程式II, 実現問題

(03) 10/22(Mon)  状態空間におけるシステムの取扱(3): 状態遷移行列の導出と性質
  状態遷移行列と時間応答シミュレーション、可制御性と可観測性

(04) 10/29(Mon)  状態空間におけるシステムの取扱(4):
         状態FB制御系の設計の考え方: 最適制御、LQR入門

第1回の演習問題の出題 ここからダウンロードし12/3の講義でご提出ください。

(05) 11/05(Mon) 状態フィードバック
状態FB制御系の設計の考え方
一次元 時不変 線形系のリカッチ方程式と最適制御の例題
最適制御(LQR)における評価関数の直感的理解について

(06) 11/08(Thu) 状態フィードバック
状態F LQR, LQRの解の最適性の証明
極配置法<=多項式法と最適制御(LQR)

(07) 11/12(Mon)
状態推定の基礎指令値追従形制御への拡大系の構成(状態FBの補足事項)

(08) 11/19 (Mon)
状態推定と定常カルマンフィルタ

(09) 11/26(Mon)
ディジタル制御(1): 空間量子化と時間量子化サンプリング動作の数学的表現、サンプリングを含む系の取扱とZ変換

(10) 12/03(Mon)
ディジタル制御(2): サンプリングを含む系の取扱とZ変換(続)、ディジタル系安定性判別、標本化定理とエイリアス現象 sとzの関係

 11/26, 12/03 の古典的デジタル制御に関する講義内容をまとめたスライドのコピーをこちらでご覧ください。

第2回の演習問題の出題 ここからダウンロード01/08 17:00 までに事務室のレポート提出用Boxに、ご提出ください。(12/18更新)

(11) 12/10(Mon)
居村先生特別講義: 非接触電力伝送とその制御技術

(12) 12/17(Mon)
藤本先生特別講義 最高精度を求める制御技術の研究

(13) 12/26 (Wed) 月曜扱い (意図しなかった)最終回
非線形制御入門 (堀)

堀先生からご提供の12/26の説明内容である非線形制御入門の資料をこちらでご覧ください。特に12/26の講義を欠席した人は、これをよく読んでバックアップの自習をし、第3回めのレポートおよび期末テストの該当問題に取り組まれることをお薦めします。

(--) 休講 01/07 ここはもともと講義の枠がなかったことが判明しました。古関の不注意でご迷惑をおかけしてすみません。ここで解説したかったデジタル再設計については、申しわけありませんが、下記の第3回目の演習レポートの中で説明の資料を準備しましたので、これを利用して自習してください。第3回の演習問題を ここからダウンロードし、期末テストの会場でご提出ください。


-----------------------------
(14) 01/21
08:30-11:30  期末テスト@242 +講義アンケート

(好きなことを書いたA4の紙1枚を持ち込み可とします。
学位論文審査との重複で、古関は試験監督ができないため、当日の監督を古関研究室の大西亘先生にお願いすることになりました。)

-----------------
制御工学第一の内容(復習)
1.序論
 1.1 制御工学とは何か
 1.2 制御システムの例,分類
 1.3 閉ループ制御と開ループ制御
 1.4 制御工学の歴史

2.システム動特性の表現
 2.1 信号伝達と状態遷移
 2.2 動作点まわりの線形化
 2.3 線形システムの表現
(2.4 ラプラス変換法の基礎)
 2.5 ブロック図とその合成
 2.6 特性の計測法

3.制御システムの安定性
 3.1 線形システムの安定性
 3.2 ラウスの安定判別法
 3.3 ナイキストの安定判別法
 3.4 フィードバック系の安定度指標

4.フィードバック制御系の基本特性
 4.1 入力追従特性と外乱抑圧特性
 4.2 定常誤差と誤差係数
 4.3 2次系の過渡応答
 4.4 2次系の周波数応答
 4.5 高次系の代表根

5.線形フィードバック系の補償
 5.1 フィードバック制御系設計の基本指針
 5.2 直列補償とフィードバック補償
 5.3 ニコルズ線図を用いた制御系設計
 5.4 根軌跡を用いた制御系設計
 5.5 直列補償とPID調節計
 5.6 フィードバック補償

6. 制御工学第二から制御工学第一への移行
 6.1 古典的制御の復習と状態空間法との関係(フィードバック制御と多項式法など)
 6.2 状態空間におけるシステム序論:連続量と離散量

---
2. 教科書・参考書
新: 制御理論の基礎 昭晃堂 (これは生協などで購入可能と思われる。)
(堀・大西: 応用制御工学 丸善

ただし、この本は現在書店で入手できない。図書室にはあるはず。履修者の皆様の学修の便のため、堀教授にお願いし、制御工学第一のときと同様に原稿のpdf版をいただいているので、こちらのリンクからご入手ください(講義初回で示したPW付)。
いずれにしても、上記は教科書指定ではなく、推薦参考書なので、授業では該当ページを示すのみで板書の内容と一対一の対応にはなっていない。主として、自宅 学習や演習問題を解く際の参考として活用してほしい。具体的にはいろいろと探してみて自分に合うと思う本を買って学ぶのが良い。

平井・羽根田・北村: システム制御工学 森北出版
金原・黒須: ディジタル制御入門 日刊工業新聞社
小郷・美多: システム制御理論入門 実教出版社
前田・杉江: アドバンスト制御のためのシステム制御理論 システム制御情報学会編 朝倉書店
正田: 制御工学 培風館

MATLAB: SimuLink, Control tool boxなど
計測制御学会誌、電気学会雑誌、論文誌など

3. 授業の受け方
式を自分で追ってみる-------演習問題。
学生実験課題19で体験する演習のように、Octave, Scilabなどを用いたシミュレーションもできると良い。
(このブログの並びにある実験課題19の解説を参照されたい。)
演習問題のレポートをすべて期限内に提出することを、期末試験を受ける条件とする。

A4の方眼紙をノートとせよ: 授業は基本的に板書を中心に行う。
色鉛筆を用意する-------作図の理解に便利。

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位相面軌跡と記述関数法を堀教授が12月末に丁寧に解説してくれるが、非線形制御の解説は一般に手薄になりがち。参考書の相当部分を自主的に読んで自分でも実務的な手法を学ぶべく努めてほしい。

Thursday, 9 August 2018

3年生Aターム実験課題 No. 19 制御系設計と運動制御 (コントロールラボ担当 2018/09/27 改訂)

 堀、藤本、古関、大西が共同で担当する課題19では、電気―機械系の相互作用で生ずる運動制御を通じ、講義で学んだ制御理論、特に、フィードバック制御 を、外乱の影響や機械的振動の抑制を体験することで実践的に学びます。そして、制御系設計法を実践的スキルとして体得することを目的とします。

 本課題の履修者は、動的な物理現象への技術者としての関わり方、制御理論の基礎的な考え方を身につけることができます。同時に、ロボット、工作機械や搬 送装置などのための産業用ドライブ、車両駆動など、広い範囲の実務に臨む際の有力な武器となる技術的素養を、この経験を通じて体得することが期待されま す。

重要: 初日に自分の使用するノートPCを必ず演習会場に持ってきてください!

演習および実験の場所と時間: 3日目以後は三号館の実験室に集合

実験の正規の時間: 13:00-16:40
[1] 09/27, 10/01 前半の演習@413 号室   04, 08, 09 後半の実験@3号館電力実験室
[2] 10/11, 15  前半の演習@413号室   10/16, 18, 22 後半の実験@3号館電力実験室
[3] 10/23, 25 前半の演習@413号室    10/, 29, 30, 11/01 後半の実験@3号館電力実験室

Octave(, MATLAB, Simulink)の使用法については、関連の参考書やweb上の説明(例)などを見てください。
「Matlab 基本 初心者」などのキーワードで検索をすると、親切な解説を日本語で書いている方もいらっしゃります。最も早く学ぶためには、適切な入門的参考書を本屋で1冊購入することだと思います。(アマゾンなどでキーワード検索をかけると良い参考書が見つかるでしょう。)

 また、学生版を自分で購入する方は、このページから、(あるいは大学生協などを通じて)申し込みができると思います。フリーソフトSciLabの入手はこちらから。
 Octaveというフリーソフトは、よりMatlabに似た使用環境を与えてくれます。Octave, Scilabともに、UbuntuなどのLinux上のソフトとしても使用可能です。本演習では、主としてこのOctaveを用いて学ぶことにしましょう。

演習、実験に必要なテキストおよびファイルを以下から事前にダウンロードしてよくお読みください。

------------演習/実験の内容の解説と必要ファイル(工事中)----------------
(リンクを右クリックで「新しいタブで開く」として、ファイルを閲覧あるいはダウンロードしてください。)

(1) 制御CAD演習テキスト https://www.dropbox.com/s/2g8qe5pczosx2vh/Enshu180927.pdf?dl=0
 (演習、実験の詳細な時間的スケジューリングは、TAの指導にしたがって柔軟に調整してください。 9/27にリンクを正式版に更新しました。)

(2) 数値計算ツール Octave 日本語での解説はこちら

----実験課題----
(3) 一軸ロボット実験指導書https://www.dropbox.com/s/9v5a8o1yx8se5cj/horitxt181002.pdf?dl=0
(堀教授 2018年度版 初版 9/27にリンクを本年度初版に更新しました。)   


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提出レポートについての具体的指示

<親レポートとして出す人>
演習問題の中で赤で書かれたもの(できるだけ網羅的に)
+実験(結果と考察を中心に) 考察課題 (2)+(5)+(7) +α

<子レポートとして出す人>
実験(結果の簡単なまとめ)+ 考察課題 2つを選んで提出