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 2018/01/10)

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!!

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[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 (Fri):
After my confirmation at the department office, I finally decided to keep my lecture as initially planned in the framework of "Hokoh." Anyway, you shall attend also Digakuin-Rinko after this.

New topics on guided transport
   <===What Koseki observed in Europe: Recent effort of automatic operation and energy-saving operation by European Engineers.

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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 (2018/01/14 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。
18/01/14 第2回目の演習問題の誤植を修正し、第3回め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 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回演習問題をここから入手し 1/29 期末テストの時に提出してください。

(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

---

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。


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

 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。)   


--------------------------------------
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!

Wednesday, 17 May 2017

2017年5月22日 環境電気工学(古関担当分)資料

5/22  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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Friday, 28 April 2017

System Control: Lecture in graduate course, Dept. EE by KOSEKI held on the 28th April and the 26th May 2017

Herewith you can download the materials use in Koseki's lecture.

[1] Slides on the 28th April on fundamental classical controller design methods: Download  the file from this link.

[2]  Exercises: Download  the file from this link.

[3] Matlab codes for the exercises: Download  the file from this link.

[4] Slides on the 26th May on magnetic levitation: Download  the encrypted file from this link. (Please input the password given in the lecture on the 28th April.)

Wednesday, 5 April 2017

3年生夏学期講義 電気機器学基礎 2017/07/04改訂

---What's new?---
4/18 4/24に提出をお願いする第2回目の演習問題をアップロードしました。その中で講義終了時にご指摘のあった、板書の誤記も修正しています。
4/9 4/10のスライドおよび第1回目の演習問題をアップロードしました。
4/25 教科書の補足文書へのリンクを追加しました。
5/16 第3回めの演習問題の図のにあった誤記を修正しました。
5/23 5/29が「休講」となることを前提に、関連する記述を改訂しました。
6/12 期末テストの日時を追記しました。(期末テストは木曜日午前ですのでご注意!)
7/04 7/10 提出予定の演習課題をアップロードしました。(これが最後になります!お疲れ様でした。)

----本学期の講義予定----
回数 日 曜日 テーマ 内容
1) 2017/04/10 月 はじめに
電気-機械エネルギー変換
電気機器の種類と歴史
電気機械の種類と分類
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

4/17に提出をお願いするレポート課題をこちらからご入手ください。
  ★講義レポートといえども「読み物として完結」している必要があります。したがって、
(1) 学生証番号/氏名
(2) 表題(講義レポートの場合には問題文の再掲でも良い)
(3) 内容(事実と意見コメントなどは明確に分けて書くのが良い)
(4) (必要に応じ)参考文献リスト、参考資料の出典
などの基本的事項が、たとえ短い報告書であっても形式的に明確に示すようにしてください。

4/10に用いたスライドのコピーをこちらからご入手ください。(講義で示したPW付き、約10MB)

2) 2017/04/17 月
電気機械エネルギー変換の物理的基礎
エレクトロニクスとパワー
電気機器学の学問としての位置づけ
基本的な物理の復習と電気機器の議論でよく登場する物理量

4/24に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

3) 2017/04/24 月
思考の上手な手抜き:交流電力の考え方
瞬時電力と平均電力、 皮相電力/有効電力/無効電力
単相交流と三相交流
なぜ電力システムで三相交流が好んで用いられるのか?

5/1に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。
(できるところまで考えて記入し、よくわからない所はとりあえずそのまま空欄にして次の講義に臨んでもいいです。)

4) 2017/05/01 
磁気回路法によるモデリング(導入+変圧器の復習)
三相交流の典型的な電力測定法 ---2電力法
午後の学生実験課題との関係: 変圧器(と誘導機)の等価回路
変圧器の等価回路と測定法(ごく簡単に!)
5/8に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

5) 2017/05/08 月 
電磁誘導における各種起電力の整理  (変圧器・回転機動作の直感的理解のために!)
誘導機の等価回路(速修)と測定法 (ごく簡単に!)
直流機入門: 他励直流機とその定常的な回路方程式
5/15に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

6) 2017/05/15 月  
直流機(続き):
他励直流機の結線と特性の比較
各種自励直流機の結線と特性比較 (+複巻電動機・発電機)  
速度制御と弱め界磁  
直流機の過渡現象の制御モデル

5/22に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

次回に扱う、3相巻線に3相対称交流電流を流すことで進行磁界(回転磁界)ができる原理を、次の図を見て理解を深めてください。


7) 2017/05/22 月 
誘導電動機I
   三相対称交流と回転磁界 
    誘導電動機の原理と等価回路

6/05に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

誘導機の等価回路を導くまでの詳細な説明については、こちらをご参照ください。(学術的な参考資料としてお考えください。導出課程は結構複雑なので、この理解は必須とはしないつもりです。)

8) 2017/06/05 月 
誘導機II
誘導電動機の原理と等価回路(=T型、π型等価回路)
等価回路に基づく特性計算 テブナンの定理と 
            すべり---トルク特性
誘導機の始動法と比例推移特性
誘導機におけるエネルギーの流れ
スリップの意味と、速度、トルク特性(起動トルク 定格動作点の考え方)
誘導機の動作モード(電動機モード、逆相制動モード、回生制動モード)

6/12に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

9) 2017/06/12 月 
誘導機III
モデル同定のための測定法
円線図を用いた特性の表現
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)

6/19に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

10) 2017/06/19 月
同期機 I
直流機は特別な形態の同期機と考えることもできる。 
== 三相巻線と同期発電機の原理

構造と分類, 同期機の機能, 電機子反作用

6/26に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

11) 2017/06/26 月 同期機 II 
特性のモデリング(円筒形発電機の等価回路とフェーザダイアグラム)
特性のモデリング(突極形発電機の等価回路とフェーザダイアグラム)
測定法  


12) 2017/07/03 月 同期機III
単位法・同期発電機と電力系統
同期電動機の種類とその特長、同期電動機: トルクの発生原理 V特性と同期調相機


-------------------------------------
7/10 に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。


13) 2017/07/10 月 
同期機の復習 期末テストに向けて: 演習問題の振り返り


(余裕があれば....)
パワーエレクトロニクス入門 
(<-- p="">
(パワー半導体デバイス、信号処理とパワーのエレクトロニクスの相違、DC/DC, AC/DC, AC/AC, DC/AC変換, オンオフ機能を持たない素子と転流回路, 高調波問題と解析法,
オンオフ制御能力を持つ素子とPWM, ACモータのインバータによる可変速駆動, サーボモータ
+電気駆動制御と座標変換
制 御 同期機の原理と直流機の関係
エネルギー流れの理解、過渡現象の理解、
制御と電気機器の一般理論?)


14)  7/27(Thu) 期末テスト@2##号教室 09:00-12:00
講義アンケートの配布 


         自分で書いたA4の紙1枚持ち込み可能

以下の☆の数はあくまでも初心者向けという観点からの古関の個人的見解に基づくものです。

--- 本年度教科書指定---
仁田旦三・古関隆章:
 新・電気システム工学 電気機器学基礎 数理工学社 ISBN-978-4-901683-76-0 
  作業中で不完全ですが正誤表や演習問題の解答をここでご覧ください

---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(定価 2800円)
(専門性の高いレベルまでコンパクトにまとめられている。)
電気学会 多田隈他:「電気機器学基礎論」

☆☆☆☆☆:西方正司 基本を学ぶ電気機器 (オーム社 ISBN-978-4-274-21138-6)
(初学者に大変わかりやすく記述されている!)

☆☆☆藤田:「電気機器」 森北出版
(amazonでは5つ星がついています!)

<一般的なもの>
☆☆☆☆☆:「最新小型モータが一番わかる ~基本からACモータの活用まで~ (しくみ図解)」見城 尚志, 陳 正虎, 簡 明扶 著
出版社: 技術評論社 (2013/3/27), ISBN-10: 4774155845, ISBN-13: 978-4774155845

技術に興味のある人向けの一般的な解説書ですが、写真や図が具体的で、原理的な理解を深めるのに適していると思います。

☆☆☆:(株)日立製作所総合教育センタ技術研修所編
「小形モータの技術」 オーム社
メーカのエンジニア養成を目的に書かれていますのでわかりやすく実用的です。電気自動車や有限要素法による特性計算の話題までカバーしますので、基礎的な知識を広く身につける意味でお薦めです!

電気学会 「電気機械工学」「電動機制御工学」

☆仁田他: 「大学課程 電気機器(1)」 オーム社

<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

総合科目「足からロケットまで ---走る/飛ぶ/探る科学入門」 2017/07/17改訂

総合科目「足からロケットまで
---走る/飛ぶ/探る科学入門」


平成29年04月05日
取りまとめ:工学部電気電子工学科 教授  古関隆章 (URL http://www.koseki.t.u-tokyo.ac.jp, e-mail: takafumikoseki AT ieee.org) 場所: 駒場キャンパス 104教室 金曜日5限(16:50-18:35) Skype: takafumikoseki 科目コード 31682


===WHAT'S NEW===
4/5 講義のページを立ち上げました。
4/9 4/7の講義資料アップロードしました。
4/14以後の講義は 104号教室に変更になっていますのでご注意ください。
5/30火曜日は金曜日扱いですので、本講義があることにご注意ください!

===============
標記講義を、駒場キャンパスにて開講します。
  ものを動かすことに興味のある人は、目指す専門分野を問わず広くご参加くださりますよう願っております。大学の 講義では細かく見ればわからないところがたくさん出てきますが、それはむしろ当たり前のことです。わからないことがあったことを、いちいち気にする必要は ありません。大切と思われることを、必要に応じて自分で調べ、あるいは教員に積極的に質問し、わからぬことをわからぬままに放置せぬ努力を忘れねば大丈夫 です。
   人や物を効率良く運ぶことが、文明社会の成立に欠かせず、移動手段を提供する技術が、我々の生活の基本を支え、そして生活を楽し く豊かにするために大切です。実際、日常的な生活の中で、自動車や鉄道などの身近な交通は不可欠なものとなっていることを実感しているでしょう。人々は太 古の昔から、速くて、快適で、便利な移動手段を求めてきました。近年は、これに加えて、安全性への意識も高まっており、環境への負担の少ない交通、高齢社 会への移行に伴い「交通弱者でも移動の自由が奪われない」バリアフリーに対応した交通など、移動手段の「質」に対する要求もさらに高いものとなっていま す。このような様々な要求に応える「運ぶ」営みのために、電気や情報の技術が貢献できることは多く、交通における電気・電子・情報技術の役割はますます大 きくなっています。本講義では、このような視点から、電気エネルギーおよび情報通信や計算機技術を積極的に用いて人や物を「うまく」運ぶ方法論を

--電気自動車、ハイブリッド自動車
--リニアモータ・磁気浮上超高速鉄道
--電気鉄道など軌道系の交通システム
--宇宙環境におけるロボットの移動技術

を例に、オムニバス形式で2-3時間程度ずつ解説をし、高校や教養学部で習う物理や数学の延長上にどのようにこれらの技術が構築されているかをできるだけわかりやすく具体的に解説するとともに、最新の研究動向を紹介します。

(この研究に興味を持つ受講者には希望により研究室の見学なども可能です。熱心な文系の学生も歓迎するが、基本的には高校の理系科目選択者程度の物理、数学の知識を前提とした講義内容とします。)

古関隆章(こせきたかふみ 教授 工学部)以外の講師陣:
藤本博志(ふじもとひろし 准教授 工学部)
居村岳広(いむらたけひろ 講師 工学部)
+JAXA 宇宙科学研究所, 新領域創成科学科 および東日本旅客鉄道株式会社からのゲスト講師 計5名(水間/久保田/林屋/関島)

---H29年度の講義スケジュール---
(各講義タイトルは概要を示すものですので、今後、微修正の可能性があります。3/22)
              16:50-18:35 講義あしろけ@104教室 駒場キャンパス


(01) 04/07 (Fri) 古関 初回 講義ガイダンス+エネルギー変換と電気駆動
(1-1) 4/7最初に説明した講義全体の進め方についてのスライドのコピーをこちらからご入手 ください。(講義中に示したPWつき)
(1-2)  4/7に説明した電気機械エネルギー変換概説と、4/21に説明する電気車の駆動技術のスライドのコピー(講義中に示したPWつき 0.8MB)
4/7最初に説明した講義全体の進め方についてのスライドのコピーをこちらからご入手 ください。(講義中に示したPWつき 25.5MB)
(02) 04/14 (Fri) 水間 交通システムの安全性とその評価技術 I
(03) 04/21 (Fri) 古関 電気車両駆動技術史;電気鉄道と電気自動車の類似点と相違
(04) 04/28 (Fri) 藤本  電気自動車の運動制御
(05) 05/12 (Fri) 藤本 電気駆動と航空機 ------ 電気で空を飛べるか?
    5/19 午後 本郷 電気電子・電子情報工学科 研究室公開
    5/20-21 五月祭でも研究室の展示などがあります。 奮ってご参加ください!
(06) 05/26 (Fri) 久保田  宇宙研の紹介, 宇宙に挑む制御の技術
05/30 (Tue) 水間 交通システムの安全性とその評価技術II
(08) 06/09(Fri) 関島(古関)電気鉄道の環境性とそれを支える電力供給技術 I 鉄道電気システムの基本

6/9, 16のスライドの(配布可能な一部の)資料を、こちらからご入手ください。(6/9のスライドへのリンク  6/16のスライドへのリンク) (いずれも講義の最初に示したPWつき) 
(09) 06/16 (Fri) 関島(古関) 電気鉄道の環境性とそれを支える電力供給技術 II JRの新技術への挑戦
(10) 06/23 (Fri) 久保田 映画「HAYABUSA はやぶさ」に見る電気電子技術

(11) 06/30 (Fri) 居村  ワイヤレス電力伝送の概説

(12) 07/07 (Fri) 古関 磁気浮上とリニアモータを応用した交通システム
7/7のスライド資料をこちらからご入手ください。(講義の最初に示したPWつき)

(13) 07/14 (Fri) 久保田  宇宙の謎を探る,月惑星探査ロボット

講義終了しました。ご聴講の皆様、ありがとうございました。

----------------------
重要:
本講義の成績評価の主たる部分は以下のレポートの評価結果に基づき行います。
レポートを、以下の要領でe-mailで提出してください。成績評価は、レポート採点結果と講義への出席回数を総合し、厳正に行います。

[1] 締め切り (教員側で採点作業をし報告できるぎりぎりの設定をしているので厳守してください!)
  7 月  18 日~ 7月 28日 (16:50〆)

[2] 提出先
pdfのe-mailの添付ファイルとして takafumikoseki <あっと> infoseek.jp あてに 
(スパム防止のため、上記の<あっと>を@に書き換えてアドレス手打ちで出してください!)

(古関から受け取り確認のメールを返しますので、その確認の連絡が7/30 22:00 までに来ない場合には古関まで(別アドレス: takafumikoseki<あっと>ieee.org)確認のご連絡をお願いします。)

[3]  レポート提出に関する技術的注意と参考情報
着実かつ迅速な採点作業のための重要な技術的お願い:
e-mailの Subject: 欄を以下の形式で書いてください。
Ashirocket_Report_to_レポートを見てほしい希望教員名: 学生証番号 提出者氏名
(例) Ashirocket_Report_to_KOSEKI: 240557d学生太郎 

同様に、レポート本文の添付ファイル名を

学生証番号_提出者氏名.pdf
(例) 240557d_GakuseiTaro.pdf
としてください。

 ワープロなどは任意ですが、 フリーのlibreofficeなどを用いれば、数式を用いた文書もpdf化も含めすべて簡単に処理できます。(ちなみにこのページや教材の作成は、 OSもWindows環境ではなく、Ubuntu上のソフトですべてを行っています。)
google docs、zohoなどを用いても図入りの文書作成とpdf化は可能です。(ただし、数式作成機能はありません。)
また、任意の文書ソフトからの pdf化もフリーのツールで可能です。

 大きいファイル(数百 kB以上?)をメールに添付することは避けてください。そのような場合には http://box.raksul.com/ Dropbox などのフリーのアップローダをご利用ください。


[4] 表紙に記載する項目
課題名:  ○○○○ (-----課題2に相当する課題名)
学生証番号: ○○○○    提出者氏名: ○○○○ とコメントを返すためのメールアドレス
関係講義テーマとレポートを見てほしい希望教員: ○○○○
教員からのフィードバックを送るべきe-mailアドレス(夏休み期間でもアクセス可能なメールのアドレス) 


なお、ある聴講者の方からこのレポート提出について以下のお問い合わせがありましたので、ご参考までここに引用します。

-------------レポート提出に関する Q & A---------------------------
Q1 表紙に記載する「課題名」とは、[課題2]のレポートのタイトルという解釈でよろしいでしょうか。
A. はいそのようにお考えください。HPの記載もわかりやすく改めることにします。

Q2 [課題1]に関して、「レポートを見てほしい希望教員」とは関係講義を担当された先生のことだと思いますが、その他の先生方にも感想や要望をお伝えしたい場合、どうすれば良いでしょうか。
A. その他の先生へのメッセージは、見て欲しい先生の名前と共にそのコメントを、レポート提出時のe-mail本文にご記入いただければ、それを拝見して古関が必要な転送を行います。

以上、よろしくお願いします。
-------------レポート提出に関する Q & A終わり---------------------



----------------------
[5] レポート課題: 

[課題1] 上記の希望教員に焦点をあて、講義の感想、特に、要望や講義で改善すべき点など、来年度以降より良い講義にするためのご意見を記してください。(建設的批判を歓迎します。批判的意見を書いたから悪い評価に繋がることは決してないとお考えください。)

[課題2] 講義課題に関係するキーワードを選び、自分の興味のあるテーマを1つ設定し、それに関して、単なる調査ではなく、必ず自分の意見を入れ、 A4 レポート用紙で、6ページ以内で論じてください。

キーワードの例
超電導技術と輸送の科学

エネルギー変換と電気駆動
電気車両駆動技術史
電気鉄道と電気自動車の類似点と相違
電気鉄道の環境性
電気鉄道における電力供給技術

宇宙と電気技術者
月惑星探査
電気で動く宇宙探査機
宇宙に挑む制御の技術
探査ロボット

電気自動車の未来
電気自動車とバッテリー技術
ワイヤレス電力伝送技術
電気自動車の運動制御

(調査・参考した資料については、末尾に参考文献リストを記載し明示してください。参考文献の上手な挙げ方も評価対象になりえます。)


※講義改善への積極的ご提言は、上記のレポートの課題のみならず、講義アンケートあるいはこのブログへのコメントの形でも積極的にお寄せいただきますようお願い申し上げます。

初年次ゼミ 「モーションコントロール入門---ロボットや車両を上手に動かす科学」 改訂2017/07/17

初年次ゼミ 「モーションコントロール入門---ロボットや車両を上手に動かす科学」の詳細連絡のための掲示板

水曜4限(14:55-16:40) @駒場キャンパス K303 31782

What's new?
17/04/05 講義計画を公開しました。
17/04/26 am いくつかのリンクを更新しました。
17/04/26 pm 日程の誤記を修正いたしました。
17/05/18 pm Octaveによる演習のサンプルコードをアップ ロードしました。
17/05/25 pm Octaveによる二次系の演習のファイルをアップロードしました。
17/06/07 pm 台車つき倒立振子の理論およびOctaveによる挙動のシミュレーション例と、教材であるビュートバランサー2のプログラム情報を参考資料として追加しました。
17/06/30 堀教授のレポート課題を以下に掲載しました。
17/07/05 最終レポートの提出についての指示も掲載しました。

重要!
+++++++++レポート課題(堀)+++++++++++++++++
電気自動車考察課題:
 下記の3点につき,グループでまとめてレポートを作成して提出せよ。

(1)講師が講義で述べた「モータ/キャパシタ/ワイヤレス」の意味するところを簡単に述べよ。

(2)講義を聞いて新しく得られた知見があれば述べよ。講師の意見に賛同する点,賛同しない点についても述べよ。

(3)走行中ワイヤレス給電でクルマが走るようになると思うか?そのためにはどのようなビジネスモデルが考えられるか。

++++++++++++++++++++++++++++++++++++
上記を以下の要領でご提出ください。
表紙に書くべきこと
-----------------
初年次ゼミ 「モーションコントロール入門---ロボットや車両を上手に動かす科学」堀教授レポート

班    第○班
学生証番号        氏名                    e-mail
 ○○○○○○○○    ○○  ○○        ###@##.#.#.##.jp
 ○○○○○○○○    ○○  ○○        ###@##.#.#.##.jp
 ○○○○○○○○    ○○  ○○        ###@##.#.#.##.jp
 ○○○○○○○○    ○○  ○○        ###@##.#.#.##.jp
 ○○○○○○○○    ○○  ○○        ###@##.#.#.##.jp

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

また、7/12の授業の際にプレゼンに用いたスライド(に議論を経て修正する必要があればそれの修正をしたもの)のpdfも、同時に提出してください。


上記をまとめて pdfの形で、7/14(金曜日) 23:59(JST)までにe-mail 添付書類としてTA清水 龍 shimizu@koseki.t.u-tokyo.ac.jp  あてに送付。 ---- 受信次第、清水TAから受け取り確認のメールを返信する予定ですが、 7/17正午までにその受け取り確認が受信できなかった場合には、確認のご連絡をください。(確認先:shimizu@koseki.t.u-tokyo.ac.jp および takafumikoseki@ieee.org)

  <===なお、ファイルサイズが5MBよりも大きくなり、メール添付が難しいような場合にはgoogle docs, dropbox, one driveなどのクラウドにアップロードし、それにアクセス可能なリンクをメール本文に入れる形でご提出ください。

 [1] 授業のタイプ 実験データ解析型
 [2] 学術分野(大分類/小分類)  工学/ 電気電子工学
キーワード: 物理 力学 運動方程式 微分方程式 動的システム 運動制御 ロボット 車両

[3] 目標、概要
す でに高校の物理で習ってきたように、目の前のものから、天体に至るまで世にあるものは力学に関する物理法則にしたがって動いている。ニュートンにより提唱 された力学の法則は数学的表現では、時間に関する二階の微分方程式の形をとり、ものをうまく動かすために、その微分方程式に基づく「動的な性質」を理解し 取り扱うことが重要になる。ものの「動的な性質」に着目して対象をモデル化し、状態を計測し、リアルタイムに情報を処理して、入力をうまく決め、「思った ように物を動かす」一連の手法を制御という。ここでは、倒立振子という、そのままでは倒れてしまうものを例題に、上手にものを動かすモーションコントロー ル=運動制御について、グループでの議論、数値計算、実験を通じて学び、数式に基づいて論理的に考えることの大切さを体験することを目的とする。

 [4] 授業の方法: 
  序盤は、高校で学んできた物理や数学の知識をもとに、動的なシステムの理解を深めるための入門的な講義を行う。推薦参考書、webからダウンロードした電 子版のテキストやスライド配布資料などを自習に活用しながら、講師の話を聞き、TAの支援を得て練習問題をやりながら、運動方程式の基本となる微分方程式 の表現や典型的な解法、それらを簡単に扱うためのラプラス変換という演算子法などの実用的に有用な手法を体験する。
 中盤には、パーソナル コンピュータを用いて、その上にある「制御系CAD」と呼ばれる計算に便利なアプリケーションを用いて、グループワークを行う。動的システムのモデルを記 述し、時間的な波形や周波数応答などを、実際に自分で数値的に計算し、様々なグラフを描く体験を通じて、動的なシステムの取り扱いや制御器を設計するとい う作業を、数値シミュレーショの中で仮想的に体験し、グループ内での議論や講師、TAとの議論を通じて、制御の面白さを感じながら、序盤で座学を通じて学 んだ物理数学的基礎や動的なシステムの取り扱いの科学に関して、さらに理解を深める。
 終盤には、グループごとに簡単な運動制御実験の中 で、実際に制御器の設計を実体験し、理論との相違や実世界における設計や計測の難しさを体験する。それらのシミュレーションや実験の結果を比較しながら、 グループの検討の成果を、レポートと発表資料の形にまとめる。最終日に小さな「研究発表」を自分たちで行い、グループ相互の質疑を体験する。

 [5] 教科書: なし ただし、参考プリント電子ファイルを本ページから配布

 [6] 参考書:
 木村英紀: 制御工学の考え方―産業革命は「制御」からはじまった 講談社(ブルーバックス) 新書   2002/12/16
 森 政弘, 小川 鉱一: 初めて学ぶ基礎制御工学? 東京電機大学出版局 2001/1
 佐藤 和也, 平元 和彦, 平田 研二: はじめての制御工学  講談社 (KS理工学専門書)
 遠山 啓 数学入門 上 下 岩波新書 -- この本は理系を志すすべての学生にお奨めです!

 [7] ガイダンス 初回講義 (=初回から3回目の4/26の講義)

 [8] 授業計画 

(01) 4/5 (水)全体ガイダンス(教養学部担当 大講義室

(02) 4/19(水) サイエンティック・スキル講習 (教養学部担当)
 ここでは、chrome bookを用いて、文献検索などの実習を行っただろう。あまり個人として費用をかけず(初期投資4万円くらい?)PC操作法や文献検索などに習熟したい時に、Chrome bookは確かに良い選択肢となる。この場合文書のまとめ、整理などはgoogle officeを用いると良い。
 (ちなみに、古関が個人的に2017年4月時点で使用中で、お奨めできるのはこちらの製品。)

(03) 4/26 (水) 文献検索実習 +「第1回目 モーションコントロール入門」  (担当教員 古関・ TA清水)
制御工学入門:
講義:「ダイナミック」に考えることの重要さ!
制御工学とは? 運動制御は我々の生活にどのように役立っているか? 制御の難しさと面白さ この授業の進め方
PC演習:
本年は、初回からOctaveを用いて数値計算する方法を体験的に学びましょう。
Octaveの基本操作とベクトル演算 Octaveを用いた練習問題、解説をこちらからご入手ください。
(ただし、これは現段階では参考資料として示すのみです。もともと3年生用の演習のための教材なので、わからないことがあっても気にする必要はありません!)

4/26の講義資料のコピーをこちらでご入手ください。(ファイルは暗号化されております。講義中に示したPW: M##########7 です。)

(04) 5/10 (水) 「第2回目 モーションコントロール入門」 (担当教員 古関・TA 清水)
講義: 工学への数学応用は「思考の節約=手抜き法」である!
PC演習: Google, OPACなどを用いた検索方法、
     クラウドへのファイルの保管、 オンラインofficeの使い方
     Libreofficeを用いた文書の取りまとめ

(05) 5/17 (水) 「第3回目 モーションコントロール入門」 (担当教員 古関・TA 清水)   講義: 賢い手抜き法I: 運動方程式と運動の軌跡: 線形微分方程式の解法

速度に比例する抵抗力が働く落下運動の計算法の補足資料をこちらからご入手ください。


 (06) 5/24 (水) 「第4回目 モーションコントロール入門」 (担当教員 古関・TA 清水)
講義と演習: 賢い手抜き法II:
Octave演習続き: 運動方程式の記述を状態変数法に変換し、数値計算で運動軌跡を計算する方法

5/17のファイルとかなり重複がありますが、二次系の挙動に関する計算法の補足および5/31の講義で取り組んでいただく演習問題をこちらからご入手ください。

 (07) 5/31(水) 「第5回目 モーションコントロール入門」 (担当教員 古関・TA 清水)
演習: 賢い手抜き法 III:
信号の流れを図で表現する方法
振動(ばね)と減衰(ダンパ)の数学表現---複雑な現象を身近にある簡単なモデルにあてはめて考える手抜き法
複雑な現象を身近にある簡単なモデルにあてはめて考える計算法
(演習: 二次系の応答計算+ 実験教材配布)

(08) 6/07 (水) 「第6回目 モーションコントロール入門」 (担当教員 古関・TA  武田
演習: 二次系の応答計算への取り組みの各班からの報告と議論 ここから2回は自分たちで実験やその確認の数値計算をして、グループ発表の準備を2回でしていただきます。皆さんの自由な取り組みによる良い発表を楽しみにしています!

(A) 6/7の講義で武田TAが説明した教材であるビュートバランサー2の操作プログラム及びその情報はこちらでご入手ください。また、

(B) ビュートバランサー2のような台車つき倒立振子の運動方程式の導出、およびその制御のシミュレーションの参考例を、こちらでご覧ください。

(C) 上記の制御のシミュレーションをOctaveで行う際のコード例を、こちらにお示しします。

これらを参考しながら、 6/14, 7/05の2日を使い、実験、その結果の考察を各班で議論しながらスライドにまとめ、 7/12の最後の講義の日に発表しましょう。

(09) 6/14 (水) 「第7回目 モーションコントロール入門」 (担当教員 古関・TA 清水)
実験の体験とグループ討論: 不安定システムを安定化する II
角度および速度フィードバックゲインの設定による挙動の変化の体験 

☆(10) 6/21 (水) 「第8回目 モーションコントロール入門」 (担当教員 堀・TA 清水)
講義:  運動方程式を簡単に解きモデルを見やすくする数学
   電気自動車の運動の理解と数学的表現 
6月の堀教授による説明予定資料も含め、堀教授の講義にかかわる資料を以下のリンクから御入手ください。
A-1. 電気自動車関係 ここからご入手ください。(2015年度のPWつき 約377MB 大きいので注意)
A-2. 電気自動車関係 ここからご入手ください。(2015年度のPWつき 約731MB 大きいので注意)
A-3. 電気自動車関係 ここからご入手ください。(2015年度のPWつき 約107MB 大きいので注意
B. 基礎制御工学まとめファイル 4 (2015年度のPWつき 約23MB)
C. 運動制御まとめファイル 5 (2015年度のPWつき 約11MB)
D. ラプラス変換 の理論まとめファイル6 (2015年度のPWつき 約2.5MB)

なお、上記Dに相当する堀先生のラプラス変換についての教科書はこちらですので、興味のある人は成書をじっくりと読んで学んでください!

☆(11) 6/28(水) 「第9回目 モーションコントロール入門」 (担当教員 堀・TA 清水) 
      電気自動車の運動制御へのフィードバック制御の応用 

(12) 7/05 (水) 「第10回目 モーションコントロール入門」 (担当教員 古関・TA 清水)
実験結果を解釈、説明するための計算、グループ討論を通じた制御性能の評価と成果発表の準備(1グループ10分のプレゼンテーションの資料をまとめる作業)

(13) 7/12 (水) 「第11回目 モーションコントロール入門」 (担当教員 古関・TA 清水)
グループ成果発表と討論


---------------------講義は終了しました。聴講された皆様、ご苦労様でした!

議論・考察のための論点
以下のキーワード、論点を参照しながらグループ内で議論をし、良いプレゼンテーションにつなげよう。

(1) 運動の安定性と不安定性----- 安定なつり合いの点と不安定なつりあいの点 とはどのようなものか?
(2) 運動の安定化におけるフィードバック制御の意味
倒立振子の例の場合: 位置のネガティブ・フィードバック 速度のネガティブフィードバック の意味 なぜししばしば、位置のみならず速度のフィードバックも必要になるのか?
(3) 倒立振子の挙動の数値計算 実験の結果とそれに基づく考察
(モデルや実験の計画をどのように考えて、どのような作業をし、どのような結果を得たか?
それらは当初の予想、期待と比べて合っているか?違っているか?
違っているとしたらその理由は何だろうか?)
<ーー実際の実験モデルのシミュレーションと実験の比較はわからないパラメータやモデルに正確には把握でき無い各種の摩擦などの影響で難しいと思いますが、基本的簡易数値計算で比例フィードバックのゲインや微分フィードバックのゲインを変化させるとどのような応答が得られるかの傾向を把握し、その予想と実際の実験で制御器のパラメータを「標準」から変化させた時の挙動の変化を比較して論じることは可能でしょう。
(4) (自主的な)発展課題
例:安定化制御でモデルが実際と異なっていると何が起こるか? 
---たとえば倒立振子の先端に重りをつけて重くしてみたらどうなるか?
安定化制御をエネルギーの流れという観点から見たら、何が言えるか?など
その他、自由に自分達で議論のための問題設定してみよう!

プレゼンテーションのガイドライン: スライド 10-12枚程度?

----<スライドの構成例>----
 表紙 (表題、グループ番号 氏名)
 はじめに (目的 特に注目した点)
 内容
 問題設定
 (理論的基礎  基礎方程式 モデル)
数値計算
実験条件
実験結果
上記、理論と実験の比較に基づく考察

まとめ、おわりに
----------------------

<良い発表のためのヒント>

  1. 実験の条件、それぞれグラフのカーブが何を示しているか、を明示。
  2. 比較の際は軸のスケールをそろえて一目で量的な違いが分かるようにグラフを描く。
  3. 工夫した点をスライドのタイトルなどに盛り込む。
  4. 設計で何を考えたかを論理的に述べる。
  5. できる限り理論的な推定と実験結果を比較して話を組み立てられるとよい。(実際には実験機で分からない条件が多いためここはなかなか難しいが
[8] 学習上のアドバイス
(1) 自主的に学習に取り組もう。
(2) このページに掲げた参考文献を始め、関心を持って、制御や動的システムに関する参考書に予め目を通し、疑問に思う点をまとめて授業に参加しよう。
(3) 物理的直感を重視しながらも、数式を嫌わず、数式に基づいた合理的な議論をするよう心がけよう。
(4) 疑問に思う気持ちを大切に、恥ずかしがらず疑問に思うことは、講師や仲間に積極的に質問して、議論を通じた理解を深めよう。
(5) インターネットを通じて入手できる SciLab Octave などのツールを調査し、自分のPCにインストールして色々自分で試してみよう。


[9] 成績評価
(講義参加実績+プレゼンテーションの出来): (50%) 
+(堀先生宛レポート+期末レポート): (50%)

ご参考;
倒立振子実験キット ビュートバランサ 2
倒立振子の実験に関する沼津高専の論文
関連ソフトのダウンロードのページ
システム情報制御学会の特集記事のページ