制御CAD演習 実施要領(10/02更新)

３年生冬学期は、実験に加え月曜日午後は演習が行われます。堀教授と古関が担当するEA3 制御CAD演習ではPC上の制御CADソフトを用いて実践的な制御系の応答計算や設計の演習を扱います。

このブログの昨年度の記載でその様子がお分かりになると思います。本年度もほぼ同じ内容で演習をします。

実際に演習に使うテキストは、ここから入手してください。
演習当日の時間を有効に活用するため、事前にテキストに目を通し予習をして演習に臨むことを強く推奨します。

（10/01に配布された全体の実験計画の中で確認した結果、実施日程を以下の通りとします。）

場所：　工学部２号館１２階古関研（１２３Ｄ1室）
日時：　月曜13:00-16:00

10/1(月)　午後　実験／演習全体のガイダンス

前半グループ (*はレポート課題出題日)
基礎演習：　(1) 10/15 (2) 10/22* (3) 10/29 (4) 11/5*
応用演習：　(5) 11/12 (6) 11/19*
レポート締切日：　(2) 11/5(13:00@演習) (4) 11/19(13:00@演習) (6) 01/11（17:00@事務室）

後半グループ (*はレポート課題出題日)
基礎演習：　(1) 11/26 (2) 12/03* (3) 12/10 (4) 12/17*
応用演習：　(5) 01/21 (6) 01/28*
レポート締切日：　(2) 12/17(13:00@演習) (4) 01/28(13:00@演習) (6) 02/15（17:00＠事務室）

担当者：　堀教授　古関准教授　TA 鈴木武海(修士２年生)

以下に、後期実験テキストに掲載予定の、演習の紹介（の一部を最新情報に基づき微修正したもの）を転載しておきます。

講義だけでは何となく納得のいかなかった部分が、自分でシミュレーションをし、時間応答波形や周波数特性を見る中で、直感的に理解できるようになることを 目指していますので、エネルギーコースの人のみならず、情報系、電子系の科目を中心に履修している皆さんにも積極的にご参加いただきたいと思います。

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MATLAB, Simulinkを用いた制御系CAD演習(2007年度)

担当：　堀洋一, 古関隆章

1. はじめに

　制御工学は電気系のみならずあらゆる工学分野で用いられている基礎的な技術であり、この演習の受講者の多くはすでに夏学期の「制御工学I」を履修していることであろう。また、駒場４学期でも制御工学と非常に関連の深いラプラス変換を用いた微分方程式の取扱を必修科目として学んでいるはずである。しかし、そこでは、例題があくまでも紙の上の計算で扱える範囲の比較的単純なものに限定されざるを得ず、面白さと言う点でも、現実的なより複雑な問題を解決するためのトレーニングを行うという点でも物足りなさを感じたに違いない。

　堀や古関の学生時代は、現在のように能力のすぐれた計算機・便利なソフトウェアが簡単に使える環境ではなく、時間応答のディジタルシミュレーションを行うことは、それ自体で数日を要する作業であった。たとえば、分母多項式を導出し、ニュートンラフソン法で多項式の解を求めるプログラムを作成、留数の定理などを用いて各時間におけるラプラス逆変換を数値的に求め、さらに、それをグラフで表現するためのプログラムを作成するという作業を経てようやく一つの応答波形を可視化することができるという具合であった。さらに制御工学Iの授業で習ったような、いわゆる「古典制御理論」が盛んに研究された頃は、解析式の導出とアナログのアンプを組み合わせて積分器や近似的な微分器の回路をつくり、その出力波形を観測しながら研究が進められていたと聞く。（これをアナログコンピュータと呼んでいた。）

　今日では、幸いにして、高速の計算機と、プログラムやモデル作成の容易なグラフィック機能も含むソフトウェアが比較的簡単に手に入るようになっている。その代表的なものがこの演習で用いるMATLABで、もともとは行列の演算を扱う数値ライブラリ（サブルーチン集）を使いよくするために、変数をわたす部分のインターフェースを良くするツールとして生まれた。その後、それをベースにグラフィクスの機能などが強化され、商用の技術計算用言語として頒布されるようになった。さらに、フィルタ設計や最適化問題あるいは制御のシミュレーションなどに便利な、Toolboxと呼ばれるアプリケーションごとのルーチン集が別売りされるようになって、CADツールとして研究機関や産業界で広く用いられるようになった。MATLAB本体はあくまでもキャラクタ ベースでコマンドをスクリプトとして記述しプログラムを行う形態のツールであるが、制御の分野でMATLABが広く用いられる様になったのは、ブロック線図をカットアンドペーストでグラフィカルに作成することで非常に簡単に過渡応答の計算ができてしまうSimulinkというツールがMATLAB上で動くようになってからであろう。

　本演習でもMATLABの基本機能と、Simulinkを必要に応じて使い分けながら作業を進めて行くが、その便利な機能を堪能すると同時に、安直にその便利さに溺れることなく、問題そのもののもつ物理的本質やディジタルシミュレーションに伴う様々な問題点に注意しながら、頭を使って結果を考察するようにしよう。

　与えられた問題の他にも、自分自身で発展例題を作成しあるいは参考書を参照して興味のある問題を探してそれを解いてみることは大いに推奨される。ただし、この演習で用いているMATLAB/SimulinkはStudent Editionであるため非常に複雑な問題を考えると、変数の数やブロックの上限が問題となる可能性もあることに注意してほしい。（詳細はソフトウェアのマニュアルを参照のこと。例：http://www.mathworks.com/access/helpdesk/help/toolbox/control/）

　MATLAB/Simulinkの使い方に関しては、演習の現場でも指導を行うが、現場で閲覧できるStudent Edition のマニュアル（英語版）のほか、生協にもいくつかの成書があるのでそれを各自で適宜選択して購入するとよい。たとえばこの演習の内容に近いものとしては

西村, 野波：「MATLABによる制御理論の基礎」東京電気大学出版局1998年

などが最近出版されている。またMATLABの概要を知りいくつかのデモなどがみたければ、このソフトを日本で販売しているサイバネット社のホームページ http://www.cybernet.co.jp/products/matlabを覗いてみると良いであろう。

　MATLABは、オンラインヘルプもマニュアルもすべて英語で書かれているが、少し慣れれば難しいことはない。 このようなマニュアルは、翻訳されたものよりも原文を読んだほうがずっとわかりやすいことを実際の研究の中でしばしば経験する。また、プログラム中のコメントやグラフの軸などもすべて英語で書かねばならない。もちろんローマ字で日本語を書くことは可能である。技術的な英語を用いることにアレルギーを起こさず、良い訓練の機会と思って積極的に活用し、必要なtechnical termを覚えてしまうと良い。

2. 日程と学習内容

　本演習は、電子情報学専攻貸与のノートPCを用いて、工学部２号館１２階の古関研究室にて、教員およびTAの指導の下で行う。週1回のペースで6週で完結する。その概要を以下の表に示す。主として制御工学Iの内容に準拠している。制御工学Iの教科書の該当箇所を読み事前に準備することが可能である。具体的演習問題説明などは配布プリントで与える。古関隆章ブログ http://takafumikoseki.blogspot.com/ からもテキストをダウンロード可能とする予定。　制御工学IIの内容として演習の課題となりうるものとしては

2.1. ディジタル制御：Z変換
微分と疑似微分：Bode線図と波形の応答/Tustin 変換と厳密なZ変換の応答の比較
MatLabを用いたディジタルフィルタの設計

2.2. 状態方程式と伝達関数：相互の書き換え
極配置に基づく状態フィードバック
時不変線形システムの最適レギュレータ問題と結果として与えられる極配置の関係
2.3. 状態観測器の設計
2.4. 定常カルマンフィルタ

などが挙げられる。これらを本演習の基礎編で本格的に扱うことは時間の制約上残念ながらできないが、今は、制御工学第一の範囲で状態空間法入門を扱っているので、これに関する演習も原理的に可能である。4回までの演習でMATLABを用いた作業に習熟したら、その後の選択課題の中で、これら冬学期の講義内容にも関係する課題に積極的に挑戦し、授業で習った内容の理解に役立て欲しい。

• 第1回: MATLAB/Simulink入門、微分方程式とラプラス変換

• 第2回: システムの応答, システムの周波数特性とボーデ線図, 安定性の解析: ラウスの判定法, フルビッツの判定法, ナイキストの判定法

• 第3回: 二次系の性質と極の位置, フィードバック制御の特性, フィードバック制御の設計

• 第4回: PI(D)制御とI-P(D)制御と分子多項式の影響／二自由度制御, フィードバックとフィードフォワード, 状態空間法入門

• 選択課題：　第5, 6回 発展課題：磁気浮上, 電気自動車の制御, カオス現象の解析と制御など

3. 参考書

なお、演習に役立つであろう制御理論に関する参考書としては、講義で指定している堀の教科書「制御工学の基礎」の他、

[1] 茅陽一：「制御工学第一」

[2] 細江繁幸：「システムと制御」オーム社

[3] 伊藤正美：「制御理論演習」 昭晃堂

[4] 平井一正, 羽根田博正, 北村新三：「システム制御工学」森北出版

などがあるので適宜自分の気に入ったものを参照して欲しい。

4. 有用なフリーソフトに関して

　このガイダンスの文書は、Sun Microsystemsが本学の情報基盤センターを通じて学内関係者にフリーで使用権を認めてくれているStarSuiteというソフトを用いて作成している。本演習ではレポート用のワープロ、作図、数式エディタを用いてレポートをまとめたいという履修者の希望に対応するため、フリーソフトであるopenoffice.orgを2002年度から導入した。その後、2003年度から、本来商用ソフトであるStarSuiteが東大関係者には自由に使えるようになったため、StarSuiteあるいはLaTexを使用してレポーティングを行うことを強く推奨している。情報理工学系から貸与されているPCで学内のLANから情報基盤センターに接続し、ダウンロードしてPCにインストールするとよい。（もちろん、一般向けに公開されているフリーソフトOpenOfficeもVer. 1.1 以降は商用版のStarSuitesとほぼ同等の機能を有しているので、そちらを使用することは自由である。）

-----情報基盤センターからの連絡------

> 下記のURLから、利用申請を行なうことができます。

> http://www.nc.u-tokyo.ac.jp/software-license/starsuite/

> 教育用計算機システムのアカウントをお持ちの方は、そのIDとパスワードで認証を行い、ダウンロードする。

アップデート用のソフトもあるのでSUNのページ　http://jp.sun.com/starsuite/　も参照するとよい。

このSUNの商用ソフト、Star Suite 8は、2007年８月に、Googleが買い取って、Google パックとして、無料で使用できるよう公開されるようになりました。したがって、これを、このリンクから入手して使うのがよいと思います。

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　また、本演習で用いているMATLABは、比較的高価な商用ソフトであり、自宅学習用に配布することはできない。（演習で用いているソフト自体が、機能限定のついた学生版の古いバージョンのものである。）しかし、MATLABに対しても俗称MATLABクローンと呼ばれる優秀なフリーのソフトウェアが存在する。自習用にはフリーソフトSciLabをhttp://www-rocq.inria.fr/scilab/からダウンロードして、自分のPCにインストールし使用してみることも奨める。これらフリーソフトに関しては

早稲田大学の大石先生による数値計算の基礎教育のページ

http://www.oishi.info.waseda.ac.jp/~oishi/lec2001/l-1.htm

メディアラボのホームページにあるフリーの科学技術計算用のプログラム

http://www.mlb.co.jp/linux/science/

特に、シミュリンク相当のツールもあるプログラムの紹介

http://www.geocities.jp/rui_hirokawa/scilab/

などのページが参考になろう。（2007年8月7日リンク有効確認済。）インターネットのキーワード検索で「Matlabクローン」などの用語で検索すると、様々な関連プログラムの情報が得られる。なお、これらのフリーソフトウェアに関する情報は、古関の個人HP　（http://www.geocities.jp/takafumikoseki/）にも掲載している。

３年夏学期講義「電気機器学基礎」期末試験の結果と講評

得点分布と最終成績評価との対応

半年にわたる聴講と、試験の際のアンケート、まじめにやってくれてありがとうございました。

書いていただいた内容を見ると、やはり今年度の講義は、時間配分があまりうまくいっていなくて分かりにくいところがあったのだと反省をいたしました。今年度は、シラバスに示しているように、多相交流が回転磁界（進行磁界）を作るという一番の基礎原理から入って、交流機の一般論から同期機のベクトル線図を説き起こすという、理論的に最も正統的な進め方を志向しましたが、現場的感覚、実験における直感的理解を重視するならば、直流機の様々な外部結線方式の相違が、トルク-速度などの定常特性にどのように関係するのかということから説く方が、分かりやすかったようです。

多くの傾聴すべき建設的批判をいただいた一方、明らかに学ぶ者の態度として誤っていると感じるような「横着な」要求もありました。

たとえば、
「仁田本は買っていないので参照箇所を示されても役に立たない、本を買わなくてもすべて分かる良いな講義をしてくれ」との要求がありました。

仁田先生の参考書は、推奨参考書であるので必ずしも買う必要はありませんが、自分で学びやすい本を用いて勉強しなさいといって洋書を含むいくつかの技術文献を講義の初回およびweb上で紹介したはずです。それらを本屋で探して何冊か買ったり、図書室で紐解いてみる手間を惜しんだのだとすれば、それは学ぶ者としての基本的態度に問題ありということになります。

１科目に対して数冊の参考書を見ながら、自分の理解しやすいようにノートにまとめる過程で初めて生きた知識が身につくものだと思いますし、高々数千円で買える参考書を何冊か自分のものとすることは、一生の役に立であろう専門分野の基礎知識や基本的考え方を身につけるためだと考えれば、非常にコストパフォーマンスの良い投資であるはずです。さらに、必ずしも最新の本はないとしても、図書室には高い評価を受けている多くの良書があり、電気機器のような伝統的科目ではそれら（多少古めの？）本も十分有用な知識を与えてくれます。

自発的に参考文献を紐解いて積極的に知識を吸収しようという最低限の努力を怠たる人は、むしろ学びの場を去るべきでしょう。

それと、講義で変圧器を扱っていないという批判がありましたが、初回の講義で述べたとおり、それは２年生４学期のエネルギー工学の講義で扱う範囲であって、この３年生の講義および実験における電気機器関係のテーマは、その基礎的な知識を駒場の４学期の段階で身につけているという前提で組み立てられているのです。

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　期末試験の概要
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[1] 同期機
(1) 同期機（円筒機）の定常状態における等価回路を示し、（発電機として）その定数を定めるための基本的測定法を説明せよ。
これは基本中の基本なので概ねできている人が多かったのですが、何名か、誘導機の等価回路を書いている人がいるのが目立ちました。また、発電機としての試験ということは、軸を外部の機械入力で回しながら、開放電圧や短絡電流の測定をするということです。

(2) 同期機の界磁電流を変化させることで何ができるかを説明せよ。
界磁電流を変化させると内部起電力の大きさを直接変化させることができ、それが回路の中では力率を変化させるという本質に触れている人には高い得点を与えました。ベクトル線図を用いて定量的な議論をした人にはさらに良い得点を与えました。界磁電流が直流だということを分かっていない人が数名見られたのは残念です。
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[2] 誘導電動機
三相誘導電動機の1相あたりの等価回路を示す。
(1) 図の回路の定数を定めるための基本的な測定法を、（実験室での経験を思い出しながら）説明せよ。
これは実験をまじめにやった人ならば満点に近い得点を得られるはずだと思いましたが、等価回路が似ているということもあって、変圧器の試験法について述べている人が何名かいたのが残念です。

(2) 上のトルクの式に基づき、駆動電源の電圧、周波数を一定とし、すべりが からまで変化する場合の、典型的なすべり---トルク曲線の概形を示せ。すべりの大きさでこの機械の動作状態を分類し、各々の状態における動作、エネルギーの流れに関して説明せよ。
これは誘導機の定常的な動作を直感的なレベルできちんと理解しているかどうかを試す問題でした。持ち込んだ紙に描かれた図を、理解することなく丸写ししたのか、きちんと自分自身の言葉で説明できているかに、大きく差があり、理解しているかどうか個人差が顕著に分かりました。

(3) 上のトルクの式に基づき、二次抵抗が変化した場合の、すべり---トルク曲線の比例推移特性ついて説明せよ。そして、その誘導機の始動方法との関係を論じてみよ。（ヒント：　始動に関しては、かご形と二次巻線形に分けて論じる方が解答しやすいと思われる。）
二次抵抗とトルク--速度特性の基本的関係を理解しているかどうかで勝負がわかれましたが、講義でも強調したとおり比例推移特性は誘導機の定常特性の基本中の基本とも言うべき重要な概念ですので、ここできちんとした答案が書けなかった人はもう一度参考書を見直してでも、この言葉は押さえておいてください。二次巻線形で始動抵抗を入れて、始動トルクを大きく取る一方、始動時の電流を抑えるということについては、実験での記憶もあってよくかけた人が多かったのですが、かご型ではそのような操作ができないため、深みぞ形や二重みぞ形で表皮効果を応用して、始動時の二次抵抗を大きくするという伝統的方法は、講義で時間をかけて説明したにも関わらず、理解できている人が少なかったことが残念です。
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[3] 直流機
4kW 100Vの定格を持つ直流機がある。この電機子抵抗は とする。回転数1500rpm一定の速度で外部から回転させたときの他励発電機としての電機子巻線の無負荷端子電圧 が、界磁電流の関数として図のように計測されている。（以下の(1)(2)では、グラフを描く根拠とした回路図や式も併記せよ。）

(1) この直流機を他励の発電機として用いる。同期モータを駆動源として1500rpmで回転させたとき、 界磁電流と設定した場合における電機子電流と電圧との関係を3本のグラフに示せ。
(2) この直流機を分巻電動機として用いる。電機子巻線をの一定電圧源に接続したとき、界磁電流をと3通りに変化させた場合の回転数とトルクとの関係を3本のグラフとして示せ。
(3) 直巻直流機の速度--トルク特性を考え、上記の分巻電動機と比較し、その特徴について自由に論じよ。

これは具体的な特性の式や曲線に関しての記憶がなくても、基本的な結線を理解し、逆起電力の速度特性とオームの法則を理解していればその場で簡単に計算できると思ったのですが、極めて正答率の低い結果になってしまいました。直流機の基本特性の解説にあまり講義の時間を咲かなかったことは失敗であったと反省させられる結果になりました。詳しい数値があっているかどうかは別として、少なくとも(1)については、負荷電流をとると共に内部抵抗（電機子抵抗分）だけ微妙に端子電圧が下がっていくという、電源としての常識的な特性曲線になるはずだというくらいのエンジニアリングセンスが働くようであって欲しいと望みます。


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[4] パワーエレクトロニクスの基礎

(1) パワーエレクトロニクスにおける半導体素子の使い方の特徴を、信号処理用のアナログ増幅器などとの比較の中で論じよ。
ここは、アナログアンプのように素子内での損失を許容しながら中開きの状態で使うのか、損失を理想的にはゼロに近づけるためにオンオフのみのスイッチとして半導体素子を使うのかというパワエレの基本思想を問うてみた問題でした。講義に出席していた人はきちんとできたのではないかと思います。

(2) 単相用の全波整流器を、ダイオード4つを用いて構成する。その回路図を示し、基本的動作を説明せよ。
これは、駒場での物理実験や、前期実験の範囲でも実際に設計をし測定をした基本的回路なので全員ができるはずと思いましたが意外に正答率が低くて驚きました。正解がかけなかったという思いのある人はきちんと復習して何も見なくても回路図くらいはかけるようにしておく必要があるでしょう。本来は、パワーエレクトロニクスがスイッチング素子と、エネルギー蓄積デバイスの組み合わせで初めて機能するという基本を押さえて、平滑回路も含めて議論をして欲しかったのですが、そのような記述ができた人は非常に少なかったので、平滑回路にかんする記述がない答案でも、採点を甘くしました。

(3) (2)のダイオード4つをサイリスタに置きかえると、講義中に説明したように、出力電圧の制御を行うことが可能となる。その動作を説明し、これを例に「点弧角を用いた電圧制御」の原理と問題点を述べよ。
これは、基本的なスイッチング素子であるサイリスタの限定的な機能と、点弧角制御は、結局力率を悪化させながら直流側の出力電圧を制御しているという点を関係付けて述べて欲しかったのですが、その両者に言及した答案は１割くらいでした。

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今回の期末テストは、工業高校の電気機械の教科書の演習問題程度の難易度となるよう努めて問題を易しくした上、自分で書いたメモ１枚の持込を可としました。その結 果、このページの最上部の図にあるとおり、かなり高い得点を得た人が出ている一方、結局何も学ばなかったのではないかと思われる人まで幅広く差がついています。

レポート提出状況も加味し図の ような厳正な採点分類を行いました。せっかく受験したのに、可や不可となった成績下位の人は、不本意でしょうが、レポート提出状況も悪いので、残念ながら救済措置の取 りようがありませんでした。必修科目ではないので問題はないでしょう。ここで悔しいと思った人は、その思いをばねに、冬学期から地道に勉強をしてもらえるといいと思います。

半年のつたない講義にお付き合いいただき、熱心に学んでくださった皆さん、ありがとうございました。冬学期は「制御工学第二」「制御CAD演習」で是非お目にかかりましょう。

夏学期の試験成績が事務室から返却された時点で、納得が行かないという人は遠慮なく古関までご連絡ください。答案自体をお見せして評価や内容についての議論をすることが可能です。

緊急・重要： 電気機器学基礎 受講者の皆様へ

電気機器学基礎の受講者の皆様
電気機器学基礎の期末試験を7/30に受けようと思っている皆様！！

講義補足資料　Version: 0:00 JST 27th July 2007

平成19年度期末テスト直前対策版

公開のお知らせ

講義ノートとしてはついに最後まで完成度が低いままなので申し訳ないのですが、試験期間に入って「格調高い」大量の資料を見せられても学生としては迷惑なだけだとの声にお答えして、詳しい式による講義の補足を個々の節では行わず、主要な流れがつかめるようなキーワードとノートの章立ての記述にとどめ、本年度の期末テストの準備として、どこを重点的に学べばよいかを赤で示すことにしました。上記のリンクから、至急入手し、万全の準備を整えて、7/30の朝にまたお目にかかりましょう。

今週の月曜日に、リンクに問題があるというご指摘をいただいておりながら、ページの修復作業が大変遅くなりましたことをお詫び申し上げます。

ちょっとした驚き

古関は、最近子供の強い希望にも押されて、夏休みには清里に遊びに行くのですが、それに関して、定宿としているペンションのHPに写真が載っているのを見てちょっと驚きました。

曽根先生の特別講義と同窓会のHP

今日の2限は曽根悟先生の特別講義でした。学部４年生対象の講義ですが、学期末と言うこともあってか、あまり真剣に聞く気のなさそうな学生が目立って後ろの方に結構座ってるものが目だったので、つい腹を立てて、前に座るように「強権発動」してしまいました。

実は自分が４年生の時の特別講義は、担当教官がその曽根先生で、いつも出口に立ってエスケープしようとする我々を厳しく監視しておられたことが鮮明な記憶として残っています。

その曽根教授の、特別講義に関する「警告」（Kは途中で授業を抜けて、数十分の後もどってきたなどの詳しい記述がある：<==ちなみにこのKは古関ではない！）は、名物として、我々の学年では語りつがれており、86年度の卒業アルバムにはその写真が載っています。そこから、世代が一巡したことを感慨深く思う時間でもありました。 曽根先生の御講義は、純電気ブレーキおよび、車上･地上のエネルギー蓄積装置の電鉄応用における技術動向に関わる大変優れた解説になっておりました。大学教員の後進として曽根教授のお話を伺いいつも感じること、逆立ちしても絶対にかなわないと思うところは、そのデーテイルの確かさです。今日の八戸や能代の駅を例とした解説は、曽根先生ならではの面白いお話であったと思います。その価値を理解できる人が本日の出席者の中に何名いたかは解りませんが、電気系進学者の数パーセントは伝統的に優秀な鉄道好きがいるものですので、結構理解者も多かったかもしれないと思います。

その後、先輩で電気系OB会のHPの活性化にご尽力いただいている渡部様の御説明を聞かせていただきました。このブログも先輩広場にリンクされるといいと思っています。電気系の卒業生はOB会も、電子情報の先端的な技術を充分活用して人のネットワークを広げるべきであるという基本思想はなかなか優れたものと個人的に思いました。

7/9 制御工学第一についての補足

　本日説明をした、状態空間法と多項式法を具体的に学ぶためには、冬学期の制御CAD演習テキストが役に立つと思います。ケスラー法、真鍋法など、「多項式法」の詳細は講義の中で詳しく扱うことはできませんでしたが、必要に応じて同じくここでよく学んでいただけるといいと思います。（なかなか、座学、試験対策の段階では、その「必要性」は明確に意識できないかもしれませんが...）
　また、古典制御から最近の制御理論まで全体を手っ取り早く見渡すための良書として、新誠一先生の「制御理論の基礎」をご推薦します。

7/2 3年生講義「電気機器学基礎」演習の出題と講義ノート

　この講義も残すところ７/9の1回となりました。

　7/2は前回説明し切れなかった、単相小容量の誘導機の説明を手短に済ませ、冬学期の横山教授によるパワーエレクトロニクスの講義へ入門編としての「パワーエレクトロニクス入門」を講義します。その講義内容の確認のための演習問題を7/9（あるいは試験日7/30）にご提出いただくべくここにおきますのでやってみてください。ファイルにはPWがかかっています。（<==7/912:30 動作確認しましたが、PWを入れて問題なく開けています。講義の際にファイルが壊れているといった人、PW等に間違いがないか、再確認してみてください。）

期末試験も迫っているので、講義ノートも整備を急ぎ、同じところにより完成度の高いものを、数日内に載せるよう努めます。(<==作業が遅れていてすみません！)
　期末試験は、講義の際に述べたように、自分で作成したメモ用紙1枚（表裏に自由に何でも書いてよい）のみを持ち込み可とします。自分自身の勉強をかねて、推奨参考書、講義ノートなどから、メモ用紙の作成を入念に行ってみてください。期末試験は、7/30(月)の2限の予定です。
　なお、参考書などは、講義初回のプリントをご参照ください。短期間に手っ取り早く勉強するには、（数式の記述が最低限の量に抑えられているため平均的な大学生用の教科書などよりはだいぶ易しい内容になりますが、）オーム社の「図解　電気の百科」第14, 15章をご覧になると良いと思います。7/2のパワーエレクトロニクス入門は、この本の15章の記述を中心とした講義ノートです。（ちなみに、この章の執筆は古関自身です。）


---演習問題の内容（上記pdfと同じ）-------

電気機器学基礎演習問題
(2007.07.02出題/07.09 or 07.30提出)

[1] パワーエレクトロニクスにおける半導体素子の用い方の特徴は何か？を、一般のアナログ信号増幅器におけるトランジスタ、FETなどの機能との比較して述べよ。

[2] サイリスタを用いた点弧角による電圧制御（=出力電圧の点弧位相角制御）について、単相のサイリスタ整流器を例として、その回路図と主要な部分の電圧、電流波形を示して説明せよ。そして、この制御方式で、電圧を絞っていく際に生じる問題点は何かを説明せよ。

-----演習問題終わり--------

6/26 4限 交通ラボ講義「人間社会と交通システム：非接触で物を運びエネルギーを伝達する技術」＠駒場1313号教室 資料に関して

スライド最後の方の説明が不十分になりましたことをお詫びします。

6/26　4限 交通ラボ講義「人間社会と交通システム：非接触で物を運びエネルギーを伝達する技術（古関担当）」について、レポート課題を含む講義資料をPW付きでここに公開します。ご活用ください。

レポート課題

本講義で紹介した、電気／磁気的な手段によって、非接触で車両を支持、駆動する方法の

　　　現存する方式の分類
　　　必要な技術要素
　　　長所と問題点

について、まとめよ。

　そして、この技術的背景の認識に基づき、今後の公共交通の中で、磁気浮上を利用した軌道交通が今後、

　　　必要か？
　　　不必要か？

という自分の立場を明示して、その理由を具体的にまとめ論じよ。

（誤記を修正して再アップロードしました。）

「交通における電気駆動の魅力」レポート提出について

レポート提出に関するお知らせ（重要）

本文は履修者／関係教員にメールで個別にご連絡したものの
一部を抜粋し改訂したものです。

6/15の講義の際にご相談したとおり、当初7/13に期末試験を予定しておりましたが、以下のレポート提出に変更をしますので、レポートを作成し、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出席回数で厳正に行います。

[1] 締め切り　2007/07/15（日曜日） 12:00 JST
[2] 提出先　pdfのe-mailの添付ファイルとして takafumikoseki　AT ieee.orgあてに　
（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2-3日以内に来ない場合には古関まで確認のご連絡をお願いします。）

[3]提出に関する技術的注意と参考情報
ワープロなどは任意ですが、 フリーのopenoffice.org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。

また、google docsを用いても図入りの文書作成とpdf化は可能です。（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。


ファイルが大きすぎて添付できないことは避けて欲しいのですが、そのような場合には宅ファイル便、yahoo Briefcaseなどをご利用ください。


[4] レポート課題

課題名：　 （課題1）　　○○○○
学生証番号：　○○○○　　　　提出者氏名：　○○○○
関係講義テーマと採点希望教員：　○○○○　（末尾の参考資料から選択）

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課題1: 参考資料にある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つ設定して、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て、A4 レポート用紙で、6ページ以内で論じてください。

（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する形で明示すること。）

課題２： 本講義の良かったところ悪かったところを忌憚なく御指摘ください。特に、来年度以降の講義の改善に役立つような、積極的批判、ご意見を期待しております。

（講義時間帯、講義の進め方、教室、話題の選択、成績評価の方法など、気づいたことは何でも遠慮なく指摘してください。教員に対して厳しいことを書いたから、評価が悪くなるということはまったくありませんので、遠慮なく意見を述べてください。）
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なお、採点してくださった先生からのフィードバックが皆さんの下にメールでかえるように努めます。

----参考資料：本講義の教員と講義のテーマ一覧----

(1) 4月13日：ガイダンス（古関）
橋本教授
宇宙研全体の御紹介とその中における電気工学者の活躍についての序論
人工衛星における電気・制御工学の大事な役割 惑星探査機は電気で動く
(2) 4月20日： 坂井准教授
姿勢制御とフォーメーションフライト
(3) 4月27日：　久保田准教授／古関准教授
月惑星探査におけるロボット移動技術
(4) 5月11日：古関准教授
電気機械エネルギー変換の基礎およびリニアモータ応用
(5) 5月18日:　古関准教授
軌道交通システムにおける電気駆動技術の発展
(6) 6月1日: 生産技術研究所堀研究室の見学(引率　古関准教授)
(7) 6月8日：　堀教授
電気自動車とモーションコントロール
(8) 6月15日 堀教授／オ助教／古関准教授
人に優しい機械とモーションコントロール：移動制約者の支援
(9) 6月22日: 大崎教授
超電導技術の交通輸送システムへの応用I
(10) 6月29日: 大崎教授
超電導技術の交通輸送システムへの応用II
(11) 7月6日: 藤井准教授
エネルギーシステムにおける運輸部門
(12) 7月10日： 藤井准教授
エネルギー、地球環境問題と電気自動車
(13) 7月13日 期末テストを中止し休講に

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以下は、教務課からのお知らせを駒場の学生さんたちのために付記します。

平成１９年６月１９日

学生の皆さんへ　

東京大学教養学部
東京大学保健センター駒場支所

麻疹ワクチン接種実施のお知らせ

６月１２日付教養学部長からの“再度の注意喚起”にありますように、駒場キャンパスでは６月６日から麻疹の発症が増加する様相を見せています。保健センターでは“ワクチン接種のお願い”により近隣の医療施設を利用してワクチン接種をお願いしてきましたが、ワクチン供給状況が軟化した結果、保健センター駒場支所でも麻疹ワクチン接種が可能となりました。つきましては、麻疹ワクチン未接種の学生及びその他接種希望者を対象に、以下の要領で麻疹ワクチン接種を実施することになりました。希望者は速やかに接種を受けてください。

実施要領

対象者：
麻疹ワクチン接種を受けたことがないか麻疹ワクチン接種歴が１回のみで麻疹罹患歴のない駒場キャンパスに在籍する学生

場所： 保健センター駒場支所

実施日時：
一回目6月19日(火) 午後 14:00-16:00　接種終了
二回目6月20日(水) 午後 14:00-16:00　約160名
三回目6月21日(木) 午後 14:00-16:00　約160名
四回目6月22日(金) 午後 14:00-16:00　約160名

費用： 3000円

申し込み
当日の午前中１０－１２時までに保健センターに来室し申し込み用紙に記入して予約してください。予約時に「ワクチン接種について」というワクチンの効果と副作用について説明した文書と「ワクチン接種問診票」をお渡ししますので、接種前によくお読みの上問診票に必要事項をあらかじめ記入し午後の時間帯にワクチン接種を受けて下さい。

ワクチン接種の目安
ワクチンは麻疹単独ワクチンが現在残り８０本、それ以外は麻疹および風疹の混合ワクチン（ＭＲワクチン）です。風疹の２回目のワクチン接種を行った人あるいは風疹の罹患歴のある人には麻疹単独ワクチンをお勧めします。麻疹ワクチン接種歴がないか１回目の接種のみで風疹の罹患歴がないか風疹のワクチン接種が１回以下の人には風疹・麻疹混合ワクチンの接種をお勧めします。麻疹単独ワクチンは現在不足していますので単独ワクチンがなくなり次第ＭＲ混合ワクチンのみの接種になります。
母子手帳の記録およびご家族にご確認の上麻疹および風疹のワクチン接種の時期、回数を記録して保健センターに来てください。わからない時は母子手帳等の記録をご持参下さい。

ワクチン接種証明書
ワクチンを接種した証明書を保健センター名で発行しますので将来の記録として保存してください。
（尚、１９日にワクチン接種を受けた方は証明書をお渡ししていませんので証明書の発行を希望される方は保健センター健康管理室にご来所ください）

問合せ先：東京大学保健センター駒場支所　健康管理室
電話03-5454-6166

月曜1限講義 「電気機器学基礎」 6/18出題、7/2提出予定の演習/ 避難訓練/これからの講義の予定など

講義ノートのほうははなはだ未完成なのですが、来週6/25に提出していただこうと思っています誘導電動機の簡単な特性計算の例題プリントをここにおきます(リンクの修理完了：ご迷惑をおかけしてすみませんでした！)ので、復習を兼ねてやってみてください。

<6/18追記>
<----本日6/18の講義では誘導電動機の等価回路の導出と基本的な特性の考え方を述べましたが、具体的な特性計算までは十分に説明できませんでした。そこで、このレポートの提出期限を1週間延ばします。 (このこと既にプリントの中身に反映済です。)

6/25の講義では、鳳テブナンの定理を応用して等価回路からトルクの速度依存性などの電動機特性を具体的に算出する方法、等価回路の定数を同定することを目的とした試験方法、始動にかかわる問題点、誘導機の速度制御、円線図、誘導機の速度制御の方法論などに話を進めたいと思います。

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本日の、避難訓練、途中で本当に避難してしまった人も多かったようですがお疲れさまでした。まじめに御協力いただいた皆様にお礼申し上げます。その際にアナスンスされていた家族への伝言ダイヤルというのは、NTTのサービスだそうで、この記事＜災害用伝言ダイヤルサービス＞を見て利用方法をご家族と検討しておかれるといいでしょう。

多摩地区の休日

古関の家は、都内ながら、この写真にあるように、周りに大きな公園やきれいな川のあるとても美しいところにあります。片道２時間近くかかる通勤は確かに大変ですが、ここでの暮らしは、緑の豊かなこの時期、すがすがしい風景にあふれていて、週末は楽しみです。

今は体調が十分でないので、そう簡単に旅行などに出ることはできませんが、子供たちは、どこか遠くに行かれなくても、初夏の強い日差しの下、ただただ近所の緑に囲まれた自然の中で、のんびりしながら、生き生きと遊んで、満足しているようです。

駒場 金曜５限講義 「電気駆動の魅力」成績評価について

6/15の講義でお知らせいたしましたように、本年度は

7/13に予定していた期末テストを中止し、同日の講義は皆様のご希望に応じて休講とし、

成績評価は講義への出席とレポートにより行います。

レポートの課題は、個別にご連絡するメールの指示のとおり、基本的には本講義に関係する技術的キーワードを１つ選択して、採点希望教員を指定しただいて、論じてもらいます。

レポートは7/15正午を締め切りに、古関宛(takafumikoseki　＠　ieee.org)にお送りください。古関から皆様の指定した「採点希望教員」に採点依頼状とともにお送りします。

詳細は、後日個別に履修者にお送りするメールをご参照ください。

月曜１限の「制御工学第一」担当について

これまで堀洋一教授が担当してきました月曜１限の講義「制御工学第一」ですが、当初休講予定とされていた6/18と最終日の7/9は古関が担当して講義を行いますので、ご注意ください。

6/25 08:30-10:00 多項式法（ケスラー標準形と真鍋法）を用いたフィードバック制御系の設計
(誤記を修正しました! 6/18)

6/27, 7/2 当初予定通り堀教授の御担当
7/09 08:30-10:00 状態方程式を用いた線形システムのダイナミクス表現と状態フィードバック　

6/11 電気機器学基礎の講義を終えて

駆け足ながら何とか今日で同期機に関する説明をすべて終了し、次週以降は誘導機の説明に入ります。現時点での今後の講義計画と、来週提出をお願いする演習問題および編集中の講義ノート補足をここに置きますので、学習の役に立ててください。(最新版を利用していただくことを想定しここのリンクは削除しました。6/18)

6/1 駒場講義「電気駆動の魅力」：堀研究室見学

6/1の講義は、生産技術研究所の堀教授の研究室で、電気自動車の研究についてのデモを見学させていただきました。参加者は６名でしたが、実際に実験用車両を運転させていただき、直に堀教授や研究を担当している大学院生の皆さんと話す機会があり、有意義なひと時ではなかったかと思います。6/8, 15はこれに関連して堀教授、呉助教の講義を予定しています。

6/4 3限の環境電気工学の講義を終えて

電気自動車の説明は次週の堀先生の御講義に譲ることとして、昨日の講義では電気鉄道に関することを中心に「交通システムと環境」というキーワードで、

1. CO2排出問題で、日本の現状（運輸部門の割合が全排出量の1/5であること、鉄道はその中で10%未満のわずかな割合にすぎないこと）、
2. したがって、軌道交通に関わる環境問題は最近注目されているグローバル環境の問題も重要だが、第一義的には、伝統的な公害問題である騒音、振動などの対策に力が入れられていること、
3. CO2問題などは、交通システムそのものの速達性や快適性を追求する中で自然に良い方向の技術開発ができていること、
4. IT化の進んでいる最近の環境問題として電磁環境の問題が重要度を増していること、
5. 資源のリサイクルについては、鉄道の事業者の扱う範囲はリユース・リサイクル率は高いが、むしろ一般旅客に関わるところで改善の余地が大きく残されていること

などについて述べました。すべての講義内容を網羅したメモではないのですが、講義メモの一部である参考資料をここにお示ししておきます。

6/4 電気機器学基礎の講義を終えて

昨日は同期機（そして回転機の理論）に関する最も重要な部分を説明したのですが、我ながらその説明がきちんと成功したとは思えぬ内容になってしまいました。ちょっと今後の説明のしかたについて考え直します。とりあえず、誘導電動機については、推薦参考書の記述に沿った説明のしかたを工夫するつもりです。参考資料も含め今週作業してまたお示しします。

次回に、同期調相機についての演習プリントを提出してください。それを見て皆さんの理解度をチェックしてみたいと思います。よろしくお願いします。

電気機器学基礎5/28の講義を終えて

本日の講義でもまた予定が遅れましたが、詳細な式の説明などをこのページ掲載の資料として掲げることで、演習問題を併用しながら、講義では要点のみを押さえる形で効率よく話を進める道が開けました。

その詳細な補足資料は作業中ですが、途中経過をこのブログ上に載せ、バージョンアップするごとに通知します。なお、書籍からの図面のコピーを含む資料になった場合には、ファイルにPWをかけることもあります。

本日配布した演習のプリントは来週講義内容を完成させた後に提出をお願いするつもりです。

駒場キャンパス講義 人間・環境一般 「電気駆動の魅力」5/11,18 古関担当講義の資料と6/1の堀研見学

5/11, 18の古関の担当分
「電気機械エネルギー変換の基礎およびリニアモータ応用」
「軌道交通システムにおける電気駆動技術の発展」
に関する講義資料をあとで、PWつきでこちらからダウンロードできるようにします。PWは本講義に関して共通のものを講義時にお知らせします。

古関資料のダウンロードはこちらから（遅くなりましたが5/28リンクをはりました。PWつきです。）

５/２４は学園祭のため講義がありません。

6/1は生産技術研究所堀教授研究室の見学です。　
　16:15に古関が1222講義室の前に迎えに行きます。その場で出席を取って一緒に生産技術研究所まで歩いて向かいます。

１７時まで電気系の研究室のブースを回り、17時以降堀研究室の電気自動車の研究を見学します。
（堀研の院生の方々が特別に対応してくださります。）

現地集合を希望される方は古関までe-mailなどでお申し出ください。この講義を取ってない方でも飛び入りの参加を歓迎しますので、友達にも声をかけてください。

駒場キャンパス講義 人間・環境一般 「電気駆動の魅力」4/27 宇宙研久保田先生担当講義のノート

連休明けになってからのご連絡ですみません。4/27の講義には古関自身は出席できませんでしたが、久保田先生の講義に７名が熱心に参加してくださったとのことで、喜んでおります。（本当はこの講義はもっと多くの方に参加していただくだけの価値が十分あると自負しておりますが...）

久保田先生が講義概要をまとめた資料の公開を許してくださりましたので、ここからその資料を入手なさってください。PWつきです。PWについては今週金曜日　5/11の古関の講義の際にお伝えします。

今週の古関の講義では電気機械とパワーエレクトロニクスの基礎からリニアモータの話に話題を広げて生きたいと思いますので、連休前同様に奮ってご参加いただけるとありがたいです。