Tuesday, 16 August 2016

2016年度冬学期 「制御工学第二」月曜日1限 @242教室 (2016/12/12 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: 
16/12/05 ディジタル制御の補足のスライド、第2回めの演習情報をアップロードしました。
16/11/28 堀先生の教科書の原稿の暗号化ファイルが開けないというご指摘がありましたので、その対策のリンクを追加しました。(PWは同じです。)

 ---1. 制御工学第二講義予定 --- 
(01) 09/26(Mon) 開講日: 状態空間におけるシステムの取扱(1):夏 
10/24に電気系事務室に確認をしたところ、A1, A2タームの間の試験期間を電気系では休講にする必要がないとのことです。したがって当初の予定表を変更し、10/31にも通常の講義を行います。


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) 10/03(Mon) 居村先生特別講義: 非接触電力伝送とその制御技術

   (10/10は国民の祝日のため講義は無し。)

(03) 10/17(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 
 本日の講義後、参考資料へのリンクをはって欲しいとのリクエストがありましたが、すでにこのページの下

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。)」

という箇所に記述がありました。なお、PWは初回の講義で申し上げたとおりです。

(04) 10/24(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

 ☆第1回演習問題出題(11/28にご提出ください。)

(05) 10/31(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

(06) 11/07(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        

(07) 11/14(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)

(08) 11/21(Mon)
   状態推定と定常カルマンフィルタ
  ディジタル制御 頭出し?

(09) 11/28(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) 12/05(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) 12/12(Mon)   ディジタル制御(3): ディジタル制御系の設計とディジタル再設計 有限整定応答と極配置 ディジタルフィルタへの応用など

12/12に用いたディジタル制御についての補足解説のスライドをこちらからご入手ください。

第2回演習問題出題 (1/16の講義の最後にご提出ください。)
 (1/11、卒論ガイダンス会場でのご指摘に従い、一部誤記を修正しました!ありがとうございました。)

本日の講義でz平面上での角周波数ωのスキャンについてご説明をした中で、言い間違いがありました。ナイキスト周波数Ωを超えた場合は、原点を単位円上をぐるぐるとまわってしまうのではないか?というご指摘がありました。その考え方が正しく、その結果として1対1の対応関係が成立しなくなるという解釈でよいと思います。以上、取り急ぎお詫びして修正します。

また、1月の講義は1/16のみとなります。

☆(12) 12/19(Mon)  藤本先生特別講義 最高精度を求める制御技術の研究

  ☆第3回演習問題出題 (1/23の期末試験会場で直接ご提出ください。)

(--) 01/09(Mon) 国民の祝日
 当初、この日に堀先生の「非線形入門」の講義をお願いしていたのですが、成人の日のため講義はないというご指摘をいただきました。そこで、堀先生には1/16にご講義いただくこととなりました。

☆(13) 01/16  (Mon)  非線形制御入門 (堀)
          第2回演習レポートの提出 (9:55ころ 古関)   

上記の変更に伴い、期末テストに向けての質疑/解説+演習問題解説(必要に応じ) を、講義時間の中で行うことは不可能になりました。そこで、それらがあれば、個別にあるいは、共通性の高いものについては、このweb上で対応したいと思います。ご質問など特にあれば、2号館内で直接お声がけいただくか、このブログへのコメントとしてご記入ください。

(14) 01/23(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。)

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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。)
 上記リンクは、当方では動作確認の上問題なく機能したのですが、ダウンロードしたファイルを回答できない場合があるとのご指摘がありました。ファイルを開けない方は、二度手間となって恐縮ですが、こちらのリンクをお試しください(ただし、同じく講義初回で示した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18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18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。

Friday, 5 August 2016

3年生Aターム実験課題 No. 18 制御系設計と運動制御 (コントロールラボ担当 2016/09/23 版)

堀、藤本、古関が共同で担当する課題18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, 29 (前半) 前半の演習@413 号室   10/03(後半), 04, 06 後半の実験@3号館電力実験室
[2] 10/11, 13(前半) 前半の演習@413号室   10/17(後半), 18, 20 後半の実験@3号館電力実験室
[3] 10/24, 25(前半) 前半の演習@413号室   10/27(後半), 31, 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 (2016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。)

(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(堀教授 2016年度版)   


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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