Monday, 24 September 2012

2012年度冬学期 「制御工学第二」火曜日1限 @242教室 (2013/01/21 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 ---
 NEW &  Important!

お詫び: 自分の不注意から、日を間違えて1/9午後の卒業論文の研究室紹介の「ポスター説明に行くことができませんでした。(が、古関研究室はもちろん、来年度も卒論生募集を例年通り行っております!研究室の活動内容に関する情報を、1/22の講義の際に、お詫びとともに配布させていただきます。研究室および研究内容に関するご質問を個人的にしていただくことを歓迎いたします。引き続きよろしくお願いします。)

御要請に応じ暗号化した「応用制御工学」のpdf原稿をPWつきでアップロードしました!



(01) 10/02 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からご覧ください。

(02) 10/09 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、

(03) 10/16 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

(04) 10/23 居村先生 特別講義 非接触電力伝送とその制御技術

居村先生が 、講義で用いたスライドのハンドアウトをご提供くださりましたので、こちらからご入手ください。(PWつき 約10.2MB)

(05) 10/30 堀教授 非線形制御入門

(06) 11/06 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

(07) 11/13  多項式法による極配置の提案、状態フィードバック 
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

第1回目のレポート課題をこちらからご入手ください。12/04提出をお願いします。

(なお、11/20は金曜日扱い日なので、本講義は開講されません。)

(08) 11/27  指令値追従形制御への拡大系の構成
 
(09) 12/04  状態推定の基礎

(10) 12/11  状態推定と定常カルマンフィルタ

(11) 12/18 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、ディジタル系安定性判別
第2回目のレポート課題をこちらからご入手ください。01/22提出をお願いします。


(12) 01/08 藤本先生特別講義 最高精度を求める制御技術の研究(仮題)

(13) 01/22 ディジタル制御(2): 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)
   (第三回目の演習出題 こちらから御入手ください: 期末テストの際に回収)

状態推定に関する補足資料をこちらでご覧ください。

デジタル制御に関する補足資料をこちらでご覧ください。

(##) 02/05??  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。)

<###特別講義枠>
藤本准教授 制御工学の実際: 運動制御への応用?
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


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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


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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。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。
位相面軌跡と記述関数法を堀教授が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。

中央大学理工学部 2012年度冬学期科目 「電気機器」(2012/02/13 改訂)


「電気機器」
冬学期 1時限目 (09:00-10:30)

(田内千也さん: 2/8消印の郵送レポート受領しました。 2013/02/13)

[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

<==本年度の学生さんからのフィードバックとカリキュラム調査でこの前提条件が満たされていないことが判明しました。電磁気の学習は並行して進むと思いますが、講義中に述べた通り、剛体の力学は自分自身で努力して学ぶ必要があります。

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) 2012/09/27 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(10/04の講義開始時に提出)

2) 2012/10/04  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回の投影資料をここから入手(PW付き 約 3.7 MB)
第2回レポート課題をここから入手(10/11の講義開始時に提出 10/14 誤植修正)

3) 2012/10/11 電力の計算と交流回路、単相電力と三相電力の考え方 アンペールの法則と磁気回路の基礎  

第3回レポート課題をここから入手(変更: 10/25の講義開始時に提出)
10/18提出をお願いしていた本レポートは、解説が中途となったため、10/25の提出に変更いたします。

4) 2012/10/18 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) 

10/18にレポートを間違えて出した方はそのまま採点しました。この間手持無沙汰であれば11/08に提出をお願いする、次のレポートに着手してください。

11/08に提出をお願いする変圧器に関する課題をここから入手(少し課題が多めです!)
11/1は学園祭準備日なので休講です。次回11/08の講義開始時にご提出ください。今回は予習的内容を含みますが、教科書には解説されていますので、丹念に教科書の記述を探して、学んでください!)

5) 2012/10/25
変圧器:理想変圧器
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)

#)  2012/11/01 大学祭準備日のため講義はなし

6)  2012/11/08 変圧器

実在の変圧器の等価回路表現と基本的測定法、電気材料と損失 


11/15に提出をお願いする課題をここから入手(アップロードが遅くなりすみませんでした!)

7) 2012/11/15
変圧器: 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)
誘導機 I: 誘導機の原理と特長
等価回路計算のための準備(鳳-テブナンの定理の使い方)

11/22に提出をお願いする課題をここから入手 (問題そのものに変更はありませんが、11/15講義の進度のため、予習的内容となるため自己調査のためのヒントを11/15の午後に追記しています。)

8) 2012/11/22 誘導機 II: 
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)、
==> 誘導機の等価回路の導出に関する詳細な数式展開の説明はこちらをご参照ください。
(ただし、複雑な大学院レベルの数式展開なので本当に興味のある方のみで結構かと思います。)

前回簡単に説明をした、三相交流、三相巻線と回転磁界(進行磁界)との関係については、こちらをご参照ください。

11/29に提出をお願いする課題をここから入手
(リンクを出したのが週明けとなりすみませんが、簡単な問題ですので手早くお取り組みください。)

9) 2012/11/29 誘導機 III:
鳳-テブナン定理を用いた誘導機等価回路(T-type equivalent circuit of an induction motor )計算法とトルク-速度特性(Torque-speed curve)との関係 
比例推移特性(proportional shifting)

12/6講義の際に提出をお願いする誘導機の速度トルク特性計算復習の演習課題をこちらからご入手ください。
レポートに書かれていたコメントにお答えして、今週は早めにレポート出題をします。(そのかわり、前回と異なり、やや「がっつり楽しめる」内容になっています!)

10) 2012/12/06 誘導機 IV:
誘導機の種類とエネルギーの流れ、誘導機の始動法
モデル同定のための測定法
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)

直流機概説I
 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

12/13の講義の際に提出をお願いする直流機の一般知識に関する演習課題をこちらからご入手ください。

11) 2012/12/13 直流機概説II

 直流電動機と発電機
 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

 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 : 同期機入門 機能上の分類と構造上の分類


12/20の講義の際に提出をお願いする種々の直流機の性質をおさらいする演習課題をこちらからご入手ください。(<==12/20に細かな誤記の修正をいたしましたので、遅れで提出する方はこちらのファイルをご利用ください。)


12) 2012/12/20 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/

01/10の講義の際に提出をお願いする、同期機の一般的な知識を自習するための演習課題をこちらからご入手ください。今回は、同期期を学ぶ上で重要な自習内容を含み、分量も冬休み用に多いため、前日、当日の付け焼刃では対応が不可能だと思いますので、ご注意ください!

皆様良いお年をお迎えください!

13) 2013/01/10 同期機 III: 
漏れ磁束/フェーザ図と同期機の特性表現/同期発電機の特性

01/17の講義の際に提出のお願いをする、同期機の簡単な計算を含む演習課題をこちらからご入手ください。

14) 2013/01/17 同期機 IV:
同期発電機: 単位法、短絡比同期発電機の出力特性


01/24の講義の際に提出のお願いをする、同期発電機の復習の演習課題をこちらからご入手ください。


15) 2013/01/24 同期機 V:

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

 これまでの演習問題で、誤答の多かった問題に関する解説


☆講義アンケートの実施

今後の学習のために--期末試験準備に関する助言

☆教科書の解答はまだ完成していません。そのため、そのことも考慮し、演習問題で解説が必要なものはすでに時間を割いて講義中に具体的説明を加えました。試験勉強に必要な情報はご自身の講義ノートから得てください! ==> 解答、解説の完備した参考書で、実務的演習をしたい方は、国家試験 電験3種の電気機器の試験対策の参考書、問題集などをご覧になることをお薦めします。

☆1/24の板書誤記の講義後のご指摘に伴う修正
本日の演習問題の解説の中で、余弦定理を適用した部分は cos(theta_2)ではなくて、 cos(theta_1)が正しい表記でした。(解説の流れを理解してくださって入れば、問題は無かったことと思いますが、提出されたレポートで誤記をそのまま写していた人が多数いましたので、念のためこの場で訂正、確認させていただきます。)

16) 2013/01/30 期末テスト (<==日程を事務で確認し訂正しました。)
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!