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

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(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。)


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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。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