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。


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(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。)

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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

Tuesday, 12 June 2018

Lecture record: Japan in the Global 21st Century: Retrospectives and Challenges on The 150th Anniversary of the Meiji Restoration, 22-24 June, 2018, Istanbul


 Research topics for railway technology in Japan
 --- for sustainable growth of our society----
Takafumi KOSEKI, 
(Professor at the Dept. EEIC, The University of Tokyo, Japan) Revised on the 17th June 2018 


Abstract

 Immediately after the Meiji Restoration 1868, the railway was introduced to Japan in 1982. Japanese government built the Engineering College in 1871, and the electrical engineering education was started by Prof. W. E Ayton in 1873. This is the globally first department of electrical engineering.   Electric engineers have a substantial contribution to the extension of the railway network in Japan, In this colloquium, the author introduces the history and his present research activities briefly, and explains present status of Shinkansen technology, the Japanese High-Speed Ground Transport, and technical development of Japanese Maglev.

(The following table of contents was revised and reduced in order to adapt the presentation time shorter than my initial expectation informed on the 14th June 2018. )

Table of contents 

0. Self-introduction &  The Univ. of Tokyo
1. General introduction: Electric Railway
2. Electric power supply to a railway
3. Japanese Shinkansen---advantage of AC-drives
4. Another high-speed solution: MAGLEV

5. Concluding remarks

A. Research on railway energy management in DC urban electric trains

Slide contents


[1] Title slide:
 Research topics for railway technology in Japan
 --- for sustainable growth of our society---
[2] Contents

[3] Department of Electrical Engineering and Information Systems at the University of Tokyo
[4] Dept. EEIS: Campus
[5] KOSEKI Lab. at Department of Electrical Engineering and Information Systems at the
University of Tokyo

[6] The first department of electrical engineering
[7] The birth of Dept. EE, UOT
[8] Dept. EE UOT established in 1873

[9] General Introduction: Electric Railway
[10] Railway as a mass ground transportation
[11] Large transportation market in Tokyo area

[12] Electric power supply to a railway
[13] Birth of electric traction and its strong points
[14] Early railway history of JAPAN

[15] Japanese Shinkansen
[16] Japanese High-Speed Trains=Shinkansen
[17] The first Shinkansen 0-series
[18] Power Electronics (0) contribution to compact subsystems
[19] Shinkansen 100 series
[20] Power Electronics (1)  contribution to compact subsystems
[21] Era of ASM: JRC 300series (1992)
[22] Power Electronics (2)  contribution to compact subsystems
[23] Asynchronous AC motor
[24] Technology for reducing running resistance in N700
[25] Active floor inclination control
[26] Efforts to reduce environmental impact for Shinkansen presented by JR-Central
[27] Challenge to high-speed HAYABUSA/ E5-series, JR-East

[28] Another high-speed solution: MAGLEV

[29] Governmental advisory board for Chuo-Shinkansen
[30] Solution choice of Superconducting EDS
[31] Miyazaki Test Track
[32] Yamanashi test-track: power electronics and better SC-magnets
[33] Superconducting Electrodynamic Suspension and Linear Synchronous Motor
[34] New technology for wireless onboard power supply
[36] Route plan:  Nagoya-Tokyo
[37] Actual rolling stock L0 presented by JR-Central on 2013/06/03
[38] Comparison of running-profiles of major HSGT's

[39] Concluding remarks
[40] Conclusions

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Appendix (A part of not presented)
[42] Electric Energy Management in Japanese DC railways
Energy-Saving Automatic Electric Train Operation by Maximal Usage of Regenerating Brakes
[43]Introduction

[44] Theoretical aspect for energy-saving effort
[45] General strategies to reduce energy
[46] Fundamental strategies for energy-saving operation
[47] Three strategies for energy-saving train operation
[48] How to dig out “hidden time” for energy-saving
[49] Three strategies for energy-saving train operation
[50] Image of improved running profile
[51] Linear Induction Motor at a linear-metro rolling stock
[52] Traction curve of a LIM
[53] Circuit configuration of DC-power supply for calculating a change of panto-graph voltage
[54] Three strategies for energy-saving train operation
[55] Efficiency map in powering mode

[56] Theories for energy-saving effort
[57] An example of train-running profiles under sectional inequality constraints in speed numerically optimized by dynamic programming
[58] An example of train-running profiles under sectional inequality constraints in speed numerically optimized by dynamic programming II
[59] Optimization for difficult cases
Fundamental modeling for parametric optimization of notch-input actions
[60] How to optimize running profiles efficiently under sectional inequality constraints in speed numerically optimized by improved DP
[61] Energy-Time chart and equal sensitivity condition for total minimal energy consumption


[62] Experimental verification: Vehicle test on a commercial track in 2015
[63] Vehicle tests in 2015: Dr. Watanabe’s works with JSA
[64] Example of operation improvement
[65] Steps of operation improvement
[66] Summary of final achievement of our energy-saving efforts
[67] Conclusions of the research on the E-saving ATO


An encrypted copy of the slides presented by me is available here.

Monday, 4 June 2018

2018年6月04日 環境電気工学(古関担当分)資料

6/04  古関担当の環境電気工学の講義の資料(暗号化スライドファイル, 含むレポート課題)をこちらからご入手ください。


同じレポート課題を、以下に PWなしで再掲します。

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電気鉄道と電気自動車は、ほぼ同じ19世紀末に歴史的登場を見た。しかし、20世紀以降における両者の技術の発展、実社会における活躍の様子には大きな相違があった。
(1) 上記の相違がなぜ生じたかを論じよ。

(2) 電気自動車技術の発展にも影響され、現在、電気鉄道でも、エネルギー蓄積素子を地上の電力設備および車両に搭載する研究開発が行われている。その得失について、君の考えを述べよ。

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Thursday, 24 May 2018

日本鉄道技術協会講演会の資料のページ 6/1 (6/4改訂)

JREA技術講演会 

古関の拙い講演をお聞きくださりありがとうございます。その際の資料(暗号化pdf)こちらにてご覧ください。なお、6/4に、講演時のご指摘を反映させたものに版を改めております。

ご聴講とご指導ありがとうございました。 

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2018/06/01 技術講演
「次世代の公共交通システムードライバレス自動運転実用化への挑戦ー」配布資料
古関 隆章 (東京大学 大学院) 
 投影スライドの控えを 上記のリンクから講演後にご覧いただけるようにします。ファイ暗号化されていますので、PWとして、P###############1 を入力してファイルをご覧ください。

[1] 次世代の公共交通システム ー ドライバレス自動運転実用化への挑戦ー 
古関隆章(東京大学) 

[2] はじめに
都市鉄道の運転とその将来
Automated Guided Transport と自動運転
なぜ自動運転か? 
地下鉄への適用:国際動向 標準化
日本の地下鉄事業者の取り組み
自動車と鉄道の自動運転技術
都市鉄道一般への展開と技術的課題: 最近の検討の動向
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] 大都市の大量輸送

[5] 人口減社会における公共交通の重要性

[6] 持続可能な鉄道経営のために
情報通信技術の活用
需要への柔軟な対応
利便性を追求する短編成高頻度運行,
デマンド運行?
持続可能なビジネス: 省力化と高安全・高信頼運転の両立

[7] Automated Guided Transport と自動運転
[8] 1980年台に始まる新交通システム
[9] 魅力的な都市空間活用と移動手段
[10] 利便性と高速性

[11] なぜ自動運転か?

[12] 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さらなる価値

[13] 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
いつも長編成の列車を走らせておくわけにはいかない
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

[14] 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) 交通弱者への対応: 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

[15] システムによる運転ならではの付加機能
1. イベント対応 高頻度運転
2. 終夜運転 (除雪のみの目的でも)
3. 省エネルギー運転(後述)
4. 電力融通を考慮した複数列車同期運転
5. 状態監視のための運転?

[16] 運行管理との融合 ビッグデータと学習機能?

[17] 運転整理における柔軟性の拡大
(1) ドライバレスなら乗客と列車の筋で運行管理が可能に
(2) 現在でもATOの方が、運転再開は早い?
(3) OCCがすべてを把握し、情報を送り、列車を動かす
(4) 多くの手を「定石」としてもっておく
      (電力システムのマネージメントも含む?)
(5) 機械学習でシステムも経験を積む?

[18] 地下鉄への適用:国際動向 標準化

[19] パリ地下鉄における実用化
地下鉄14号線で無人運転の実用化
← IEC62267に準拠した設計、ホームドア(フルスクリーン)による無人運転の実現化
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は対応するが、万が一の場合は、Staffが30分以内に到着し、避難誘導を行う

[21] Bombardier社のビジネスモデル シリーズで世界展開 Innvovia
[22] 世界市場の広がり

[23] 欧州の動向: ニュルンベルク地下鉄の事例

[24] 国際標準化 IEC 62267 WG39
(1) 都市交通システムの運転士による運転を自動運転にする場合の、
リスクを低減させる方策例を述べ、安全性要件を述べる規格
(RATP関係者が、国際主査)
(2) 都市交通の運転の機能を整理して、役割をStaffか、systemかによって、
自動運転の程度を階層化する
(3) DTO(Driverless Train Operation)、UTO(Unattended Train Operation)
を自動運転と定義する
(4) 現在の日本の無人運転システム(ゆりかもめ等の新交通システム)も
この規格に準拠している
(5) ホームドアの安全性要件もこの規格で記述されている

[25] IEC 62267 WG39における運転方式分類
[26] 日本における自動運転の実現方法
[27] 国内標準化 JIS E 3802
(1) IEC62267の成立を受けて、自動運転装置(ATO)のJISの改定を行った。
(2) 自動運転装置(ATO)の試験法を定める規格で、IEC62267とは直接リンクしないものの、安全確保の考え方、ATOの機能は準拠している。
(3) ATOの構成についても規格化されているが、IEC62267は、構成そのものについては、規格化はしていない
[28] AGTにおける先行的展開
(1) 日本では、高架構造の新交通システムでUTO,DTOが実現されている。
(2) これは、避難誘導が比較的簡易に実施可能なことによる
(3) 基本的に、日本の新交通システムは、故障しない、駅間に停止しないことを
前提とした設計となっている。
(4) 地下鉄で実用化されないのは、トンネル内火災の場合の対応、避難誘導に
関して、車内にstaff(特に先頭)がい(て、異常を監視す)ることが基本と
なっているためである。
(5) この監視機能(火災等の異常)、避難誘導が、現状のStaffと同程度に実施
可能ならば、ドライバレス地下鉄は可能
(6) 福岡市交通局七隈線はDTOであるが、これは、設計時に、十分な駅部火災対策
を行い、また、先頭にStaffが乗車していることにより実現された。

[29] 日本の都市交通の運転自動化に向けた取組

[30] 日本の地下鉄事業者の取組

[31] 日本地下鉄協会における調査検討(1)
福岡市 七隈線 2005年 2月開業
2001年度: 日本地下鉄協会で、次世代地下鉄システム研究委員会(委員長 東京理科大学 正田英介教授 当時)
魅力有る駅空間の創造とドライバーレス運転の本格的な導入による安全性、利便性、快適性、経済性向上の可能性を集中的に討議: 2002年6月に報告書

[32] ドライバレス運転: 経済性は如何?

[33] 福岡市交通局の挑戦

[34]  日本地下鉄協会における調査検討(2)
引き続き、国土交通省での ドライバレス運転検討会
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」  =>当面は運転士付きでの開業とした。
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12回開催し、検討継続中 

[35] 日本地下鉄協会における 海外調査

[36] 最近の各社での検討

[37] 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。

[38] 車上鉄道スタッフの役割と責任?
<男の鉄道?>:適性は男性にあるのか?
これは国際的には愚問:ドライバレスはお猿の列車?
安全確認、避難誘導は女性の方が適している?
セキュリティ管理巡回員 おっさん のほうが良い?
2. 行政の意思(省令など?)と鉄道事業者の判断
 安全上の判断を求められるなら、スキル・訓練の
 要求レベルは高い

[39] (2018時点で)懸念すべきことと技術基準の検討

[40] 自動車と鉄道の 自動運転技術
[41] 付加的機能から入ったITS---自動運転なんて....
[42] 自動運転はビジネスの核心に?
[43] 自動車の自動運転
[44] 自動化レベル
[45] 急激な変化 
エンジニアのおもちゃから実用化期待への劇的展開?
[46] 自動車の駆動技術の電気化と自動運転の相性
(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....
  電気現象は機械系より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) 情報も電力供給も道路から: 走行中WPT

[47] 鉄道と自動車:融合研究分野ITSへの 交通研の取り組み
[48] 問題の核心:(自動車自動運転における)安全の責任論
[49] 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)

[50] 都市鉄道一般への展開と 技術的課題

[51] DTO@地上の都市鉄道でさらに考えるべきこと
(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

[52] 省エネルギー運転と自動運転
[53] 省エネルギー運転の基本思想と 「水間プロジェクト」
省エネルギー運転の基本(2010年時点で):運転支援による省エネ
(1) エネルギ蓄積デバイスの導入は当面将来課題とする。
(2) 走行時分は守る。
(3) 出来るだけだ行を長く導入する。
(4) 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ぐ。 
    定電力ブレーキ!
(5) 無駄な再力行を避ける。
(6) 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
[55] 省エネルギー運転の基本思想と 「水間プロジェクト」 実装法と実績
[56] 省エネルギー運転 「水間プロジェクト成果例 in 2012」
[57] 日本地下鉄協会 での省エネルギー運転実証試験


[58] 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 ドライバレス化に向けた検討は,新交通システムでの実現は先行したものの、在来鉄道では、「黒船」対策として始まった。
 ---在来鉄道における実用化では、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、

「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?