Friday, 23 September 2011

Electric Engineering for Transport System (Revised temporally on 2012/01/18)


Electric Engineering for Transport System
(Takafumi KOSEKI)

Friday 08:30-10:10

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 the school of information science and technology are cordially welcome!!

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[01] 07 October: Opening of the lecture: General introduction

   Weekly report to be submitted on the 14th October: Click here!
   Handout of the projected slides on the 7th and 14th October: Click here! (3.1MB, encrypted)

[02] 14 October: Electric railway (1): Traction control
   Weekly report to be submitted on the 28th October: Click here!

[##] 21 October: No lecture

[03] 28 October: Electric railway (2): Traction control_ctnd and high speed ground transportation
   Weekly report to be submitted on the 4th November: Click here!
   Handout of the projected slides on the 14th, 28th October and 4th November: Click here!     (10.7MB, revised and encrypted)

[04] 04 November: Electric railway (3): Signalling and safety system

   Weekly report to be submitted on the 18th November: Click here!
   Handout of the projected slides on the 4th November: Click here! 
     (5.8MB, encrypted)

   Sorry for the late revision!

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[05] 11 November: Special lecture by Mr. Matthias Marschollek
"European Train Control System - ETCS Basics - Technology and Project Status"

Information on the guest lecturer:
 Mr. Matthias Marschollek (Dipl. -Ing., TU Berlin, Germany )

Present title:
Senior Engineer for Signalling systems and Project Manager
Train protection systems, Electrical drives in railway applications

Projects and technical works in which Mr. Maschollek has been involved:

(1) National and European Train Protection Systems (ETCS)
Concept design and engineering of the ETCS level 2 signalling  system
of a new fixed link railway connection (Fehmarnbelt Fixed Link) between
Denmark and Germany.

(2) Management of the Homologation process of the ETCS train-borne
equipment integration into ICE 3 trainset for Alstom.
Safety Case for generic application of ETCS level 2 trackside system for
high-speed lines in Spain. Deputy project manager ETCS level 2 Train Protection System for

(3) Thales Transportation Systems GmbH in the high-speed project HSL
Zuid, responsible for the system engineering, requirements manage-
ment and system integration tests in lab and onsite for ETCS level 2.

(4) Specification and Implementation of system integration tests ETCS level
2 in a test laboratory for the new high-speed Line HSL Zuid (Amsterdam
– Antwerp).

(5) Specification and Execution of system integration and operational on-site
tests for the new high-speed Line HSL Zuid.

(6) Software Specification for the application of German train protection
system LZB L72 CE II on the high-speed Line Cologne/Rhine Main.
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[06] 18 November: Electric railway (4): Train scheduling and management
   Weekly report to be submitted on the 25th November: Click here!
   Handout of the projected slides on the 18th November: Click here! 

[07] 25 November: Electric railway (5): Application of linear drives and maglev to rail-guided transportation

[08] 02 December: Lecture CANCELED!
Please attend  international symposium with Seoul National University held at Kashiwa-Campus!
  
[09] 09 December:  No lecture, because of KOSEKI's absence: I am very sorry.

Because of  my late works, there is no weekly report to be submitted on 16th December. The file of the last slides on linear drive applications shall be uploaded soon. I am sorry for the delay of my works.

[10] 16 December: Electric railway (6): Electric energy supply

   Weekly report to be submitted on the 13th January: Click here!
   Handout of the projected slides on the 25th November: Click here!
   Handout of the projected slides on the 16th December: Click here! 

[##] 23 December:  National Holiday

[11] 13 January:
IT service
Other guided transports, e.g., elevator, cable cars and new transportation systems

Weekly report to be submitted on the 20th January: Click here!
Handout of the projected slides on the 13th January: Click here!
 (encrypted)

[12] 20 January: Electric automobile and its traction control

[13] 27 January: Intelligent Transportation System

Immediate link to the slide!


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 time and place of submission
By e-mail


takafumikoseki3@livedoor.com


with Subject: eetrs11_Report_YourName
(example eetrs11_Report_TakafumiKOSEKI)


Requests:


具体的条件
1.締切日は02月11日(土) 23:59
Deadline: at 23:59 on the11th February
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

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

2011年度冬学期 「制御工学第二」火曜日1限 @242教室 2012/01/24 改訂


制御工学第II (火曜日第一限 242教室)

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


 ---制御工学第二講義予定 ---

(01) 10/04 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、
10/04に投影した資料はこちらからご覧ください。

(02) 10/11 藤本准教授 制御工学の実際: 運動制御への応用

(03) 10/18 状態空間におけるシステムの取扱(2): 状態変数と状態方程式II、 実現問題、

(04) 10/25 状態空間におけるシステムの取扱(3):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

(05) 11/01 呉助教 人間親和形モーションコントロール

(06) 11/08  状態空間におけるシステムの取扱(4): 多項式法による極配置の提案、状態フィードバック 


(07)11/15 居村助教 ワイヤレス給電と効率改善のための電力制御技術

(08) 11/22 状態FB制御系の設計の考え方: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, LQRにおける最適性の証明、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

(09) 11/29  臨時休講 (古関の病のため)
+第1回目演習出題(12/20提出予定)と状態推定に関する説明資料の配布

(10) 12/06 指令値追従形制御への拡大系の構成
第1回演習問題をこちらからご入手ください。(1/10提出をお願いします。
==> 1/10は火曜日の講義が出来ないということですので、1/10締切の事務室提出に切り替えます。)
----uploadが遅くなりましてすみません!

(11) 12/13 状態推定と定常カルマンフィルタ

2/13に示した状態推定と定常カルマンフィルタに関する解説のスライドはこちらから

(12) 12/20 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
 
第2回目演習をこちらからご入手ください。(1/24提出予定)
デジタル制御に関する解説のスライドはこちらから
(演習プリン上の月日の表示に誤りがありましたことをお詫びします。)

(##) 01/10 月曜扱いのため講義無
レポートの提出は事務室のポスト宛(17:00締切)

(13) 01/17 堀教授 非線形制御入門

(14) 01/24 01/10 ディジタル制御(2):
ディジタル系安定性判別、ディジタル系のアナログ近似
連続系の制御器と離散系の制御器の対応関係とディジタル系のアナログ近似(ディジタル再設計)
+ 第3回目の演習出題

第3回目の演習問題をこちらからご入手ください。(2/7の期末テストの朝に直接提出予定)
(これまでに未提出のレポートのある人は、2/7の朝にまとめてご提出ください。)

(15) 02/07  08:30-11:30 期末テスト
(好きなことを書いたA4の紙1枚を持ち込み可とします。)

ぎりぎりのタイミングでのお願いで恐縮ですが、期末テスト前後10分ほどお時間をいただき、講義 アンケートへの御協力をよろしくお願いします!

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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


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


---

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。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版をここにいただいた。ただし、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17で体験する演習のように、SCILABなどを用いたシミュレーションもできると良い。
(このブログにある実験課題17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。
本年度は位相面軌跡を堀教授が1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。

本資料の更新版をはじめ、講義中の資料は必要に応じて、http://takafumikoseki.blogspot.com/ から入手可能なようにアップロードします。

Thursday, 22 September 2011

中央大学理工学部 2011年度冬学期科目 「電気機器」(2011/12/22 改訂)

「電気機器」
冬学期 1時限目 (09:00-10:30)

[1] 履修条件
高校および大学の理系の教養課程で物理学の基礎としての力学(剛体の力学を含む)および電磁気学を習得していること
複素インピーダンスを用いた交流回路計算法を含む基礎的な電気回路理論を習得していること
複素数、三角関数、簡単な定係数線形微分方程式やラブラス変換を用いた簡単な計算ができる数学的基礎を有すること
インターネットを通じた定期的情報取得が可能な環境とPCリテラシィを有していること

[2] 授業概要
電力システムの発変電の基本、電気自動車、鉄道車両や工作機械、ロボットなどの運動制御の基礎となる電気-機械エネルギー変換の基本的な仕組みと理論を学ぶ。
また、電気機械の理解を通じて、複雑な物理現象の本質を簡易に扱う「電気技術者の思考テクニックとしての等価回路に基づく考え方を修得する。

[3] 授業計画

1) 2011/09/22 はじめに
講義/学習の進め方
電気-機械エネルギー変換、交流と直流、多相交流
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
電気機械の種類、静止器と回転機、エレクトロニクスとパワー

第1回レポート課題をここから入手(9/29の講義開始時に提出)
第1回の投影資料をここから入手(PW付き 約8MB)

2) 2011/09/29  交流における電気エネルギー変換・電気機械エネルギー変換入門
古典力学と電磁気の復習: 電気機器学の学問としての位置づけ

第2回レポート課題をここから入手(10/06の講義開始時に提出)


3) 2011/10/06 電力の計算と交流回路、単相電力と三相電力の考え方

第3回レポート課題をここから入手(10/13の講義時に提出 <==「10/27に簡単な解説をするのでその直後に出しても良い。」として変更した。)

磁気回路計算の基本的復習と、次回解説する変圧器の原理の予習を兼ねてやってみてください。
また、三相交流を用いるもう一つの大きな理由である、三相対称交流と進行磁界/回転磁界の関係については、こちらをご参照ください。

4) 2011/10/13 三相交流と電力、三相交流と回転磁界 変圧器
(基本構成、機能と理想変圧器) 

第4回レポート課題をここから入手(10/27の講義時に提出)

##) 2011/10/20 休講

5) 2011/10/27
変圧器:実在の変圧器の等価回路表現と基本的測定法、電気材料 
変圧器の性能(百分率インピーダンス、電圧降下、 三相結線法など)

第5回レポート課題をここから入手(11/10の講義時に提出)

#)  2011/11/03 大学祭準備日のため講義はなし

6)  2011/11/10 誘導機 I
誘導機の原理と特長 誘導機の構成、変圧器と誘導電動機
誘導電動機の原理と特性表現法(=T型、π型等価回路)、
等価回路計算のための準備(鳳-テブナンの定理の使い方)


第6回レポート課題をここから入手(11/17の講義時に提出)
古関が執筆した誘導電動機に関する基本的解説オーム社のハンドブックの元原稿)


7) 2011/11/17 誘導機 II モデル同定のための測定法
等価回路の導出と特性計算、誘導機の種類とエネルギーの流れ、誘導機の始動法

第7回レポート課題をここから入手(11/24の講義時に提出)

8) 2011/11/24 誘導機 III: 誘導機の試験法、 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)

第8回レポート課題をここから入手(12/08の講義時に提出)

9) 2011/12/01
直流機概説I: 直流電動機と発電機
直流機と同期機入門: 同期機の特殊形としての(他励)直流機

10) 2011/12/08直流機概説 II
エネルギー保存則とモータ定数
運動制御のアクチュエータとしてのモータの特性とその基礎モデルとしての電機子の回路方程式

アップロードのタイミングが遅くなったため、12/15提出予定のレポートはお休みにし、冬休みの宿題とします。すみません。

11) 2011/12/15 直流機概説III 同期機入門
直流機:他励と自励の結線方式と、電動機および発電機負荷特性
同期機I :機能上の分類と構造上の分類

第9回レポート課題をここから入手(12/22の講義時に提出)


12) 2011/12/22 同期機 II
同期発電機
回転数と周波数/界磁と電機子/電機子巻線誘導起電力/漏れ磁束/

自励式直流発電機に関する補足説明
直流分巻発電機が自励で電圧を発生できるのは、その磁極に残留磁気があるからである。また、その電圧が安定するのは、端子を開放した状態で測定できる界磁電流に対する電機子開放電圧(端子電圧)特性曲線と界磁回路の抵抗による電圧降下を表す界磁電圧-電流特性直線とが交点を持つからである。もし、前者が飽和しなければ、無負荷電圧はどこまで上昇するかわからない。

第10回レポート課題をここから入手(01/12の講義時に提出: 提出は表裏1枚としていただくことを原則としますが、技術的にそれが出来ない場合には、2枚目に必ず学生証番号と氏名を記入してください。)

13) 2012/01/12
下記の積み残し項目をすべて1時間で話すのは無理なので、上記の10回レポートをやりながら、フェーザ図と等価回路、特性計算、無効電力補償(力率調整)の原理、同期機のV特性、突極性トルク(リラクタンストルク)とリラクタンスモータの原理(12/22の講義で訂正的には説明済)に関して、重点的に予習していただくことをお願いします。

同期機 III: (公式講義日程最終日)
講義アンケートの実施

フェーザ図と同期機の特性表現/同期発電機の特性
単位法、短絡比同期発電機の出力特性
同期電動機: 
等価回路/出力/V特性/乱調/始動法と速度特性/損失と効率
+期末テストに関するアナウンスと試験準備に関する助言
 今後の学習のために---同期機に関する補足おおよびパワーエレクトロニクスの入門的解説はこちらでご覧ください。

14) 期末テスト 2011/01/26
表裏に任意の手書きの記述のある白いA4の紙1枚のみ持込可

[4] 評価方法
(インターネット経由で講義後毎週出題する)小レポートの講義開始時の毎週の提出(40%)と期末テスト(60%)

[5] テキスト 参考文献など

---教科書指定---
仁田・古関: 電気機器学基礎 (数理工学社 新・電気システム工学 \2500)

---推薦参考書----

<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
藤田:「電気機器」 森北出版
森北出版 松井「電気機器 (基礎からの電気・電子工学)」
電気学会 多田隈他:「電気機器学基礎論」

<一般的なもの>
電気学会 「電気機械工学」「電動機制御工学」

<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

[6] 授業外の学習活動 特に無し

[7] そのほかの特記事項 特に無し

[8] 参考URL
古関のブログ:講義に関する情報、補足資料やレポート課題をここから御入手願います。
http://www.takafumikoseki.blogspot.com/

[9] 参考資料
上記のリンクから適宜入手してください。

[10] 履修者の皆様への備考
本ページは演習の出題なども含め、適宜更新されますので注意深く頻繁にご覧ください!