Tuesday, 7 November 2017

交通ラボ 駒場講義 2017/11/08「リニアモータを用いた 軌道系交通の技術」(2017/11/08 22:15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〜

でお話をした内容に関わる資料とスライドコピーの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。日本語での解説文献へのリンクをスライドのファイル中に付加する変更を、講義後に加えております。 2017/11/08 22:15 JST)

スライド中にもあるように、古関担当講義(2017/11/08)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--------------

Thursday, 2 November 2017

2017/11/06 技術講演「都市鉄道の自動運転にむけて ---ドライバレス運行の国際動向と技術的課題---」の補足資料

拙い講演にご参加くださりありがとうございました。その概要を以下に記します。11/7 10:30 JST に講演後の質疑のまとめも含めたスライド控えの更新をしました。

当日見ていただいた
 スライドの控えはこちらからご入手ください。(暗号化pdf 約4.8MB 2017/11/07 10:30 更新版)

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「都市鉄道の自動運転にむけて ---ドライバレス運行の国際動向と技術的課題---」スライド概要
古関隆章・水間毅(東京大学 大学院)

[1] 都市鉄道の自動運転にむけて---ドライバレス運行の国際動向と技術的課題 水間毅・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
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
朝ラッシュ時の最頻度運転: 
千代田線北千住 平日 8時台 23列車 
中央線新宿駅 8時台 22列車
輸送量比較:
通勤車 約140人/両
   例 E233系 10両編成で1539人  
バス 60-70
路面電車 約70人/両 (約20トン)
ナンシーTVR  145人 
トランスロール 110
航空機: 定員420
[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] 情報通信技術の活用 
サイバー・フィジカル空間としての都市鉄道
[13] 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
[14] 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
[15] 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
[16] 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?
[17] 運行管理との融合 ビッグデータと学習機能
[18] 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?

[20] 地下鉄への適用:国際動向 標準化
[21] 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、OCCOperation 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、Staff30分以内に到着し、避難誘導を行う
[22] Bombardier社のビジネスモデル シリーズで世界展開 Innvovia
[23] 世界市場の広がり
[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
[27] 日本における自動運転の実現方法
[28] 国内標準化 JIS E 3802
(1) IEC62267の成立を受けて、自動運転装置(ATO)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
[29] 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。
[30] 日本の都市交通の運転自動化に向けた取組

[31] 日本の地下鉄事業者の取組
[32] 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: 20026月に報告書
[33] ドライバレス運転: 経済性は如何?
[34] 福岡市交通局の挑戦
[35] 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。
20142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 
[36] 日本地下鉄協会における 海外調査
[37] ドライバレス運転: 添乗員と巡回員
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] 2017時点で)懸念すべきは?

[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] 交通研の取組:広島における路上試験
[49] 問題の核心:(自動車自動運転における)安全の責任論
[50] 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)

[51] 都市鉄道一般への展開と技術的課題
[52] 無線列車制御CBTC 軌道回路からの解放
(1) ERTMS レベル3
(2) ATACS
(3) JR西日本による国際標準を意識した技術検討
[53] 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

[54] 省エネルギー運転と自動運転
[55] 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!)
[56] 人にとっての省エネルギー運転の難しさ
[57] 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
[58] 省エネルギー運転 「水間プロジェクト成果例 in 2012
[59] 日本地下鉄協会 エコレール検討会
2013年度から3年間 日本地下鉄協会の取組
リニア地下鉄
 LIMの高効率化
 操舵台車導入効果
 省エネルギー運転
 ATOへの実装と評価
[60] 適用事例:走行時分を守るには? 埋蔵時間発掘
[61] 適用事例:リニア地下鉄における省エネ運転
[62] 適用事例:典型的な省エネ運転化の例
[63] 適用事例:ジャーク制御時間の短縮
[64] 適用事例:リニアモータ効率マップの測定
[65] 適用事例: 数値的最適化を用いた 省エネ運転曲線の導出(動的計画法)
[66] 適用事例:走行エネルギー測定
[67] 適用事例:駅間走行エネルギー削減例
[68] 適用事例:現車試験で得られた成果

[69] おわりに
[70] まとめ 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。 ?? 
昨今の有名メーカの悪いニュース 
 鉄道の安全神話に対する市民の信頼 在来鉄道の自動運転導入のバリア
 運転士、乗務員への信頼の高さ、機械、システム代替への故障時の
 対応への不安!?  高齢社会で乗務員の質・量確保に困難か?

高齢・人口減少社会における 安全ヒューマンモビリティの確保
日本初のシステムの国際競争力強化
 日本産 自動車 の生き残りをかけた研究開発 
    自動運転活用は自然かつ不可避な技術的方向性

慎重な行政: 鉄道事業に本当にメリットがあるか という疑問?
実績を通じ 社会の信頼を地道に得ていく努力の必要性

自動運転の付加価値: 人口減少社会での持続的鉄道運行、

 ----- 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?

講演後の議論

Q1: 運転士もしばしばミスをする、むしろ全自動化のほうが安全性が高くなるという視点で議論をすべきでは?
それは、原則的に正しく、少なくとも安全に列車を停止させるというところまでは、自動化されたシステムで信頼性を高めることができる。しかし、その後の旅客への適切な案内や避難誘導などは、スタッフの力が重要で、それをどのようにシステム化できるかは各事業者の事情も勘案しつつ注意深い設計が必要だろう。(水間)
Q2:  乗車率180%もあるような大量軌道交通も本当にドライバレスATO化の対象と考えるのか?
その議論はかつてヨーロッパでの国際標準化の議論の中でも行っている。ヨーロッパでは大量輸送への対応も優れた自動化で解決すべきという視点である。(水間)日本ではミニ地下鉄のようなところでまず実現をし、経験を積むことでより広い適用範囲を決めるという、「石橋を叩いて渡る」アプローチが自然と考える。(古関)
Q3: なぜヨーロッパでは早い時期に普及したドライバレス運転が、技術的に顕著に劣っていると思われぬ日本での実用化が難しかったのか?
日本は、圧倒的に人が多く、安全上の懸念事項が多い一方で、運行費用を全自動化で積極的に抑制するという強いインセンティブが、少なくとも急速な経済成長の下では働かなかったということがあると思うが、今後のことを考えれば全自動化は積極的に取り組むべき課題。また、日本における公共交通の安全性に対する社会的期待・要求の高さが新技術実装のハードルとなっていきた点にも注意すべきと考える。(古関)

その他、単線並列運転と全自動運転の将来的な関係性なども話題となった。

Wednesday, 25 October 2017

Zoho使ってみました。<ーースイスからのオンライン遠隔補講の準備

10/23の朝の講義を、台風のためやむを得ず急遽休講とした結果、制御工学第二の、講義時間が不足してしまうことになりました。そこで12月の欧州滞在中、休講予定としていたところで、何とかその補講の措置取る方法を急遽検索したところ、最近Webinar のツールがいろいろ提供されていることがわかりました。

evernoteやGoogle driveを使用する以前から、Zohoを自分自身のメモや予定帳を記入するクラウドのツールとして細々と使っていたのですが、そのZoho meetingにWebinarのサービスがありました。50人まで参加可能なWebinarの有料サービスを1ヶ月だけ契約して、12/4の制御工学第二の講義を、スイスのホテルから試行すべく準備をしようと思っています。

準備ができ次第、制御工学第二の講義の中でその具体的な参加法などを紹介したいと思います。遠隔からの講義が技術的にうまくいくかどうか自信はありませんが、12/4の1限は履修者の皆さんは、ご自身のPCをネットに繋いで、オンラインの講義に参加をしてみてください。

Tuesday, 22 August 2017

Electric Engineering for Transport System Room 244 (Revised on 2017/12/05)

Electric Engineering for Transport System

Takafumi KOSEKI
Friday 08:30-10:15
Room 244/the 4th floor No.2 Engineering Building

This lecture shall be held in English for foreign students, (possibly except for some invited Japanese lectures in Japanese, if there are).

Foreign students in the school of engineering, as well as in school of frontier sciences and the school of information science and technology are cordially welcome!!

------------
[01] 29. September:  Opening of the lecture: General introduction
Weekly report to be submitted on the 6th October: Download
Copy of the slides on the 29th September:  Download (Encrypted)

[02] 06. October: Electric railway (1): Electric traction control
Weekly report to be submitted on the 13th October: Download
Copy of the slides on the 6th October:  Download

[03] 13. October:  Electric railway (2): Traction control_ctnd and high speed ground transportation
Weekly report to be submitted on the 20th October: Download

[04] 20. October:   Electric railway (3): Electric energy supply
 Weekly report to be submitted on the 27th October: Download
Copy of the slides on the 20th October: Download

[05] 27. October:  Electric railway (4): Planning of railway operation, ICT services in public transportation
 Weekly report to be submitted on the 10th November: Download
Copy of the slides on the 27th October on Operation Planning (encrypted): Download
Copy of the slides on the 27th October on ICT-applicaitons (encrypted): Download

[06] 10. November:  Electric railway (5):
ICT services in public transportation: continued
Introduction of Linear Drives and Maglev
Copy of the slides on the 10th November on Linear Drives and Maglev (encrypted): Download
Weekly report to be submitted on the 17th November: Download

#[07] 14. November:  Electric railway (6): Interaction of railway operation and power management
Copy of the slides on the 14th November on  energy-saving train operation (encrypted): Download

[08] 17. November: Other public transportation, and Intelligent Transportation System
Copy of the slides on the 17th November on urban transport and elevators (encrypted): Download
Weekly report to be submitted on the 12th January: Download

*[09] 1. December: Special lecture by Prof. T. Mizuma
Signalling and safety system in public transportation 安全の仕組み:信号・保安システム 

*[10] 8. December: Special lecture by Prof. T. Mizuma
Electric automobile and its traction control, Automatic driving 電気自動車の駆動制御と自動運転について

*[--] 15. December:  The special lecture on Chinese railway technology has been cancelled because of the spontaneous change of the situation of the lecturer. I am very sorry for this cancellation.

*[11] 22. December; Special lecture by Prof. T. Mizuma
Electromagnetic Compatibility in Transportation 交通における電磁両立性

*[12] 5. January: Special lecture  by Prof. Imura
Application of wireless power transmission to transportation 交通における非接触電力伝送の技術とその可能性

[13] 12. January (Tue):
Other guided transports, e.g., elevator, cable cars and new transportation systems
   <===What Koseki observed in Europe.

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Lecture policy/Examination: weekly and semester reports

Semester report
(1)Subject: from keywords from the lectures;
(2)Original summary by yourself (A4 3-5pages);
(3)No identical subjects from a laboratory; and
(4)Examples of possible subjects have been announced here.

レポート提出場所と期限(重要)
Dead line of your submission: 11:59 on Friday, the 26th January 2018
By e-mail to

    takafumikoseki  AT  infoseek.jp

with Subject: eetrs17_Report_YourName
(example eetrs17_Report_TakafumiKOSEKI)


Requests:

具体的条件
1.締切日は2018年01月26日(金)11:59
Deadline: at 11:59 on Friday, the 26th January 2018
2.締切後、数日内に受領確認の返信をします!
Koseki will send you acknowledgment in several days after your submission.  
3.ファイル形式はpdfの添付書類とする
Please send your report in pdf.
4.ファイル容量は大きくとも約3MB未満におさめてください。
The file shall be smaller than 3MB.


「英語講義」ではなく「バイリンガル講義」なので、日本語のほうが書きやすい学生は、レポートを日本語で書いてもよい。(日本語で書いたからといって、採点上不利になることは無い!)


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Official textbook: None
Files of weekly reports and hand-outs: Links shall be on this page: Click them!

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Recommended books: 

1. E. Aoki, etal: "A History of Japanese Railways 1972-1999," East Japan Railway Culture
Foundation, March 2000, ISBN4-330-67901-9
2. Joachim Fiedler "Bahnwesen" 4. Auflage, Werner Verlag
3. 持永: 電気鉄道技術入門 オーム社
4. 「電気工学ハンドブック」オーム社・電気学会
5. 曽根、小谷、向殿編「図解 電気の百科」オーム社
6. 丸山弘志ほか(鉄道総研)「電気・電子技術者のための鉄道工学」丸善
7. 電気学会(電気鉄道における教育調査専門委員会)編「最新鉄道工学」コロナ社
8. 久保田 「鉄道工学ハンドブック」グランプリ出版
9. 機械学会「機械工学便覧 交通」
10. 土木工学協会「土木工学ハンドブック」 技報堂
11. 鎌田・藤岡他「自動車プロジェクト開発工学」技報堂
12. 古川修監修:自動車のしくみパーフェクト事典 ナツメ社
13. デンソーカーエレクトロニクス研究会著, 加藤光治監修:図解カーエレクトロニクス[上][下] 日経BP社

定期刊行物 Journals:
12. IEEE Transactions VT, ITS, IAS, IE, PES, ...
13. Railway Gazette International
14. Elektrische Bahnen
15. 電気学会雑誌、産業応用部門誌
16. 計測と制御
17. 電気学会 交通・電気鉄道研究会資料、ITS研究会資料
18. 電気学会 産業応用部門全国大会講演論文集、全国大会講演論文集(特にシンポジウム)
19. 電気学会技術報告
20. RRR, 各社技報, 鉄道車両と技術(レールアンドテック社)、各種鉄道協会誌、
21. Web site http://www/rtri.or.jp など

2017年度冬学期 「制御工学第二」月曜日1限 @242教室 (2017/12/05 更新)

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

 本年度は古関が11/26から01/06までの間、日本に不在のため、例年よりも少し少ない講義回数での計画となりますこと、お赦しください。

What's new: 

17/08/22 初稿アップロードしました。
17/09/24 リンクの加筆など微修正。
17/10/26 この講義と直接の関連はないのですが、実験課題19の制御・CAD演習の第1期の提出レポートへのフィードバックコメントを、ここに記載しましたので、今後のレポート提出あるいは皆さんの制御の勉強のためにご参照ください。
17/12/05 第2回目の演習問題をアップロードしました。


  ---1. 制御工学第二講義予定 --- 

(01) 09/25(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
  (9/25の講義は、古関の都合で09:45に終了いたします。)

(02) 10/02(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) 10/16(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

10/23の講義は台風のため休講としました。
これに伴い、どこかで補講の可能性を探ります。(12/4?)

(04) 10/30(Mon)   状態空間におけるシステムの取扱(4):
           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
   状態FB制御系の設計の考え方: 最適制御、LQR入門

☆第1回演習問題をここから入手し、11/20の講義時に提出してください。

(05) 11/06(Mon)  状態フィードバック
状態FB制御系の設計の考え方: 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)における評価関数の直感的理解について      

(06) 11/13(Mon) 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  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)

(--) 11/15 (Wed) 再度休講にします


(07)11/20(Mon)
状態推定と定常カルマンフィルタ

11/26-01/06は古関は日本を離れます。

☆(08) 11/27(Mon)
 (藤本先生特別講義 最高精度を求める制御技術の研究)

(09) 12/04(Mon) スイスからのオンライン補講試行(古関)
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

(初めての試みのため、うまくいくかどうか自信がないのですが、)それぞれのPCから以下のリンクあてに接続願います。登録時に、学生証番号、名前を登録してみてください。
よろしくお願いします。
この講義で用いる資料を左記のリンクでご入手ください。(2017/11/25更新)
オンライン講義へのご参加ありがとうございました!

☆第2回演習問題の出題をここから入手し、1/15の講義時に提出してください。

☆(10) 12/11(Mon)
 非線形制御入門 (堀)

☆(11) 12/18(Mon)
 居村先生特別講義: 非接触電力伝送とその制御技術

-----------------------------
(12) 01/15(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
デジタル再設計

   第3回演習問題の出題 (期末テストの日に提出)

(13) 01/29 (Mon)
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。)


-----------------

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

制御工学第二から制御工学第一への移行
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)
状態空間におけるシステム序論:連続量と離散量

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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, 10 August 2017

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 2017/10/26 更新)

What's New?:
 9/26第1回目のレポートの採点をして気づいた点を、ここにフードバックします。今後の他の課題のレポート準備、あるいは第2回目以降の履修者の皆さんがレポートをまとめるにあたって、以下のフィードバックを参照していただければいいと思います。

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第1期のレポート、フル・レポート4, 考察のみレポート4の合計8件を見せていただきました。とても丹念に文献調査や実験結果の考察を行ったものから、実験データの具体的な記載がなく曖昧な考察の記述のみを記した不十分なものまで、個人差がありました。学生番号順に気づいた点をフィードバックします。

Aさんの考察報告書:実験結果を丁寧に扱ったレポートになっていますが、一方で、議論の主題を明示していないため、この報告書だけを見ても何の議論をしているのかがわかりません。レポートは、それ自身で閉じた報告書となっていることが重要ですので、何についての考察をしているのか問題設定も含め、報告書に記載しましょう。

Bさんの実験報告書: 具体的な測定結果の記載がほとんどなく、きわめて表面的なあいまいな記述のみにとどまっている点が残念でした。まずは、実際の測定結果を、理論値/数値計算に基づく予測と比較し、定量的な議論を具体的に行う意思を持つことが、レポート記述に当たって最も重要なことと思います。また、議論の根拠とした文献情報の記載もありませんでした。

Cさんの考察報告書:全体的に無難にまとまっている感じなのですが、少し考察・検討の踏み込み方に不足を感じました。たとえば、PD制御と外乱オブザーバによるトルク補償を行った場合の実験現場で感じられた感触は、明らかに、理論とは反する結果を得ていますね。そのことをきちんと記憶して、記載したことは素晴らしいことなのですが、ではどうしてそうなったかということについて班の仲間やTAと議論し、そのことも記載できるとよかったのではないでしょうか?

 グラフは計算機にプロットさせるのみならず、その上に定規をあてて、最も尤もらしい傾向を読み取る、というアナログ的なセンスが必要だと思います。そうすると、おのずから有効数字をどこまで考えるかということにも思いがいたるのではないでしょうか?

Dさんの実験報告書: やや冗長な記述もありますが、熱心な取り組みの感じられる良い報告書を提出されました。多くの実験結果を掲載していますが、それぞれの横軸、縦軸が何の物理量を示しているかをきちんと図の中で分かるように記載することを心がけましょう。極配置を図示する際に、実軸・虚軸を意図的に等スケールとしていること、複数のグラフを比較しやすいようスケールの調整を統一的に行っている配慮、各考察の議論における参考文献を具体的に示していることも優れていると感じました。


Eさんの考察報告書: 議論の表題を明示すべきこと、実験結果に基づく議論を具体的に行うよう努めてほしいこと、は上の他の方への要請と同じです。考察課題3の議論は一般性がなく理論的に少しおかしな内容を含んでいるように感じます。

Fさんの実験報告書: 極配置を図示する際に、実軸・虚軸を意図的に等スケールとするよう工夫しましょう。そうでないと極配置からダンピングの情報を得ることができません。また、実験結果をグラフにまとめす際は、それぞれの横軸、縦軸が何の物理量を示しているかをきちんと図の中で分かるように記載することを心がけましょう。そして、グラフの個々の点について、有効数字を無視したような個別計算を行うのではなく、技術者として、全体的な傾向をグラフ上の複数のデータから判断し、測定結果のもつ情報を総合的に利用するセンスを養ってほしいと思います。


Gさんの考察報告書: コンパクトに手際よくまとめましたが、測定結果の記載があまりなかった点は残念でした。


Hさんの実験報告書:全体的にすっきりまとめようとした努力は認めますが、実験内容の記載、測定結果の記載およびそれに基づく議論という点で、実験報告書としては実験結果をやや軽視してしまった印象を否定できません。また、慣性モーメントの同定で、理論あるいは直感と明らかに反する結果が得られているのに、それに対する原因の追究や見直しの議論がなされていないことは、よくありません。結果を見てのフィードバックを重視することは、制御にかかわる技術者の基本として重要でしょう。レポートや図の記載における形式論は上の他の人たちへのコメントと共通です。


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 堀、藤本、古関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] 09/26, 28 (前半) 前半の演習@413 号室   10/02(後半), 03, 05 後半の実験@3号館電力実験室
[2] 10/, 12(前半) 前半の演習@413号室   10/16(後半), 17, 19 後半の実験@3号館電力実験室
[3] 10/23, 24(前半) 前半の演習@413号室   10/26(後半), 30, 31 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一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/xq30813emsyd2zx/Enshu170926.pdf?dl=0(2017年度版 重要)
     (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。 9/24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/871kqh6tjzl7zvw/horitxt171002.pdf?dl=0(堀教授 2017年度版 9/24にリンクを正式版に更新しました。)   


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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

Friday, 14 July 2017

Information on Keynote Lecture on "Applications of Linear Machinery in Public Transport" at LDIA 2017 by T. Koseki (2017/09/05)

Please click this link to obtain additional information on the keynote speech "Applications of Linear Machinery  in Public Transport", i.e.,  a copy of slide !
The file can be opened with the password informed during the keynote speech in the morning on the 8th September 2017 at LDIA 2017.

Friday, 7 July 2017

2017年7月 学部講義「モーション・コントロール」 古関担当分資料(2017/07/17改訂)

7/7 および14日の磁気浮上に関する講義資料をこちらからご入手ください。講義でお示ししたPWつきです。

講義終了しました。聴講された皆様、お疲れ様でした。期末試験と卒論、頑張ってください!