交通エレクトロニクス2007年10月19日マショレック博士特別講義のスライド

もう大分前のことになりますが、昨年度冬学期に開講の電子情報学専攻大学院講義「交通エレクトロニクス」において、2007年10月19日に、ベルリン工科大学のマショレック博士に、ヨーロッパの鉄道信号保安技術の標準化について「Interoperability of　Train Protection Systems in Europe」　と言う題目の講演をしていただきました。マショレック氏が再来日し、その際のスライドのファイルを公開用にまとめて提供してくださりましたので、ここから入手していただけるようにしました。（ファイルの大きさは約5.8MBあります。）

2008/10/23 AGSセミナー 「電気鉄道と環境」御聴講の皆様へ

　拙い講演をお聴きくださりありがとうございました。

　その際、スライド中にて、補足資料はPW付きでこのページからリンクを張ると申し上げましたが、具体的に資料の追加を要するようなご質問、ご議論がございませんでしたので、このページに特段の追加の記載はいたしません。講演資料については、堀教授のものもあわせてAGSクラブの会員向けページに掲載されると伺っております。

　せっかく、このページを訪れていただいた方、追加の内容が無くて申し訳ございません。
　なお、せっかく来ていただきましたので、お時間のございますときに、このページの右側にリンクがございます、古関研から独逸に留学の機会を得た3名の学生（うち2名は既に社会人として活躍しております）の滞欧記をご覧になってみてください。三者三様の若い感性で、それぞれに興味深い内容が記されていると思います。

電子・情報系進学内定者へのガイダンスを終えて(10/22リンクづけして改訂)

　本日電子・情報系進学内定の皆さんには1日にわたるいろんな先生の話を聞いていただきました。我々B2コースの話は、そのスケジュールの中でも最後だったので、聞く側としても大変疲れていたと思いますが、最後まで真面目にお付き合いいただきありがとうございました。中島先生の2030年ビジョンの話を含む、我々のコースのエネルギー・環境・グローバルシステムの技術に関わる教育・研究内容の説明に使用した資料は、今回配布しませんでしたが、近日中に学科の公式ページからダウンロードできるようになるはずです。

　当座の措置として、上記の中島先生、古関、熊田先生の講演に関わる資料はここから入手可能です。一人でも多くの前途有望な学生さんが、この分野に関心を持っていただけることを願っております。

制御CAD演習 実施要領(10/01初稿 10/8改訂)

３年生冬学期、月曜日午後に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す。
（この形式での演習は本年度が最後になります。）

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。（10/20に改訂版へのリンクをはり直しました。）
また、図の様式に一部不備がありますが、5, 6日目の堀教授の発展課題のテキストは、必要に応じて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。

（10/02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

10/2(木)　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) 10/06 (2) 10/20* (3) 10/27 (4) 11/10*
応用演習：　(5) 11/17 (6) 11/21*
レポート締切日：　(2) 11/10(13:00@演習) (4) 11/21(13:00@演習) (6) 01/13（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) 12/08 (2) 12/15* (3) 12/22 (4) 12/24*
応用演習：　(5) 01/08 (6) 01/19*
レポート締切日：　(2) 12/24(13:00@演習) (4) 01/19(13:00@演習) (6) 02/16（17:00＠事務室）

担当者：　堀教授　古関准教授　TA 福正博之 (博士課程１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(2008年度)
(本稿、古関の不手際から、実験書には昨年度のページがそのまま掲載されておりますことをお詫びします。本年度版の記述もほぼ変わりませんが、こちらをご覧ください。)
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。この演習で用いているMATLAB/Simulinkは、以前書籍の付録として配布されていた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。現在では、最新商用ソフトの学生版　Student Version　として大学生協の店舗などで、学生個人がよりよいものを購入することができる。

（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。

　演習で用いている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として、この古関隆章ブログ からテキストをダウンロードをしていただきたい。　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、本来商用ソフトであるStarSuiteがGoogleパックスの形で実質的に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推奨する。

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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。（2008年10月01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。Linux環境上で理工学系の仕事をすることは、最近のユーザフレンドリなOSの普及によりかつてなく容易になっている。ここで述べた計算やレポート作成のための環境は

Ubuntu: http://www.ubuntulinux.jp/

Fedora9: http://fedoraproject.org/ja/

などを用いることで、今日では非常に安価に個人でも構成することが可能である。

３年生冬学期講義「制御工学第二」の進め方に関して（10/1暫定版）

（変更は、適宜修正・付記します。）

本講義の指定教科書はありません。
　「新： 制御理論の基礎 昭晃堂」は、特に制御工学全般を短時間で見渡すのに優れた参考書であると思います。
　下に推奨参考書として挙げている、堀洋一著「応用制御工学」（丸善出版）は現在入手困難と思われます。図書室などで必要に応じてご覧ください。

　（講義にご参加いただいている中でより詳しく学びたい皆様には、著者である堀先生のご厚意により堀先生の書かれた教科書用原稿電子ファイルを（上巻相当の内容・下巻相当の内容）から特別に御覧いただくことができます。なお、左記のリンク情報は2週間ほどをめどに削除の予定です。）

10/7の講義で説明した、夏学期　制御工学第一の状態フィードバックに関係する期末テストの解説（デモ）に用いたMatlabのソースを以下に示しておきます。

% ex081007.m: CTRL example  program coded by KOSEKI, OCT 2008

 

clear all

%-----Definition of physical constants

 %%%---Fundamental state feedback---

%

A0=[0,1; 10,0 ]

B0=[0;1] 

C0=[1,0]

D=0

%---Pole placement---

Te=1/sqrt(5) % Equivalent settling time

% --3rd order Kessler canonical form---

H=[Te^2/2, Te, 1];

P=roots(H)

F=acker(A0, B0, P)

sys0=ss(A0, B0, C0, D)

sys1=ss((A0-B0*F), B0, C0, D)

figure(1); pzmap(sys0); sgrid

figure(2); pzmap(sys1);sgrid

figure(3); step(sys1)

--以下は第１回目の講義の導入資料--

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
(01) 10/07 状態空間におけるシステムの取扱(1)：夏学期の復習、状態変数と状態方程式、状態遷移行列
(02) 10/14 状態空間におけるシステムの取扱(2)： 実現問題、時間応答シミュレーション
(03) 10/21 状態空間におけるシステムの取扱(3)：状態フィードバック、最適制御、演習出題
(04) 10/28 堀教授特別講義　（電気自動車とモーションコントロール）
(05) 11/04 状態空間におけるシステムの取扱(4)： 状態推定、システム同定
(06) 11/11 状態空間法、最適制御演習
(07) 11/18 ディジタル制御(1): 空間量子化と時間量子化
(08) 11/25 ディジタル制御(2): 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
(09) 12/02 呉助教特別講義　（福祉制御工学）
(10) 12/09 ディジタル制御(3): ディジタル系安定性判別、ディジタル系のアナログ近似、演習出題
(11) 12/16 ディジタル制御(4)：　有限整定とデッドビート応答
(12) 01/13 状態推定法、ディジタル制御演習
(13) 01/20 非線形制御入門 演習出題
(14) 01/27 予備日
(##) 02/03 or 02/10 期末テスト

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
堀・大西： 応用制御工学　　丸善
ただし、これ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
正田： 制御工学　 培風館　
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

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。
月曜午後の演習のようにSCILABなどを用いたシミュレーションもできると良い。
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。
昨今は振替休日のため、月曜日の講義の回数が少なく、最後に時間がなくなって非線形制御の解説は手薄になりがち。冬休みなどに「基礎制御工学」の相当部分を自主的に読んでもらえるとありがたい。

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。

2008年度冬学期のスタート（10/01初稿）

しばらく、本ブログの更新が止まっておりましたが、本日冬学期の初日を迎えました。本学期は、古関は制御工学第二と制御CAD演習を主として担当いたします。

　制御CAD演習は、昨年度も述べたとおり、必ずしも演習の履修者でなくても、このページからテキストを入手し、フリーの制御CADソフトを活用することで自習ができます。このページから、テキストをダウンロードしご活用ください。

　制御CAD演習の履修者は、時間を有効に使えるよう予習をして演習に臨むよう努めてください。良い学習成果を挙げられるよう、皆様御自身の御努力と講義・演習へのご協力ををよろしくお願いします。

3年生夏学期講義「電気機器学基礎」第13回 080707 を終えて

(本記事の掲載が手違いで遅くなりましたことをお詫びします.メールでのご指摘ありがとうございました.)

本日は、パワー素子、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, 自己能力を持たない素子と転流回路、高調波問題と解析法についての説明をし講義をすべて終了しました。

今後の予定は以下のようになります。

14) 2007/07/28 10:15-11:45 月 期末テスト １限の制御工学第一＠２４１号室の期末テストに引き続き245室にて「電気機器学基礎」の期末テストを行います。（月曜日の講義は大変ですね!）


------第13回目の演習問題（7/28提出分）------
(手違いで公開が遅くなりましたことをお詫びします。)

所属学科／学生証番号／氏名　

[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。

Information on Semeter Report of Control & System Theory by Prof. Hori etc

Control & System Theory
Report Problems
(Hori, Koseki, Hashimoto, Kubota, Sakai and Oh)

Deadline: 2008.8.15

Send your report and the original papers you read in (1) by email as PDF format,

WITH: "Subject: CS Report by YOURNAME"

TO:
y.hori AT ieee.org
takafumikoseki AT ieee.org
hashimoto.tatsuaki AT jaxa.jp
kubota AT isas.jaxa.jp
sakai AT isas.jaxa.jp
sehoon AT horilab.iis.u-tokyo.ac.jp

simultaneously.


ABOUT:

(1) Read more than 2 original papers on control theory which were published in recent 3 years, summarize them, and give your own comment on their relation and significance.

(2) Make a problem on control theory and give its solution. The problem should be as mathematical as possible.

(3) Choose one professor and give your impression on his lecture and suggestion for future improvement. More general impressions and suggestions will be also welcome.

●解答は日本語でも結構です。

駒場夏学期 交通ラボ講義 人間環境一般「人間社会と交通システム: 電気駆動による車両の支持／推進／案内と運動制御」080701 を終えて

　本日は、電気駆動による車両の支持／推進／案内と運動制御と題して、磁気浮上鉄道、リニアモータを利用した軌道系交通システム全般について説明をしました。ちょっと話す範囲を広げすぎてしまったので、初学者から見てあまりまとまりのない話になってしまったかと思います。至らなかった点はお詫びします。

　講義中にスライドでお示しした本日出題の古関のレポート課題は以下のとおりです。

------レポートの課題------
本講義で紹介した、電磁力発生技術を用いて、車両を駆動/支持/案内する方法の
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、これらの技術的背景に基づき、今後の交通システムの中での、電気鉄道、磁気浮上鉄道など軌道系交通の果たす役割の将来像に関する自分自身の意見を、判断の根拠を論理的に示しつつ述べよ。
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来週は最終回で、産業界でのご経験豊富な特任准教授の北村先生がご担当されます。どうかきちんと出席して最後までよく学んでください。

3年生夏学期講義「電気機器学基礎」第12回 080630 を終えて

本日は、直流機の電機子反作用、励磁方式（巻線接続の仕方）と発電機の負荷特性・電動機の速度特性、パワーエレクトロニクス以前の主要な速度制御方法と、制御工学との関係で直流サーボモータの過渡特性のモデル化について説明をし、本講義で予定していた回転形の電気機械について説明する部分をすべて終了しました。

これに伴い今後の予定は以下のようになります。

12) 2007/06/30 月 直流機　
直流機の電機子反作用、結線方法と特性の相違

13) 2007/07/07 月 パワーエレクトロニクス入門
パワー素子、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, 自己能力を持たない素子と転流回路、高調波問題と解析法
(<==ちなみにこの日の1限の制御工学第一では、主として状態空間法の基礎を概説しますが、その例題として直流機の制御について言及するつもりです。)

14) 2007/07/28 10:15-11:45 月 期末テスト １限の制御工学第一＠２４１号室の期末テストに引き続き245室にて「電気機器学基礎」の期末テストを行います。（月曜日の講義は大変ですね!）
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前回出題した演習問題

「(2) 直流機の電機子巻線の電圧方程式とトルクの式を、モータ定数Kを用いて示せ。この電機子巻線の電圧方程式の両辺に電機子電流を掛け算することで、直流機におけるパワーの流れを説明せよ。」 に関するレポートとして提出された内容に関する注意 （なぜか2名がまったく同じ誤りを記しており、基本的物理現象が理解されていないことを懸念しますのでここで特にご注意申し上げます。）

入力電力　V * i_a ＝ r_a i_a^2+T %omega + d/dt (1/2 L_a I_a^2)

右辺第一項 = 電機子巻線におけるジュール損失
右辺第二項 = 機械出力 とここまでは良いのですが、

右辺第三項 = 正しくは、「機械内部に蓄積される磁場エネルギーの変化」です。
（これを第一項と同じ「コイルによる損失」と記した方2名とは　08398, 08406です。）

------第12回目の演習問題（7/07提出分）------
所属学科／学生証番号／氏名　

直流機・整流子形機械の特性 演習問題：

(1) 分巻モータと直巻モータの速度特性の相違を比較し説明せよ。

(2) 直流機を用いた速度制御法であるワード・レオナード法を説明し、その問題点を述べよ。

重要： 総合科目 人間・環境一般 「足からロケットまで---走る／飛ぶ／探る科学入門 」の最終レポート課題出題

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。

(本日、このアナウンスを出すのは、6/6の講義の際にご相談したとおり、期末試験期間に入る前に十分な時間的余裕を持ってレポート作成をしたいという方のご要望に答えるためです。)

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。

（重要な修正：7/4の議論の結果、レポー締切り日を下記の日まで延長しました。ただし、2年生の履修者については、進振りとの関係でより早い時期に成績を出す必要のある可能性があるため、教務課にスケジュールを確認後、再度連絡します。）
[1] 締め切り　2007/07/３１（木曜日） 12:00 JST
[2] 提出先　pdfのe-mailの添付ファイルとして takafumikoseki　AT gmail.com 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。(ちなみにこのページや教材の作成は、OSすら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。
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 senduit などをご利用ください。(100MBまでのファイルならば簡単に送ることができます.)


[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）

-----------------------------------------
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し明示すること。）

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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参考資料：本年度の講義の担当教員とキーワード

4/18 古関　ガイダンスおよび力学、電磁気の基礎
4/25 堀　電気自動車の科学
5/9　橋本　宇宙で使われる電気電子工学:
　　　宇宙で使われる物理、数学、電気電子工学について解説。 あわせて、宇宙研紹介。
5/16 呉（堀研）　パーソナル移動アシストを目指した電気駆動と制御技術
　　　　（パワーアシスト、二足歩行を例に）
5/30 （堀・）古関　生産研見学　16:20-...　電気自動車とスーパ・キャパシタ
6/06 古関　電気駆動と環境　
6/13　橋本　惑星探査機は電気で動く
6/20　久保田　宇宙探査ロボティクス
6/27　大崎　超電導技術と輸送の科学
7/04 古関　電気駆動と環境（続き）　電気鉄道とエネルギーマネージメント
7/09(水)　古関（大崎）　磁気浮上　リニアドライブ
7/11 坂井　人工衛星をどうやって動かす？　　姿勢制御と超電導フォーメーションフライト



＊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もとにメールで返るように努めます。

3年生夏学期講義「電気機器学基礎」第11回 080623 を終えて

本日は、直流機の原理、構成と、電機子巻線の電圧方程式と、直流機における電気ー機械エネルギー変換におけるエネルギーの流れについて統一的に解説をしました。特に、電機子の電圧方程式を、電気機器学基礎で扱う、定常現象としての直流の回路方程式と、電流が変化する際に巻線のインダクタンスの影響が生じることから、過渡現象として扱う場合の方程式を比較して議論することを通じて、制御工学第一やモーションコントロールの講義との関係についても述べました。整流子形の機械では、電機子電圧から電流への伝達関数の時定数が、界磁巻線に比較して著しく小さいことから、古来、良い制御の応答を得るために、界磁電流を一定に保ち、電機子電流を積極的に変化させる制御が用いられてきたこと、パワーエレクトロニクス＋ACモータを用いる今日のサーボ制御でも、特殊な座標変換を用いることで、仮想的に電機子巻線、界磁巻線を分離した考えかたをしており、直流モータの制御方法をきちんと理解することが非常に重要な基礎になることを強調しました。

これらの点を良く意識していただいた上で、次回は、直流機の電機子反作用、励磁方式（巻線接続の仕方）に伴う特性の相違を解説します。

------第11回目の演習問題（6/30提出分）------
所属学科／学生証番号／氏名　

同期機の試験法、直流機・整流子形機械一般 演習問題：

(1) 1980年くらいまで、速度制御に要する車両やエレベータの駆動、オートメーションなどに専ら整流子形の機械が用いられてきた理由は何か?その後、このタイプの機械の使用（新設）例が急速に減少しているのはなぜか?

(2) 直流機の電機子巻線の電圧方程式とトルクの式を、モータ定数Kを用いて示せ。この電機子巻線の電圧方程式の両辺に電機子電流を掛け算することで、直流機におけるパワーの流れを説明せよ。

3年生夏学期講義「電気機器学基礎」第10回 080616 を終えて

本日は同期発電機の基本的試験法、無負荷飽和曲線と短絡電流特性、同期発電機の並行運転を説明し、さらに同期電動機の概要、特に界磁電流の調整により、電機子電流の力率調整が図れること（V特性）およびそれに関連する話題として同期調相機の役割について述べました。最後に直流機と同期機は回転磁界を整流子によってつくるか、多相交流によって作るかの違いのみであって、機械としての基本動作が全く同じであることを説明しました。次回は、この話を受けて、5章の直流機の各論を扱っていきたいと考えています。



------第10回目の演習問題（6/23提出分）------
所属学科／学生証番号／氏名　

同期機の試験法、同期電動機 演習問題：

[1] 同期発電機の基本的試験法について説明せよ。
[2] 同期発電機の並行運転の際に注意すべきことを述べよ。
（発電機の界磁電流を調整することで何を変化させることができるか?発電機の出力電力の調整のためには何を制御する必要があるか?）

3年生夏学期講義「電気機器学基礎」第9回 080609 を終えて

本日は同期発電機の等価回路、フェーザ図と出力特性、円筒機、突極機とd軸・q軸の定義など、同期機を扱うための理論の最も大切な部分を扱いました。次回は同期電動機の話を中心にするため、実用上重要な同期電動機のV特性について、課題レポートをまとめる中で予習をしてきてください。また、本日講義の中で、教科書の記述に譲らざるを得なかった、d, q軸の異なるリアクタンスを考慮した場合のフェーザ図も、課題レポートの中で、自分自身で手を動かして書いてみてください。

講義の中で強調したように、同期機のフェーザ図を描く上で最も重要なポイントは、空間ベクトルとフェーザを１つの図の上に重ねて書くために「起磁力とそのもととなる電流のベクトルを同じ方向に書く」ということです。


------第9回目の演習問題（6/16提出分）------
所属学科／学生証番号／氏名　

同期機基礎 演習問題：

[1] 突極形発電機のフェーザ図を示し、それに基づき突極形発電機の出力の式を示せ。また、出力の2項のそれぞれについてそれらの意味を説明せよ。
[2] 次回の解説の予習として教科書/参考書を調べて、同期電動機のフェーザ図を示し、同期電動機のV特性と、同期機を用いて力率を調整する方法を説明せよ。


これまでの進捗状況を反映し、当初予定を下記のとおり、微修正します。

----本学期の講義予定(6/23 修正版)----
電気系事務室のアナウンスによれば

　　4/3-7/17が講義期間、
　　7/18-31が期末テストの期間

とされています。

回数 日 曜日 テーマ 内容

1) 2007/04/07 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、エレクトロニクスとパワー、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

2) 2007/04/14 月
電気機器学の学問としての位置づけ、電気機械の種類、（回転系を中心とした）古典力学と電磁気の復習、思考の手抜きの技術としての電気回路、フェーザ表示

3) 2007/04/21 月　多相交流と進行磁界
多相交流、三相巻線と進行磁界、回転磁界の数学的表現方法、力とトルク、その物理的意味

4) 2007/04/28 月 誘導電動機I
誘導機の原理と特長、誘導機の構成、変圧器と誘導電動機

5) 2007/05/12 月 誘導電動機II
誘導電動機の原理と特性表現法（＝Ｔ型、π型等価回路）、モデル同定のための測定法、円線図を用いた特性の表現

6) 2007/05/19 月 誘導電動機III
誘導機の種類とエネルギーの流れ、誘導機の可変速制御、空間高潮波とゲルゲス現象などの諸注意

7) 2007/05/26 月 同期機I
同期発電機の原理、構造と機能上の分類

8) 2007/06/02 月 同期機II
同期機の構成要素、電機子巻線、空間高調波の低減法と巻線係数、電機子反作用

9) 2007/06/09 月 同期機III
同期発電機のフェーザ図、等価回路と特性のモデリング
円筒機、突極機と直軸リアクタンス、横軸リアクタンス
同期発電機の出力とリラクタンス出力

10) 2007/06/16 月 同期機と直流機
測定法、
発電機の並行運転と電力系統、
トルクの発生原理、同期電動機の種類とその特長
v特性と同期調相機、永久磁石同期電動機とサーボ制御
同期機の原理と直流機の関係

11) 2007/06/23 月 直流機 電気機械一般の座標変換
直流電動機と発電機
直流機の種類と特性の比較
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

12) 2007/06/30 月 直流機　
電機子反作用、直流機の結線方法と特性の相違

13) 2007/07/07 月 パワーエレクトロニクス入門I
パワー素子、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, 自己能力を持たない素子と転流回路、高調波問題と解析法
(<==ちなみにこの日の1限の制御工学第一では、主として状態空間法の基礎を概説しますが、その0打意図して直流機の制御について言及するつもりです。)

14) 2007/07/14 月 パワーエレクトロニクス入門II
自己消弧能力を持つ素子と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

制御工学との関係：定常現象と過渡現象、産業応用の話題（電機駆動とモーション制御）


15) 2007/07/28 10:15-11:45 月 期末テスト
１限の制御工学第一＠２４１号室の期末テストに引き続き245室にて「電気機器学基礎」の期末テストを行います。（月曜日の講義は大変ですね!）

3年生夏学期講義「電気機器学基礎」第8回 080602 を終えて

　どうもこのページの記述に6/2の講義予定が落ちていたということで、ご迷惑をおかけしました。本日はそのためか出席者が少なかったので、同期機の構成要素、電機子巻線、電機子反作用について時間をかけて解説をしました。ＨＰの記述漏れのせいで休講だと誤解した方が不利にならぬよう、本日の宿題レポートは課していません。次回は同期機のフェーザ図を描いて特性の算出をする重要な部分になりますので、p122の4.5節をよく読んできていただくようお願いします。また、本日レポートを出さなかった方は来週6/9にお出しください。
　また、予習の際に気づかれると思いますが、p131に記述のあるポーシェリアクタンスについては教科書のほかの部分で解説がなされていません。（昨年度推奨参考書であった仁田他「大学課程　電気機器(1)」にも、全く記述がありません。）
　Googleで調べましたが、専門的言葉であるためか、日本語では京都大学の研究論文に関する記述以外の記載は発見できませんでした。英語ではPotier reactance あるいはPotier triangleという用語で検索できます。
　電気工学ハンドブック（電気学会）の記述に基づき、次回講義にて簡単な説明を行います。図上での計算法は比較的単純です。

電気機器学基礎 講義スケジュール6/2改訂版

これまでの進捗状況を反映し、当初予定を下記のとおり、微修正します。
6/2の講義予定の記述漏れがあったので訂正します。

----本学期の講義予定(6/2 修正版)----
電気系事務室のアナウンスによれば

　　4/3-7/17が講義期間、
　　7/18-31が期末テストの期間

とされています。

回数 日 曜日 テーマ 内容

1) 2007/04/07 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、エレクトロニクスとパワー、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

2) 2007/04/14 月
電気機器学の学問としての位置づけ、電気機械の種類、（回転系を中心とした）古典力学と電磁気の復習、思考の手抜きの技術としての電気回路、フェーザ表示

3) 2007/04/21 月　多相交流と進行磁界
多相交流、三相巻線と進行磁界、回転磁界の数学的表現方法、力とトルク、その物理的意味

4) 2007/04/28 月 誘導電動機I
誘導機の原理と特長、誘導機の構成、変圧器と誘導電動機

5) 2007/05/12 月 誘導電動機II
誘導電動機の原理と特性表現法（＝Ｔ型、π型等価回路）、モデル同定のための測定法、円線図を用いた特性の表現

6) 2007/05/19 月 誘導電動機III
誘導機の種類とエネルギーの流れ、誘導機の可変速制御、空間高潮波とゲルゲス現象などの諸注意

7) 2007/05/26 月 同期機I
同期発電機の原理、構造と機能上の分類

8) 2007/06/02 月 同期機II
同期機の構成要素、電機子巻線、空間高調波の低減法と巻線係数、電機子反作用

9) 2007/06/09 月 同期機III
特性のモデリングと測定法、
発電機の並行運転と電力系統、
トルクの発生原理、同期電動機の種類とその特長、
v特性と同期調相機、永久磁石同期電動機とサーボ制御
同期機の原理と直流機の関係

10) 2007/06/16 月 直流機
直流電動機と発電機、直流機の種類と特性の比較

11) 2007/06/23 月 座標変換
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？

12) 2007/06/30 月 パワーエレクトロニクス入門I
パワー素子、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, 自己能力を持たない素子と転流回路、高調波問題と解析法

13) 2007/07/07 月 パワーエレクトロニクス入門II
自己消弧能力を持つ素子と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

14) 2007/07/14 月 （基本的には予備日）
電気駆動制御
制御工学との関係：定常現象と過渡現象、産業応用の話題（電機駆動とモーション制御）、
機器設計に伴う諸問題==>電磁界数値解析、

15) 15) 2007/07/28 10:15-11:45 月 期末テスト
１限の制御工学第一＠２４１号室の期末テストに引き続き245室にて「電気機器学基礎」の期末テストを行います。（月曜日の講義は大変ですね!）

3年生夏学期講義「電気機器学基礎」第7回 080526 を終えて

本日は同期機の基礎を扱いました。しかし、等価回路やフェーザ図など、定量的議論ができるところまでは講義を進められなかったので、昨日掲げた問題は次回以降に持ち越して、下記の問題に書き換えます。

（実は、「前倒しで仮掲載」との注意書きをつけていたにも関わらず、本日提出のレポートの中で、間違えて、本日提出予定の課題ではなく巻線係数や円筒形同期機の等価回路のレポートを出した人もいます。講義で解説しようがしまいが、自分で本を調べて作業をすれば関係ないということですね。笑）==> 本日間違えて提出した人、誘導機円線図について十分な調査をせずに不本意なレポートを出さざるをえなかった人（五月祭の翌日だから仕方がない？）は、来週改めて出し直してください。（提出が1週間遅れることのペナルティは課しませんのでご安心を。きちんと自分で勉強してタイムリーに必要な知識を身につけることがなによりも大切です！）


------第7回目の演習問題（5/26午後改訂）------
所属学科／学生証番号／氏名　

同期機基礎 演習問題：

[1] 同期機の特長を誘導機との比較の中で論じよ。
[2] 同期機を機能上の観点から分類し、近年の応用上の傾向について簡単に説明せよ。

総合科目 人間・環境一般 「足からロケットまで---走る／飛ぶ／探る科学入門 」の講義資料の電子ファイル公開について

対応が遅くなってすみませんが、これまで行われた講義の資料を、ご担当の先生方から入手することができましたので、その情報を以下から入手できるようにしておきます。

　　　6/9以前の講義資料を入手するためのリンク先はこちら

著作権などの問題のある資料については講義聴講者だけのために、講義の最初にお知らせをしたPWを付してあります。（忘れた人は、古関にお問い合わせくださればお答えしますが、基本的に○○コ○ドと同じです。）

----6/9追記分-----
6/6の古関担当分「環境と電機駆動」のスライドを追加しました。（6/9）
このあと、2回分は宇宙関係の話題が続きます。

----6/16追記分-----
6/13の橋本教授の宇宙研のプロジェクトに関するスライドファイルをいただきました。こちら（右クリックで保存）をご覧ください。講義でご説明したPWをつけてあります。（あるいは上記のヒントを参照。）

ご要望にしたがい、レポート課題を6/23くらいには、このブログで具体的にお示ししたいと考えております。＝＝＞本件6/23に措置しましたので、6/23 のページをご覧ください。「足からロケットまで」のラベルで簡単に検索できます。

----6/23追記分----
6/20の久保田准教授の宇宙探査ロボティクスのスライドファイルはこちらでは公開しない予定です。特段の御要請があれば古関までご連絡ください。

3年生夏学期講義「電気機器学基礎」第6回 080519 を終えて

講義の最初に勘定を間違えたようです。今回はすでに第6回目の講義でしたね。
この回で誘導機に関する説明は単相小型のタイプも含め終了し、同期機の説明に入りました。

レポートの返却はないのかとのご質問がありましたが、TAなどがついておらず、丁寧に1枚1枚のレポートの添削をする余裕がありませんので、残念ながらレポートは成績は評価用にのみ使わせていただきます。しかし、個別の質問や確認の要請があれば、古関にメールあるいは直接積極的にコンタクトしていただければできる限り応じたいと考えています。

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次回は、同期機の本格的説明にはいりますので、今回の週レポートでは、誘導機の円線図概要について自分で復習をしていただくとともに、交流機の基礎となる、三相電流と回転次回の関係について自分で作業をし、まとめていただきたいと思います。

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誘導電動機の円線図については、指定教科書には記述がありませんが、多くの伝統的電気機器学関係、および機器設計法のテキストには詳細な記述があります。もちろん電気工学ハンドブックなども参考になると思います。
（版が古いものの方が記述が詳しいです。）

琉球大学の実験に関するテキスト
=> http://www.vector.co.jp/soft/dl/win95/prog/se327646.html

どなたか(Masha氏？)の資格試験に関する資料を掲載したブログ
=> http://masha1977.blogspot.com/2007/05/blog-post_07.html

などに参考になる説明がありました。

円線図を描いて、実務的計算を行うためのフリーソフトも公開されているようです。
=> http://www.vector.co.jp/soft/dl/win95/prog/se327646.html

（リンクをはる許可をページ作成者に得ていないので。リンク情報をテキストで掲載します。）また、Scilabを用いた円線図の描画の仕方については前期実験の誘導電動機のところにソースプログラム例も含む形で詳述してあります。
（ただし、一部グラフ文字列の細かな様式指定部分について、Scilabの現バージョンでは微小修正をする必要がある旨の報告を実験履修者の1名からいただいております。）

------第6回目の演習問題------
所属学科／学生証番号／氏名　

誘導電動機(3)および交流機械の基礎（同期機入門） 演習問題：

[1] 本ブログ2008/04はじめの本講義最初のアナウンスに記載のある参考書や講義ノート、web上の記載などを参照し、誘導機の円線図について調べ、s=0, s=1, およびs=∞の点が図上のどこにくるかに注意して、簡単な例を示し、その意味、動作状態の分類などを説明せよ。

[2] 本ブログ2007/04/16の記載や教科書p106-107を参照し、3相巻線に電流を流し回転磁界を形成する原理を説明せよ。

3年生夏学期講義「電気機器学基礎」第5回 080512 を終えて

本日の講義では、前回に引き続き３号館地下で行う実験を意識し、等価回路の定数を決めるための基本的測定法とその注意点、テブナン定理を応用した等価回路から各種特性曲線を算出する方法など、現場で生きる知識をお伝えするよう努めました。

（さらに、できるだけ午後の実験現場でも、実験を始めねばならない学生さんに必要な補足説明をしております。）

次回5/19は、誘導機の円線図、単相誘導機などを説明した後、同期機の説明に入りたいと思います。

情報の公開が遅くなりましてすみませんが、次回の講義で以下の復習用レポートをいつもと同じくご提出ください。

------第5回目の演習問題------
所属学科／学生証番号／氏名　

誘導電動機(2)
演習問題：
[1] 誘導電動機の（単相）等価回路を示し、その定数を基本的測定によって定める方法を説明せよ。