2015年3月22日日曜日

電気電子工学科 学部3年生「電気機器学基礎」 (2015/07/06 改訂)

What's NEW
05/11の(一次側から見た)変圧器の等価回路の説明の一部に誤記がありましたので以下の通り修正します。

一次漏れインダクタンス: 
 誤 L_sigma1 = L_1-M   正  L_sigma1 = L_1-a*M  = (1-alpha) L_1
主インダクタンス
 誤 M    正 aM = alpha * L_1


==========
昨年度まで効果的であった講義のやり方を踏襲し、出席調査がわりの簡単なレポート課題を出題します。毎週このブログを良く見てください。

----本学期の講義予定----
回数 日 曜日 テーマ 内容

1) 2015/04/06 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

4/6の説明に用いたスライドのコピー(暗号化ファイル)をこちらから御入手ください。
4/13 に提出をお願いする第1回目のレポート課題をこちらから御入手ください。


  ★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。

-------------------------------------------------------------------
2) 2015/04/13 月
電気機械の種類と分類、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、電気機械エネルギー変換技術の社会的役割とその重要性、電気機器学の学問としての位置づけ

04/27に提出をお願いするレポート課題をこちらから御入手ください。

X3) 2015/04/20 月 講師都合により休講
ご迷惑をおかけしてすみません。4/13出題の演習問題に自習要素を多く盛り込んで、バックアップをさせていただきます。

4) 2015/04/27 月 思考の上手な手抜き:交流電力の考え方 単相交流と三相交流
なぜ三相交流が好んで用いられるのか?
三相交流の典型的な電力測定法 ---2電力法
磁気回路法によるモデリング(導入)
(変圧器の復習+電磁誘導における各種起電力)

05/11に提出をお願いするレポート課題をこちらから御入手ください。

5) 2015/05/11 月 変圧器、誘導機の等価回路と測定法(ごく簡単に!)
磁気回路法によるモデリング(続き)
(変圧器の復習+電磁誘導における各種起電力)
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 <==板書に誤記あり、本ページトップの正誤アナウンスをご参照!

直流機入門: 直流電動機と発電機、同期機の特殊形としての直流機

###今週末は五月祭のため、5/18提出のレポートはなし###
五月祭 電気系の展示 優秀賞受賞おめでとうございます!!!

6) 2015/05/18 月 
直流機: 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

5/25に提出をお願いするレポート課題をこちらから御入手ください。

三相巻線、三相対称交流で回転磁界(進行磁界)が何故できるかについて、教科書の記述pp.56-57に加え、こちらの図もご参照ください。

7) 2015/05/25 月 
誘導電動機I
   三相対称交流と回転磁界 誘導機の単相等価回路 
   変圧器と誘導電動機の関係
  誘導電動機の原理と等価回路

講義で時間の都合で省略した誘導電動機等価回路導出の物理的・数学的根拠の詳細はこちらをご覧ください。

6/01に提出をお願いするレポート課題をこちらから御入手ください。

8) 2015/06/01 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
6/08に提出をお願いするレポート課題をこちらから御入手ください。

9) 2015/06/08 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
誘導機の速度制御(逆相制動、回生制動を含む) 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)

+同期機 I
   三相巻線と同期発電機の原理

6/15に提出をお願いする誘導電動機のまとめのレポート課題をこちらから御入手ください。

10) 2015/06/15 月
同期機II
 構造と分類, 同期機の機能, 電機子反作用

6/22に提出をお願いする同期機の基本的性質に関するレポート課題をこちらから御入手ください。

11) 2015/06/22 月 同期機 III  
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  

本日最後に触れた p85の教科書の記述にはわかりにくいところがあるので、補足します。

---補足---
ここでは機械の単相等価回路の三相の結線はスター結線を仮定していると考えて良い。V_nが相関電圧を表しているとして、三相定格容量はS_n=sqrt(3)*V_n*I_n、インピーダンスの基準値Z_base=V_n/(sqrt(3)*I_n)となる。
また、単相等価回路の定格電圧E_n=V_n/sqrt(3)と考える。(<==このことが教科書中に明確には記されていないので、わかりくく感じられる!)

また、(4.21)の最後の項のZ_Sは、第二、第三項のZ_Sとは値の異なる無次元量であることを明示的に示すためZ_S-puなどと別記号を使用して表記すべきである。
---補足説明終わり---

6/29に提出をお願いする同期機の基本的性質に関するレポート課題をこちらから御入手ください。(問題2はやや難しく感じられるかもしれないが、上記のp85の記述を良く読んで考え方が理解できれば単純な計算で答えが求まる実は易しい問題である。)

12) 2015/06/29 月 同期機IV
同期発電機と電力系統
7/6に提出をお願いする突極機、同期電動機(<=ここは予習的要素を含む)についての基本演習のレポート課題をこちらから御入手ください。

13) 2015/07/06 月 (講義最終日)
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
+期末試験について:演習問題の復習など

(時間があれば:)パワーエレクトロニクス入門 
(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?)
 ==> これについては時間の都合上、説明を諦めました。 興味のある方は、この資料をご覧ください。(講義最初に説明したPWつき暗号化ファイル。)

7/6で講義は全て終了しました。
講義アンケートへのご協力誠にありがとうございました!

14)  7/31 期末テスト@246号教室 09:00-12:00 (講義の部屋と違うので注意!)
         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
(これは昨年まで準教科書として用いていた書籍です。現在、名誉教授の仁田丹三先生が、数理工学社から出版予定の教科書を執筆準備されています。)


<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」(2015/07/08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27年04月01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) 
Skype: takafumikoseki 
場所: 駒場キャンパス 156教室 金曜日5限(16:50-18:35)
科目コード 31481


===WHAT'S NEW===
3/22 講義のページを立ち上げました。
4/03 講義時間などの情報を更新しました。
4/19 156号教室への講義室変更を反映させています。また、4/17の講義で述べた講義コードが誤っておりました。お詫び申し上げます。正しくは「31481」ですので、ファイル取扱いの際などに誤りの無いようご注意ください!
4/30 ゲスト講師の仕事の都合により5/29を休講とし、当初そこに予定されていた講義を予備日としていた7/3に行うことといたします。
5/06 4/17と5/01の講義資料をまとめて再度アップロードしました。

6/26の藤本先生の講義資料をアップロードしました。
7/10の古関の講義資料をアップロードしました。
レポート 提出にかんする情報を7/3の合意に基づき具体化しました。

===============

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)
+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4名(林屋/久保田/居村)

---H27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。4/3)
16:50-18:35 講義あしろけ@156教室 駒場キャンパス

済(01) 04/10 (Fri) 居村 初回 講義ガイダンス+ワイヤレス電力伝送の概説
   本講義の全体説明のスライドのコピーをこちらから御入手ください。
済(02) 04/17(Fri) 古関 エネルギー変換と電気駆動
     
(03) 04/24(Fri) 藤本 電気自動車の運動制御

(04) 05/01 (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
4/17および5/1に紹介した古関の講義資料(暗号化ファイル 更新版)をこちらから御入手ください。

(X05) 05/08 (Fri) 連休中のため休講
(--) 05/15 (Fri) 五月祭準備のため講義なし

(06) 05/22(Fri)  林屋(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
(X07) 05/29(Fri) 講師都合により休講
(08) 06/05(Fri) 久保田 宇宙研の紹介, 宇宙に挑む制御の技術
(09) 06/12(Fri) 久保田 映画「HAYABUSA はやぶさ」に見る電気電子技術
(10) 06/19(Fri) 久保田 宇宙の謎を探る,月惑星探査ロボット
(11) 06/26 (Fri) 藤本 電気駆動と航空機 ------ 電気で空を飛べるか?
 期末レポート、成績評価などに関するアナウンス

藤本先生の講義資料をこちらから御入手ください。 (講義で示したPWつき暗号化ファイル)

(12) 07/03 (Fri)   林屋(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

(13) 07/10 (Fri) 古関 超電導技術と輸送の科学

古関の講義資料をこちらから御入手ください。(講義で示したPWつき暗号化ファイル)

 講義資料で電子ファイル配布があるものは、このページからDL可能なようにします。ファイルにはPWをつけアクセス制限をかけることがあります。

----------------------
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!)
2年生の履修者(高専編入生を含む): 2015/07/29 (水) 11:59  JST
1年生の履修者:  両者とも    2015/07/31 (金) 19:59  JST

[2] 提出先 pdfのe-mailの添付ファイルとして takafumikoseki@infoseek.jp 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(別アドレス: takafumikoseki@ieee.org)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

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、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] レポート課題
表紙に記載する項目
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) 


-----------------------------------------
課題: 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て、 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を、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(代表教員 古関) 「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」  (2015/07/01改訂)

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517教室 30868

What's new?
15/05/10 講義計画の一部修正と追加資料の掲載をしました。
15/05/06  の講義の資料を掲載しました。
15/05/01 成績評価に関する記述を追記しました。
セミナーの進展に伴う更新情報、参考資料、質問などへのフィードバックはこのページを用いて行います。

 [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!

 [6] ガイダンス 初回講義 (初回から3回目4/22の講義)

 [7] 授業計画 
 (1) 4/8 (水)全体ガイダンス(教養学部担当 大講義室)
 (2) 4/15 サイエンティック・スキル講習 (教養学部担当)

 (3) 4/22 (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 居村・ TA美浦)
制御工学入門:
「ダイナミック」に考えることの重要さ!
入門: 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
  4/22講義参考資料をここからご入手ください。(PWつき)

(4) 5/7 (木) 「第2回目 モーションコントロール入門」 (担当教員 堀・TA 美浦)
講義: 工学への数学応用は「思考の節約=手抜き法」である!
  5/7講義参考資料をここからご入手ください。

今後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. 電気自動車関係動画ファイル 1  (PWつき 約377MB 大きいので注意)
       A-2. 電気自動車関係動画ファイル 2  (PWつき 約731MB 大きいので注意)
       A-3. 電気自動車関係動画ファイル 3  (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 (PWつき 約23MB)
       C. 運動制御まとめファイル 5 (PWつき 約11MB)
   D. ラプラス変換 の理論まとめファイル6 (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!

また、5/7の講義で堀教授が示した、古関作成の

  E. 5/7用の講義ノート(約1MB) こちらから入手
  F. 5/13用の講義ノート(約1MB) こちらから入手

は、清書ができておらず読みにくい形で申し訳ありませんが、理論の流れを納得できる形できちんと追いたい人のために早期に公開しますので、読んでみてください。5/7の講義ノート中の数値例についてはこちらのスライドをご覧ください。(こちらはPWつきです。)

わからないところがあれば今後の講義の中で質問していただければいいかと思います。


(5) 5/13 (水) 「第3回目 モーションコントロール入門」 (担当教員 堀・TA 美浦)
講義: 賢い手抜き法I:運動方程式を簡単に解きモデルを見やすくする数学

 (6) 5/20 (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 美浦)  
演習: 賢い手抜き法II:信号の流れを図で表現する方法
Octaveを用いて数値計算をする方法を体験的に学びます。
その練習問題、解説をこちらからご入手ください。

 (7) 5/27 (水) 「第5回目 モーションコントロール入門」 (担当教員 堀・TA 美浦)
講義: 賢い手抜き法III:
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

----------------------------------------------------------
 (8) 6/10(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 美浦)
演習:  賢い手抜き法 IV:
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

(9) 6/17(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 美浦) 
演習:  賢い手抜き法 V:
制御器設計とシミュレーション体験----開ループと閉ループ---上手に情報を戻して制御に使う科学

(10) 6/24 (水) 「第8回目 モーションコントロール入門」 (担当教員 古関・TA 美浦)
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 I 

6/10-24で講義中に示したoctaveのシミュレーションのためのコマンドについては、こちらをご参照ください。

(11) 7/01 (水) 「第9回目 モーションコントロール入門」 (担当教員 古関・TA 美浦)
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
台車を動かして制御する倒立振子のモデリングの基礎 (+剛体の力学としての定式化)
(<==概要はこちらを参照
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

(12) 7/08 (水) 「第10回目 モーションコントロール入門」 
実験をふりかえる演習、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) 7/15 (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 美浦)
グループ成果発表と討論
成果レポートの取りまとめの連絡

以後の議論・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(必須課題)
(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?)

(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なにか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 10-13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 (論点、目的)
 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
考察

まとめ、おわりに
----------------------
 
[期末レポート提出のお願い(重要)]
成績評価のための「個人レポート」は上記(1)-(4)の4つから、(3)ともう1つ、合計2つを選択して、自分の言葉で考えたことをまとめてください。

(1) 「上記4つから2つを選択」の1番目の課題
(2)  「上記4つから2つを選択」の2番目の課題
(3) 本講義に対するコメント、来年度の講義に向けて改善すべきこと

<レポート記述上のヒント>
 レポートをまとめるには、図や数式を適宜用い、また、グループでプレゼンに用いた数値計算や実験結果を適宜利用して充実した内容にすべく努めてください。
  また、参考文献などで学んだ「facts」と自分自身で考えたことを明確に区別して記すようにするのが良いと思われます。参考文献やweb上の情報からの 引用については、適宜参考文献のリストを(レポート末尾に)作成し、本文中の記述に該当する参考文献番号を具体的に記載することが必要です。
 レポートは、pdfとして、TAの美浦さんあてにe-mailで送付してください。
  (締切は 8/1(土)正午 e-mail受信記録で時間管理します。)
送付先のアドレスは、講義中に示します。
(あるいは古関研究室のメンバーのページから美浦を探してください。)

大きなファイルとなる場合には、メール添付ではなく、dropbox, googledocsなど適宜オンラインのディスクを用いたリンクの形で ファイルをお送りください。
美浦さんの確認作業を確実にするため以下の様式に従ってください。

ファイルはpdf    
学生証番号が 340427g 提出者氏名が「日本太郎」の場合 
 メールのサブジェクト欄の記載: MotionControl_340427gNipponTaro
 提出ファイル名:  340427g_NipponTaro.pdf

(なお、レポート提出後、美浦さんからのファイル受領確認の連絡が2-3日以内に来ない場合には別途、念の為確認の連絡を試みてください。)


[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
講義における参加実績、プレゼンテーションの出来(50%) + 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

2014年9月27日土曜日

2014年度冬学期 「制御工学第二」月曜日1限 @242教室 (2014/12/21 18:00 改訂)

制御工学第II
 (月曜日第一限 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) 10/06(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
 本日は、台風で大変な中、ご出席いただきました皆さん、ありがとうございました。無事、予定の開講ができてよかったです。
 天候のため、欠席せざるを得なかった皆さんは、このページをよくご覧になり、また初回の話の内容を出席されたご友人から聞いてください。本日は入門的な話で、制御工学第一の7月の講義と多くの部分で重なっていますので、欠席した場合も致命的にはなりません。
(02) 10/15(Wed) 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 
*(03) 10/20(Mon) 居村先生特別講義: 非接触電力伝送とその制御技術

(04) 10/27(Mon) 状態空間におけるシステムの取扱(3): 実現問題,  状態遷移行列の導出と性質
(05) 11/10(Tue)  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
(06) 11/17(Mon) 可制御性と可観測性
        +状態フィードバック
         状態FB制御系の設計の考え方: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 
       
12/15の講義の際にご提出いただ第1回演習問題をこちらから入手してください。

(07) 12/01(Mon)  LQR, LQRの解の最適性の証明,  多項式法による極配置の提案
(08) 12/08(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
(09) 12/15(Mon)  状態推定と定常カルマンフィルタ
 指令値追従形制御への拡大系の構成(状態FBの補足事項)
 ディジタル制御 頭出し?

01/26の講義の際にご提出いただ第2回演習問題をこちらから入手してください。

(10) 12/22(Mon) ディジタル制御(1): 空間量子化と時間量子化サンプリング動作の数学的表現、サンプリングを含む系の取扱とZ変換、ディジタル系安定性判別
12/22の講義で用いた、オブザーバ、カルマン・フィルタに関する補足資料をこちらからご入手ください。


ディジタル制御に関する数値例を用いた補足資料を、こちらからご入手の上、アナログとディジタルの感覚の違いを具体的に理解すべく勉強してみてください。

*(11) 01/05(Mon)  藤本先生特別講義 最高精度を求める制御技術の研究
*(12) 01/19(Mon) 非線形制御入門(堀)
02/02の期末試験開始直前にご提出いただ第3回演習問題をこちらから入手してください。


(13) 01/26(Mon) ディジタル制御(2): 標本化定理とエイリアス現象 ディジタル制御系の設計


(15) 02/02 (Mon)  08:30-11:30 期末テスト
(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。堀教授にお願いし、制御工学第一のときと同様に原稿のpdf版をここにいただいた。ただし、講義初回で示したPW付。)

いずれにしても、上記は教科書指定ではなく、推薦参考書なので、授業では該当ページを示すのみで板書の内容と一対一の対応にはなっていない。主として、自宅 学習や演習問題を解く際の参考として活用してほしい。具体的にはいろいろと探してみて自分に合うと思う本を買って学ぶのが良い。

平井・羽根田・北村: システム制御工学  森北出版
金原・黒須: ディジタル制御入門  日刊工業新聞社
小郷・美多: システム制御理論入門 実教出版社
前田・杉江: アドバンスト制御のためのシステム制御理論  システム制御情報学会編 朝倉書店
正田: 制御工学  培風館 

MATLAB: SimuLink, Control tool boxなど
計測制御学会誌、電気学会雑誌、論文誌など

3. 授業の受け方

式を自分で追ってみる-------演習問題。
学生実験課題18で体験する演習のように、SCILABなどを用いたシミュレーションもできると良い。
(このブログにある実験課題18の解説を参照されたい。)
演習問題のレポートをすべて期限内に提出することを、期末試験を受ける条件とする。

A4の方眼紙をノートとせよ: 授業は基本的に板書を中心に行う。
色鉛筆を用意する-------作図の理解に便利。

################################################

位相面軌跡と記述関数法を堀教授が1月に丁寧に解説してくれるが、非線形制御の解説は一般に手薄になりがち。参考書の相当部分を自主的に読んで自分でも実務的な手法を学ぶべく努めてほしい。

2014年8月20日水曜日

3年生冬学期実験課題 No. 18 制御系設計と運動制御 (コントロールラボ担当 2014/09/27 改訂β版)


堀教授および古関教授が共同で担当する課題18では、電気―機械系の相互作用で生ずる運動制御を通じ、講義で学んだ制御理論、特に、フィードバック制御 を、外乱の影響や機械的振動の抑制を体験することで実践的に学びます。そして、制御系設計法を実践的スキルとして体得することを目的とします。
 本課題の履修者は、動的な物理現象への技術者としての関わり方、制御理論の基礎的な考え方を身につけることができます。同時に、ロボット、工作機械や搬 送装置などのための産業用ドライブ、車両駆動など、広い範囲の実務に臨む際の有力な武器となる技術的素養を、この経験を通じて体得することが期待されま す。

重要: 初日に自分の使用するノートPCを必ず演習会場に持ってきてください!


演習および実験の場所(工事中)
[1] 10/06  -10/16   前半の演習@   413 号室   後半の実験@3号館電力実験室
[2] 10/20  -10/30    前半の演習@   413号室   後半の実験@3号館電力実験室
[3] 11/ 04 -11/17   前半の演習@   413号室   後半の実験@3号館電力実験室


MATLAB, Simulinkの使用法については、関連の参考書web上の説明(例)などを見てください。
英文ですが、Matlab入門として基本的なことが書かれているのはこれです。その他「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。
最も早いのは適切な入門的参考書を一冊購入することだと思います。


 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, Scailab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----------------
(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ください。)

(1) 制御CAD演習テキスト (2014年度版 重要)

(2) 数値計算ツール 

----実験課題----
(3) 一軸ロボット実験指導書(堀教授 2014年度版)   


--------------------------------------
ここに、Matlab(Octaveでも有効)で記述した演習問題のサンプルファイルを置きますので、必要に応じてご参照ください。
(本当は ##.mというMファイル形式がよいのですが、ここでは表示の容易さのために sample.txtとしています。)

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

2014年7月9日水曜日

2014年7月9日および11日 モーションコントロール講義補足資料

4年生夏学期、モーションコントロール(堀・藤本先生担当科目)の7/9, 11の講義を担当した古関です。下記から講義中にお示ししたスライドのファイルを御入手ください。
(なお、本ファイルは暗号化されておりますので、講義中にお伝えしたパスワードでの開封してください。)

2014年6月23日月曜日

交通ラボ 駒場講義2014/06/24 「人間社会と交通システム それは足からはじまった」 リニアモータを用いた軌道系交通の技術 講義資料

講義で用いたスライドの資料と補足説明の文書をこちらから御入手ください。レポートの課題もスライドのファイル中にあります。なお、圧縮ファイルは暗号化されておりますので、講義中に示したPWを用いて開けてください。

本日の講義に関するレポート課題は下記のとおりです。様式は自由ですが、氏名、学年、科類、学生証番号を正しく記載してください。また、目安となる分量はA4レポート用紙1から6ページ程度とお考えください。

------------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特長と短所を説明せよ。

(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立場は採点に影響しない。議論の内容が重要。)

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

注意:調査などによる事実と、自分自身の考え方を明確に区別して論理的に記述することが大切です。特に、調査に基づく事実の記載には、参考文献の明示をすることなど、レポートの基本的な記載法にも十分ご留意ください。

2014年4月22日火曜日

2014年飛熊会 御報告

2014年4月12日正田英介先生の喜寿のお祝いとともに、2014年飛熊会が東京大学本郷キャンパス山上会館で開催されました。

2014年4月1日火曜日

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」(2014/06/27改訂)

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」


平成26年04月01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) 
Skype: takafumikoseki 
場所: 駒場キャンパス 162教室 金曜日5限(16:30-18:00)
科目コード  11711


===WHAT'S NEW===
4/01 講義のページを立ち上げました。
6/08 6/13の久保田教授の講義を7/9に移動いたします。
===============

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
--エネルギー問題から見た交通と、グローバル環境への影響

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:
堀洋一(ほりよういち 教授 工学部)
大崎博之(おおさきひろゆき 教授 工学部)
藤本博志(ふじもとひろし 准教授 工学部)
居村 岳広 (助教 工学部)
+JAXA 宇宙科学研究所 および東日本旅客鉄道株式会社からのゲスト講師 計4名(林屋/橋本/久保田/坂井)

---H26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。4/1)
(01) 4/18 坂井:  宇宙研の紹介, 宇宙に挑む制御の技術
<=(講義全般の紹介と成績評価についての事務的連絡も坂井准教授から説明)
(02) 4/25 藤本: 電気自動車の運動制御
  講義資料のコピーをこちらから御入手ください。(講義初回で示したPW付)

(03) 5/2 居村: ワイヤレス電力伝送の概説
(04) 5/9 堀: リチウムイオン電池一辺倒でいいのか?電気自動車の「もう一つの未来」
(##) 5/16 五月祭準備日(休講)
(05) 5/23 林屋(古関):  電気鉄道の環境性とそれを支える電力供給技術 I
(06) 5/30 橋本: 映画「HAYABUSA はやぶさ」に見る電気電子技術
(07) 6/6 古関 : エネルギー変換と電気駆動
  講義資料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)
(08) 6/13  臨 時 休 講
(09) 6/20 Salvucci(古関): 人の腕や脚の動きに学ぶロボットの運動制御
  講義資料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)
(10) 6/27 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
   講義資料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)
(11) 7/4 大崎: 超電導技術と輸送の科学
(12) 7/9 Wed  久保田: 宇宙の謎を探る,月惑星探査ロボット
(13) 7/11 林屋(古関): 電気鉄道の環境性とそれを支える電力供給技術 II

講義資料で電子ファイル配布があるものは、このページからDL可能なようにします。ファイルにはPWをつけアクセス制限をかけることがあります。

----------------------
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!)
2年生の履修者(高専編入生を含む):
1年生の履修者:  両者とも    2014/08/02 (Sat) 11:59  JST

[2] 提出先 pdfのe-mailの添付ファイルとして takafumikoseki@infoseek.jp 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(別アドレス: takafumikoseki@ieee.org)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

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、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] レポート課題
表紙に記載する項目
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) 


-----------------------------------------
課題: 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て、 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
二関節筋を用いた人の脚の運動とロボットの制御

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を、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お寄せいただきますようお願い申し上げます。

2014年3月19日水曜日

電気電子工学科 学部3年生「電気機器学基礎」 (2014/07/13 改訂)

================
昨年度まで効果的であった講義のやり方を踏襲し、出席調査がわりの簡単なレポート課題を出題します。毎週このブログを良く見てください。

----本学期の講義予定(暫定版)----
回数 日 曜日 テーマ 内容

1) 2014/04/07 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

4/14 に提出をお願いする第1回目のレポート課題をこちらから御入手ください。
                                   (=> 提出の日付に誤記がありましたことをお詫びします!)

本日の講義で示したスライドのコピーはこちらから御入手ください。(講義にて示したPWつき)


  ★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。

-------------------------------------------------------------------
2) 2014/04/14 月
電気機械の種類と分類、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、電気機械エネルギー変換技術の社会的役割とその重要性、電気機器学の学問としての位置づけ

 4/21に提出をお願いする第2回目のレポート課題をこちらからご入手ください。

3) 2014/04/21 月
思考の上手な手抜き:磁気回路法によるモデリング
(変圧器の復習+電磁誘導における各種起電力)

4/28に提出をお願いする磁気回路と変圧器の基礎に関する第3回目のレポート課題をこちらからご入手ください。

4) 2014/04/28 月
午後の実験課題との関係: 変圧器(と誘導機)の等価回路
直流機: 直流電動機と発電機、同期機の特殊形としての直流機

5/12に提出をお願いする直流機の基礎と三相電力の測定法に関する第4回目のレポート課題をこちらからご入手ください。

5) 201405/12 月 変圧器、誘導機の等価回路と測定法(ごく簡単に!)
 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

5/19に提出をお願いする自励式の直流機の回路と特性についての第5回目のレポート課題をこちらからご入手ください。

6) 2014/05/19 月 

誘導電動機I
   三相対称交流と回転磁界 誘導機の単相等価回路 
   変圧器と誘導電動機の関係
   誘導電動機の原理と等価回路(=T型、π型等価回路)
モデル同定のための測定法

三相巻線、三相対称交流で回転磁界(進行磁界)が何故できるかについて、教科書の記述pp.56-57に加え、下記の図もご参照ください。



5/26第二限の自習のお願いを兼ねた、6/02に提出をお願いする交流回転機の基礎と誘導電動機の単相等価回路について第6回目のレポート課題をこちらからご入手ください。

また、興味のある方は誘導機の等価回路導出法に関する詳細な数学的補足説明を、こちらでご覧ください。


7) 2014/05/26 月  休講: プリントによる誘導機特性計算演習を自習の形でお願いします。ご迷惑をおかけしてすみません!

誘導電動機II
 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


8) 2014/06/02 月 誘導機III
誘導機の種類とエネルギーの流れ、円線図を用いた特性の表現
誘導機の始動法
誘導機の速度制御
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)

6/02の復習としての誘導電動機の特性計算に関する第7回目のレポート課題をこちらからご入手ください。

9) 2014/06/09 月 同期機 I : 三相巻線と同期発電機の原理
 復習: 三相巻線と進行磁界
誘導機の基本的復習に関する第8回目のレポート課題をこちらから御入手ください。

10) 2014/06/16 月
同期機II:構造と分類, 同期機の機能, 電機子反作用

同期機の基礎に関する第9回目のレポート課題をこちらから御入手ください。

11) 2014/06/23 月 同期機 III  
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)
測定法、 発電機と電力系統 


同期機のモデリングに関する第10回目のレポート課題をこちらから御入手ください。

12) 2014/06/30 月 同期機IV
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、 発電機と電力系統 

同期機の特徴や単位法に基づく簡易計算についての第11回目のレポート課題をこちらからご入手ください。

13) 2014/07/07 月 同期機V
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

同期電動機の基本に関する第12回目のレポート課題をこちらからご入手ください。
14)  7/14 パワーエレクトロニクス入門 
(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?)

+期末試験について:演習問題の復習など

上記の補足プリントをこちらからご入手ください。(暗号化ファイル:初回の講義で記録していただいたPWつき/なお、初回スライドの中にもその記述がある。)


------------------------------------
14) 2014/07/28 月  09:00-12:00 期末テスト@246教室
         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
(これは昨年まで準教科書として用いていた書籍です。現在、名誉教授の仁田丹三先生が、数理工学社から出版予定の教科書を執筆準備されています。)


<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

英語で基礎的なことが良く書かれている本(これは古関が大学院生の時に輪講のために購入したものですが、現在では入手が困難になっているようです。)

2014年3月5日水曜日

2014/03/13 索道技術検討会での講演資料

あまり技術的内容が濃くない講演ですが、可変速駆動制御技術という観点から現在の索道関係の技術を概観してみたいと思います。

エレベータ、索道のための電機駆動制御技術

---1--- はじめに 直流機から交流機へ: 電気鉄道 エレベータ 索道 電気自動車....

---2--- パワーエレクトロニクス以前の可変速駆動技術
---3--- パワーエレクトロニクス 損失なく電圧・電流を変化させる=スイッチング
---4--- 直流機の長所と短所
---5--- 交直変換回路  VVVF インバータ

---6--- 電気鉄道の場合 ドイツの機関車 
---7--- 電気鉄道の場合 新幹線
---8--- 電気鉄道の場合 リニア・モータ・カーもまた交流駆動技術の一例

---9--- スイッチングデバイスの種類と近年の技術動向

---10--- エレベータの歴史(ローマ時代?)
---11--- エレベータの商用化: 非常止め装置の発明者 オーチス
---12--- 黎明期から参入した日本のエレベータ技術
---13--- 直流機の時代
---14--- 交流機化
---15--- より高く = より速く?
---16--- 大切な振動抑制制御

---17--- 索道技術
---18--- 索道とケーブルカー
---19--- 索道の歴史
---20--- 世界の索道
---21--- 日本の索道
---22--- 索道で重要な技術要素
---23--- 索道の駆動システム
---24--- 索道の駆動システム
---25--- 索道駆動システム: ダイレクトドライブ技術

---26--- 結論
可変速駆動の技術---工作機械 加工用機械で発達したパワーエレクトロニクスとAC可速駆動制御
1980年代 電気鉄道に適用 1990年以後はインバータを用いたACモータの電気車の時代へ
エレベータもほぼ同じ経緯
索道では可変速の連続的な制御は必須ではない?しかし技術は着実に波及
  ==> 省メインテナンス・小型化・省エネルギー
可変速駆動は振動抑制など制御制御の高度化にも貢献(エレベータ)

カーブルカーに関する技術専門誌 http://www.isr.at/Home.21.0.html


##御聴講下さりました皆様は、より詳細な資料をこのリンクから御入手ください。ただし、掲載図面などに著作権上の問題があるため公開できませんので、ファイルを暗号化しております。

2014年2月26日水曜日

2014/03/15午後 NURail-2014 開催のお知らせ(3/14改訂)

 日本大学中村英夫教授を中心として発足し数年にわたって継続してまいりました土木、機械、電気分野の分野および大学を横断して研究者の交流を図る勉強会「NURAIL」を、今年度は下記のとおり3/15土曜日午後に東京大学工学部電気系セミナー室(本郷キャンパス工学部2号館)で開催します。

当日配布予定の資料は、こちらからご覧いただけます。 
事前に電子版配布用にいただいた2つのスライドはこちらからご入手ください。(PWつきです。PWは3/15の会場にてお知らせいたします。)



---NURAIL2014 プログラム (2014/03/11版)---
日時: 2014年3月15日(土曜日)13:00-19:30
場所: 東京大学本郷キャンパス工学部2号館 (10階電気系第5会議室)
12:30- 開場
13:00-13:05 開会 挨拶(古関)
13:05-14:00 基調講演(電気鉄道のエネルギー供給技術 東日本旅客鉄道 林屋均博士 講演40分 質疑15分)

<前半の部>座長:千葉大 近藤准教授                    ###研究発表 発表15分 質疑 5分 ###
(1) 14:00-14:20 研究発表:新大 阿部研
  Sodbilig Batjargal 「軌道のまくらぎ配置が列車走行時の振動・騒音特性に及ぼす影響」
(2) 14:20-14:40 研究発表:東大 中野研
  若林 秀「鉄道車両における追従制御の実現性検討」
(3) 14:40-15:00 研究発表:日大 綱島研
 浅見祥平 「新幹線営業列車を用いた軌道不整の推定に関する研究」

<後半の部>座長:新潟大 阿部教授
(4) 15:15-15:35 研究発表:千大  近藤研
  齋藤 達仁「EDLC と架線のハイブリッド電源車両の電力制御法」
(5) 15:35-15:55 研究発表:日大 中村・高橋研
  山本靖宜「鉄道車両の磁界測定に関する評価手法の一検討」 
(6) 15:55-16:15 研究発表:東大 古関研
 Ninh Cuong: 「エネルギーと最大制動電力に関するATO 省エネルギー運転曲線設計検討」


16:30-17:30 パネル・デスカッション 日本の鉄道における若手の活躍の場(コーディネータ日本大 綱島教授)
パネラ: 清水(RTRI), 孫(京三製作所), 安達(東京メトロ) +JR東日本 林屋博士
1.全体説明
   1)パネルディスカッションの目的
   2)各パネリストの略歴紹介
2.女性パネリストからの話題提供
3.ディスカッション
4.フロアとの対話
5.まとめ: 今後,鉄道業界を目指す若者(男女問わず)へのメッセージ

17:30-17:35 講評・閉会挨拶 日本大学 中村先生

なお、上記講演会の終了後、同部屋にて有志で懇談会を開催予定ですのでこちらも奮ってご出席いただきますようお願いを申し上げます。

17:45- 19:30 懇談会

-------講演者の皆様へのお願いと締切り------------
ご講演、パネルご出演予定の皆様:
スライドのコピーなどの追加資料は3/12 23:30 までに、古関宛てにpdfをいただければダウンロード可能な形で3/13に参加者に対し暗号化電子ファイルを公開します。


ご講演予定の皆さんは、このリンクからinstructionのファイルを入手され,配布資料と追加資料のご準備をお願いします.


2013年11月28日木曜日

電気学会D(産業応用)部門誌 J-RAIL特集号 投稿の手引

J-RAIL2013 実行委員会


1.D部門誌とは
 電気学会産業応用部門の発行する和文・英文論文誌です。査読付きであるため,投稿後査読を受け,必要な場合(実際はほとんどすべての場合)査読者から照会(指摘)事項が著者に通知されます。著者は,それに対する回答と必要な論文修正を行った上で再投稿する必要があります。そのようなやり取りを経て,認められた場合のみ掲載決定となります。査読のレベルは高く,論文の内容のみならず記述の論理一貫性や読みやすさ等も問われます。ただ,これらにきちんと対応すれば,掲載されます。以下の手引を参考にご投稿原稿の作成と投稿をお願いいたします。

2.原稿作成に当たって
 J-RAIL投稿原稿の同一内容でも結構ですが,新たな事項の加筆や必要な修正を行い,論文誌投稿原稿としてのブラッシュアップを図ることを推奨いたします。原稿は以下のようなポイントを満たしているかご確認ください。
D部門誌投稿論文の執筆のポイントとしては,1例としてですが,
・この研究(論文)の解決しようとする課題は何かを明確に記す
・それに対して適用した解決策や明らかにしたことがらが何かを明確にした上で,それが如何に新規で
オリジナリティがあるかを具体的根拠(計算や実験)を持って示す
 ・その結果得られる応用上のメリットを明確に打ち出す
等が挙げられます。
できればD部門誌掲載経験のある方にアドバイスを受けることをお奨めします。
 詳しくは電気学会Webサイトの下記URL記載内容を熟読の上原稿を作成下さい。
 
3.投稿に当たって
投稿に際しては下記URLの関連箇所をご覧の上,電子投稿システムから御投稿下さい。


4.その他
 特集論文号への投稿に関するお問い合わせは,特集論文チーフエディタ(古関隆章 takafumikoseki@ieee.org)までお願いします。なお,原稿の作成方針等関するお問い合わせはご遠慮ください。

<追加情報 Q & A>
この間にいただいた投稿予定者からのご質問への回答は以下の通りです。

(1) 著者は電気学会会員で無くても良いか?
掲載料に違いが出ますが、会員で無くても投稿可能です。

(2) 著者の順番の入れ替え、部分的な変更は可能か?
問題ありません。

(3) スチューデントショットガン・センッションの投稿論文も対象になるか?
内容を加えて、論文にふさわしい充実した記述としていただければ対象になります。特に優秀発表賞の対象となった若手の投稿を大歓迎いたします!

(4) タイトルの修正変更、グラフやデータの差し替えは可能か?
基本的内容、趣旨が大きく変わらなければ論文の質を高めるための修正は可能とお考えください。

2013年9月16日月曜日

3年生冬学期実験課題 No. 17 制御系設計と運動制御 (コントロールラボ担当 2013/09/24改訂)

堀教授および古関教授が共同で担当する課題17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
[1] 10/03-10/17 前半の演習@413教室   後半の実験@3号館電力実験室
[2] 10/21-10/31  前半の演習@413教室   後半の実験@3号館電力実験室
[3] 11/05-11/18 前半の演習@413教室   後半の実験@3号館電力実験室


MATLAB, Simulinkの使用法については、関連の参考書web上の説明(例)などを見てください。
英文ですが、Matlab入門として基本的なことが書かれているのはこれです。その他「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。
最も早いのは適切な入門的参考書を一冊購入することだと思います。


 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。
 その他、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, Scailabともに、UbuntuなどのLinux上のソフトとしても使用可能です。


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。
使用ソフトのリンク情報は暗号化されています。その内容を見るためのパスワードは演習初日に個別にお伝えします。

------------演習/実験の内容の解説と必要ファイル----------------
(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ください。)

(1) 制御CAD演習テキスト (2013年度版 重要)

(2) 数値計算ツール  (暗号化されています。PWと注意事項は会場で伝えます。)

----実験課題----
(3) 一軸ロボット実験指導書(堀教授 2013年度版)   


--------------------------------------
ここに、Matlabで記述した演習問題のサンプルファイルを置きますので、必要に応じてご参照ください。
(本当は ##.mというMファイル形式がよいのですが、ここでは表示の容易さのために sample.txtとしています。)

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


Electric Engineering for Transport System (Revised on 2014/01/11)

Electric Engineering for Transport System
(Takafumi KOSEKI)

Friday 08:40-10:20

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!!

------------
[01] 11 October: Opening of the lecture: General introduction
    Please download the first weekly report to be submitted on the 25th October.
    Please download a copy of slides here. (Encrypted, approx. 2.7MB)


[02] 18 October: Special lecture by Prof. T. Eastham
     Please download a copy of slides here. (Encrypted, approx. 3.5MB)

[03] 25 October: Electric railway (1): Traction control
    Please download the second weekly report to be submitted on the 01st November.
     Please download a copy of slides here. (Encrypted, approx. 4.9MB)

[04] 01 November: Electric railway (2): Traction control_ctnd and high speed ground transportation
     Please download the third weekly report to be submitted on the 8th November.
     Please download a copy of slides here. (Encrypted, approx. 1.9MB)

[05] 08 November: Special lecture by Mr. M. Marschollek from Germany on European railway network
(A copy of his slide  shall be uploaded after KOSEKI's receiving his file, but it  has not been sent to Tokyo yet; on the 13th November. )

[06] 15 November: Electric railway (3): HGST cntd., and planning of railway railway operation
     Please download the 4th weekly report to be submitted on the 22nd November.
     Please download a copy of slides here. (Encrypted, approx. 1.9MB)

   
[07] 22 November: Electric railway (4): Signalling and safety system cntd.
      Please download the 5th weekly report to be submitted on the 29th November.
      Please download a copy of slides here. (Encrypted, approx. 1.3MB)

[08] 29 November: Electric railway (5): Application of linear drives and maglev to rail-guided transportation
     Please download the 6th weekly report to be submitted on the 6th December.
     Please download a copy of slides here. (Encrypted, approx. 2.3MB)
 
[09] 06 December: Electric railway (6): Electric energy supply
     Please download the 7th weekly report to be submitted on the 13th December.
     Please download a copy of slides here. (Encrypted, approx. 2.7MB)

[10] 13 December: Electric railway (7): ICT services in public transportation
     Please download the 8th weekly report to be submitted on the 20th December.

     Please download a copy of slides here. (Encrypted, approx. 2.1MB)

[11] 20 December: Electric railway (8): Other guided transports, e.g., elevator, cable cars and new transportation systems
     Please download the 9th weekly report to be submitted on the 10th January.
     Please download a copy of slides here. (Encrypted, approx. 2.1MB)

[12] 10 January: Electric automobile and its traction control/Intelligent Transportation System
      Please download the 10th weekly report to be submitted on the 17th January.
       (This is the final weekly report in this semester.)
      Please download a copy of the slides-1  and the slides-2 here. (Encrypted files approx.  a,7 MB and 1.0MB, respectively.)
    
[13] 17 January: Final special lecture by Dr. Salvucci: Bio-inspired robotic motion

[14] 24  January: No lectures any more

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 time and place of submission
By e-mail


with Subject: eetrs13_Report_YourName
(example eetrs13_Report_TakafumiKOSEKI)


Requests:

具体的条件
1.締切日は2014年02月08日(土) 23:59
Deadline: at 23:59 on the 08th February 2014
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!)


------------------------------------
Official textbook: None
Files of weekly reports and hand-outs: Links shall be on this page: Click them!


-----------
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

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

中央大学理工学部 2013年度冬学期科目 「電気機器」(2014/01/16 改訂)

「電気機器」
冬学期 木曜1時限目 (09:00-10:30)

[1] 履修条件
高校および大学の理系の教養課程で物理学の基礎としての
  力学(剛体の力学を含む)および
  電磁気学を習得していること
<==昨年度の学生さんからのフィードバックとカリキュラム調査でこの前提条件が満たされていないことが判明しました。電磁気の学習は並行して進むと思いますが、剛体の力学を万が一どこでも習った経験の無い方は自分自身で努力して学ぶ必要があります。
 ☆お奨めの参考書はこちら(古関もこれで学びました!)

複素インピーダンスを用いた交流回路計算法を含む基礎的な電気回路理論を習得していること
複素数、三角関数、簡単な定係数線形微分方程式やラブラス変換を用いた簡単な計算ができる数学的基礎を有すること
インターネットを通じた定期的情報取得が可能な環境とPCリテラシィを有していること

[2] 授業概要
電力システムの発変電の基本、電気自動車、鉄道車両や工作機械、ロボットなどの運動制御の基礎となる電気-機械エネルギー変換の基本的な仕組みと理論を学ぶ。
また、電気機械の理解を通じて、複雑な物理現象の本質を簡易に扱う「電気技術者の思考テクニックとしての等価回路に基づく考え方を修得する。

[3] 授業計画
初回2013/09/26は講師が海外出張中のため休講
1) 2013/10/03 はじめに
講義/学習の進め方
電気-機械エネルギー変換、交流と直流、多相交流
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
電気機械の種類、静止器と回転機、エレクトロニクスとパワー

10/10の最初に提出していただくレポート課題をこちらから御入手ください。
第1回目の講義で示したスライドはこちらにてご覧ください。
(暗号化ファイル約5.1MB、講義で示したパスワードを入れてご覧ください。)

2) 2013/10/10  交流における電気エネルギー変換・電気機械エネルギー変換入門
古典力学と電磁気の復習: 電気機器学の学問としての位置づけ

10/17の講義の最初に提出していただくレポート課題をこちらから御入手ください。

3) 2013/10/17 電力の計算と交流回路、単相電力と三相電力の考え方 アンペールの法則と磁気回路の基礎
  
10/24の講義の最初に提出していただくレポート課題をこちらから御入手ください。

4) 2013/10/24 三相交流と電力、三相交流と回転磁界 変圧器
(基本構成、機能と理想変圧器) 

10/31の講義の最初に提出していただくレポート課題をこちらから御入手ください。

5) 2013/10/31
変圧器:理想変圧器
電気材料 (鉄非線形性と鉄損について)

11/07の講義の最初に提出していただくレポート課題をこちらから御入手ください。

6) 2013/11/07 変圧器
実在の変圧器の等価回路表現と基本的測定法 
変圧器の性能(百分率インピーダンス、電圧変動率、効率など)

11/14の講義の09:00前後に提出していただくレポート課題をこちらから御入手ください。

7) 2013/11/14
変圧器 補足: 三相結線 V結線 
誘導機 I: 誘導機の原理と特長 +鳳・テブナンの定理の復習
誘導機の構成、変圧器と誘導電動機
誘導電動機の原理と特性表現法(=T型、π型等価回路)


11/21の講義の09:00前後に提出していただくレポート課題をこちらから御入手ください。

8) 2013/11/21 誘導機 II: 
交流回転機の基礎: 三相交流の書き方、回転磁界
トルク-速度特性(Torque-speed curve)との関係 


11/28の講義の09:00前後に提出していただくレポート課題をこちらから御入手ください。
なお、第8回目のレポートの中でHさんが講義に関する意見を書いてくれました。意見ありがとうございました。これについては、11/28の講義冒頭に古関の考えをお答えしたいと思います。

9) 2013/11/28 誘導機 III:
回転機の基礎続き: 
  空間高調波とトルクリップルの低減法:スキュー、巻線係数(短節巻、分布巻)

鳳-テブナン定理を用いた誘導機等価回路(T-type equivalent circuit of an induction motor ) の計算法

→ 誘導機の等価回路の導出に関する詳細な数式展開の説明はこちらをご参照ください。
(ただし、複雑な大学院レベルの数式展開なので本当に興味のある方のみで結構かと思います。)


12/05の講義の09:00前後に提出していただくレポート課題をこちらからご入手ください。

10) 2013/12/05
誘導機続き(補足的説明)
 比例推移特性(proportional shifting)
 誘導機の種類とエネルギーの流れ、誘導機の始動法
 モデル同定のための測定法
 (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))

直流機概論
 直流機と同期機入門: 同期機の特殊形としての(他励)直流機

12/12の講義の最後に提出していただくレポート課題をこちらからご入手ください。


11) 2013/12/12 直流機概論
 直流電動機と発電機
 エネルギー保存則とモータ定数
  運動制御のアクチュエータとしてのモータの特性とその基礎モデルとしての電機子の回路方程式

期末試験予備アナウンス 期末試験 1/30 限 90分
 白いA4の紙表裏一枚に、任意の手書きメモを作成したものを持ち込み可能
 出題の内容はほぼ週レポートとその解説に準拠しているものと考えてよい。

(12/12の口頭説明では 60分と言ってしまったようですが、正式に試験時間は90分です。  ←平沼さん、重要な御指摘ありがとうございました!)

12/19の講義の最後に提出していただくレポート課題をこちらからご入手ください。

12) 2013/12/19 同期機I:
機能上の分類と構造上の分類
同期発電機
回転数と周波数/界磁と電機子/フェーザダイアグラムの勘所

01/09の講義の際に提出していただくレポート課題をこちらからご入手ください.

13) 2014/01/09 同期機 II:
同期発電機:
電機子巻線誘導起電力/漏れ磁束/フェーザ図と同期機の等価回路(円筒機/突極機)/同期発電機の特性
単位法、短絡比同期発電機の出力特性

 
説明の不備のお詫びと、教科書の訂正について:
講義後、直ちにご指摘をいただきましたので以下のことを修正し、お詫びを申し上げます。

[1] 短絡比: SCRと銅機械、鉄機械との関係
(A) 短絡比が小さい = 同期インピーダンスが大きい =負荷電流に対する電圧変動が大きい
 すなわち、機械内部の磁気エネルギーの蓄積が小さい: 銅機械 火力発電機などSCR=0.6程度

(B) 短絡比が大きい = 同期インピーダンスが小さい =負荷電流に対する電圧変動が小さい
 すなわち、機械内部の磁気エネルギーの蓄積が大きい: 鉄機械 水力発電機などSCR0.8-1.2程度

 <====すなわち、 教科書p80の記述が正しく、1/9の古関の板書/説明に誤記がありました!お詫びして訂正します。


[2] 教科書 p80 の図4.7 図4.8について

電気子電流I_aによる「リアクタンス電圧降下」は、当然I_aと直交するフェーザとして表現できます。したがって、この2つの図の直角マークの場所は誤りで、-jxI_aと直交するのは E_tではなくI_aです。これは教科書の図に誤りがありますのでご注意ください!

(<==これについては出版社にも連絡をしておきます。また、この誤った記述に基づき発生した1/9のレポートの誤解答は減点しませんのでご安心ください。これについては1/16の講義で再度説明をいたします。)

ご指摘をいただきました皆様、ありがとうございました!

01/16の講義の際に提出していただくレポート課題をこちらからご入手ください.


14) 2014/01/16 (講義最終日) 同期機 III:
同期電動機 
等価回路/出力/V特性
+期末テストに関するアナウンス
 これまでの演習問題で、誤答の多かった問題に関する解説

これまでのご聴講ありがとうございました。
期末テスト頑張ってください!

期末試験準備のポイントとなるキーワード

(1)同期機: 界磁電流と、電機子電流の力率の関係 同期電動機のV特性 同期機の電力 突極機のトルク特にリラクタンストルク
(2)誘導機: 鳳テブナンの定理を用いた単相等価回路の計算と回路定数の物理的な意味、特に二次電力とトルクのすべり特性計算
(3)変圧器: T型等価回路とその意味 基本特性測定法
(4)直流機: 整流子 同期機の特殊な形としての直流機の意味
(5)その他: 回転機の一般的常識 直流機と交流機の関係



[4] 評価方法
(インターネット経由で講義後毎週出題する)小レポートの講義開始時の毎週の提出(40%)と期末テスト(60%)

[5] テキスト 参考文献など

---教科書指定---
仁田・古関: 電気機器学基礎 (数理工学社 新・電気システム工学 \2500)
補遺や一部の演習問題解答はこちらでご覧ください

---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
藤田:「電気機器」 森北出版
森北出版 松井「電気機器 (基礎からの電気・電子工学)」
電気学会 多田隈他:「電気機器学基礎論」

<一般的なもの>
電気学会 「電気機械工学」「電動機制御工学」

<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

[6] 授業外の学習活動 特に無し

[7] そのほかの特記事項 特に無し

[8] 参考URL
古関のブログ:講義に関する情報、補足資料やレポート課題をここから御入手願います。
http://www.takafumikoseki.blogspot.com/

[9] 参考資料
上記のリンクから適宜入手してください。

[10] 履修者の皆様への備考
本ページは演習の出題なども含め、適宜更新されますので注意深く頻繁にご覧ください!

2013年度冬学期 「制御工学第二」月曜日1限 @242教室 (2014/01/19 改訂)

制御工学第II
 (月曜日第一限 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(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
*(02) 10/15(Tue) 居村先生特別講義 非接触電力伝送とその制御技術
(03) 10/21(Mon) 状態空間におけるシステムの取扱(2): 状態変数と状態方程式II、 実現問題
(04) 10/28(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
(05) 11/05(Tue) 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
(06) 11/11(Mon)
状態フィードバック 
多項式法による極配置の提案、
状態FB制御系の設計の考え方: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

12/02に提出をお願いする第1回目の演習問題をこちらからご入手ください。(ヒントを参照し、この機会に数値計算の練習にも積極的に挑戦してみてください!)

(07) 11/18(Mon)  LQRの解の最適性の証明

(08) 11/25(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
 11/25は図らずも講義が長引いてしまってすみませんでした。

(09) 12/02(Mon)  状態推定と定常カルマンフィルタ
 指令値追従形制御への拡大系の構成(状態FBの補足事項)
 ディジタル制御 頭出し?

(10) 12/09(Mon) ディジタル制御(1): 空間量子化と時間量子化サンプリング動作の数学的表現、サンプリングを含む系の取扱とZ変換、ディジタル系安定性判別

01/27に提出をお願いする第2回目演習問題の出題をこちらからご入手ください。

ディジタル制御に関する補足の資料はこちらからご入手ください。

(11) 12/16(Mon) ディジタル制御(2): 標本化定理とエイリアス現象 ディジタル制御系の設計

**(12) 01/15(Wed) 藤本先生特別講義 最高精度を求める制御技術の研究(仮題)

***(13) 01/20(Mon) 堀教授 非線形制御入門

期末テストの朝に試験会場で提出をお願いする第3回目の演習問題をこちらからご入手ください。

(14) 01/27(Mon) ディジタル制御(3): 連続系の制御器と離散系の制御器の対応関係とディジタル系のアナログ近似(ディジタル再設計)

(15) 02/03  08:30-11:30 期末テスト
(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。堀教授にお願いし、制御工学第一のときと同様に原稿のpdf版をここにいただいた。ただし、講義初回で示したPW付。)

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17で体験する演習のように、SCILABなどを用いたシミュレーションもできると良い。
(このブログにある実験課題17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。

################################################

位相面軌跡と記述関数法を堀教授が1月に丁寧に解説してくれるが、非線形制御の解説は一般に手薄になりがち。参考書の相当部分を自主的に読んで自分でも実務的な手法を学ぶべく努めてほしい。

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。

2013年9月4日水曜日

2013/09/03 工学院大学エクステンション・センター鉄道講座(古関担当分) 配布資料

講義名「リニアモータと磁気浮上技術を応用した軌道系交通〜リニア新幹線と将来への期待〜」
 拙い講義の御聴講と御議論、ありがとうございました。
 講義で使用した資料をここからご入手ください。講義時にお示ししたPW付きです。ファイル容量は約5.5MBです。