３～５日目

選択課題

３～５日目　選択課題

概要

下記テーマから1つ選び取り組む。

選択課題割当結果

評価

各選択課題の基本課題には必ず取り組む。
1-2日目の基本課題と共に，3-5日目までの選択課題を合わせて1つのレポートとしPDFファイルを提出する。

発展課題にも取り組んだ場合は，自分が取り組んだテーマの内容や，面白かったところ，難しかったところ，工夫したところについて5分程度のプレゼンテーション発表を行うことを推奨する。発表会は先生とTAの前で8/3に行う。
発展課題にも取り組んで，かつ，8/3の発表会でプレゼンテーションを行った学生は，発表のスライドとシミュレーションファイルの提出をもってレポート提出と代替して評価を行う。

参加方法

Arduinoによるモーション制御実験　定数56人
＠本郷（7/8, 9, 11: 2号館4階41A, 413）
電気自動車の制御　定数20人
＠本郷（7/8: 2号館3階電気系会議室3, 7/9, 11: 2号館4階245）＠柏（実験）
ドローンの制御　定数16人
＠本郷（7/8: 2号館3階電気系会議室1A1B）＠柏（実験）
ワイヤレスミニ四駆の製作　定数15人
＠本郷（7/8: 2号館4階電気系会議室5）＠柏（4日目，5日目）
走行中ワイヤレス給電の電流制御　定数15人
@本郷（7/9: 2号館4階電気系会議室5）＠柏（4日目，5日目）
2慣性系の制御　定数30人
@本郷（7/8,9, 11: 3号館123）

対面発展課題について，柏キャンパス組は移動時間を考慮して開始・終了時間を1時間遅らせる形で行います。
本郷 13:00 - 16:40 （3限・4限）
柏 14:00 - 17:40

ダウンロード

Arduinoによるモーション制御実験　実験紹介スライド　初日説明スライド　Day3テキスト　Day4&5テキスト　配布資料まとめ　FAQ　班分け
電気自動車の制御　実験紹介スライド　Day3資料　Day4資料　Day5資料
ドローンの制御（実験紹介スライド）：講義資料（基本課題資料 / 発展課題資料 / 最終日資料）シミュレーションファイル（z制御プログラムファイル / Quadcopter Projectプログラムファイル）実験関連資料（実装の手引き / Simulinkファイル保存時のダウングレードについて / 測定データ解析プログラム）
ワイヤレスミニ四駆・走行中ワイヤレス給電の電流制御　共通　実験紹介スライド　Day3資料　Day3配布プログラム（2022b）
ワイヤレスミニ四駆　Day4&Day5資料 Day4&Day5配布プログラム
走行中ワイヤレス給電の電流制御　Day4&Day5資料　Day4&Day5配布プログラム
2慣性系の制御　実験紹介スライド　課題資料

講義ビデオ（2020）

Arduinoによるモーション制御実験　角度制御実験　Ball & Beam の実験（2021年からの新テーマのため、実験機動作デモ動画を掲載しています）
電気自動車の制御
ドローンの制御1, 2
ワイヤレス電力伝送の制御（ビデオは2022年度のもの）
2慣性系の制御

各課題の説明

Arduinoによるモーション制御実験

概要

Arduinoによる実験キット（限定数）を配布し，モーション制御実験を行う。実験キットの数に限りがあるので，希望者全員がこの課題をできるわけではない。

３－５日目に本郷２号館４階41A室, 413室にてリアル実験を行います（非常時には，実験キットを郵送し自宅での遠隔実験となります）

環境

実験キットとArduino Megaを用いてモーション制御の実験を行う。

テーマ例

モータの角度制御実験
Ball&Beamの実験
- ２自由度制御
- 最適制御

など

対面実験（3-5日目）

上記テーマ例に沿った実験を行う。

学科PCなどWindows PCをご持参ください！（要MATLABインストール）

サンプルプログラム・Simulinkモデルを提供する。動作環境は以下の通り。

MATLAB (必須)
Simulink (必須)
Control System Toolbox (必須)

電気自動車の制御

シミュレーション概要

MATLAB, Simulinkを用いて，電気自動車の制御をする。直線運動のみを考え，加速減速の制御を行う。制御工学第一の範囲内でもできる上，意欲があればさらに発展的な内容に取り組むこともできる。車両１台の制御（実験A），前の車両に追従する制御（実験B）の二つがあり，選択可能。どちらかに対しテーマを一つきめて発表をする。

実際の自動車会社と同じような環境でシミュレーションを行うことで，制御の理解はもちろん，自動車の運動についても理解が深まることが期待される。シミュレーションファイル及び解説のスライドは上記リンクからダウンロードしてください。

必要な MATLAB Toolbox：Simulink 3D Animation, Powertrain Blockset, Vehicle Dynamics Blockset, Simulink Coder （東大学生は全て無料）

シミュレーション環境

すでに構築済みの3Dアニメーションを用いて，自分が設計した制御器で自動車が動く様子を確認できるようになっている。

左は車両１台のもの，右は車両２台のもので，それぞれについて視点は３種類ずつ用意している。

電気自動車のシミュレーション結果を上から見た様子

電気自動車のシミュレーションを運転者視点で見た様子

シミュレーションテーマ例

様々な指令値に対する車両の制御（実験A）
外乱があった場合の車両の制御（実験A）
センサの値が理想的でない場合の制御（実験A）
滑りやすい路面における車両の制御（実験A）
クルーズコントロールの制御器設計（実験B）
速度制御器を内部に持つ制御器設計（実験B）
様々な運転状況に対応できる制御器の設計（実験B）

それぞれに対して基本課題と発展課題があります。詳細は解説スライドを参照。テーマは他の学生と被りすぎないようにブレイクアウトルームで相談しましょう。自分でテーマを考えても良いです。

実験の概要

柏キャンパスの実験場にて，藤本研究室の電気自動車を利用したアンチスリップ制御の実験を行う。

実験では滑りやすい地面（低μ路）の上を電気自動車で走行し，制御の有無による滑りやすさの違いを体験・解析する。

実現したい滑らない車両をノミナルモデルと考え，外乱オブザーバを実装することで，滑りづらい電気自動車を実現する。

シミュレーションプログラムの作成とビルド，実験用設定ファイルの作成，電気自動車の運転，データ処理，という実験の一連の流れを体験する。

当日にスムーズに実験を行うために，事前準備として課題を用意する可能性がある。

実験車両と低μ路

ドローンの制御

概要

MATLAB, Simulinkを用いて，ドローンを制御します。まずドローンの仕組みから説明するので安心してください。その後，基本課題は高さの制御器を設計します。発展課題として外乱オブザーバ，他の変数の制御や，改造したドローンの制御などを用意しています。

MATLABのバージョン：R2023a以降を推奨

OS：指定なし（シミュレーションまでを各自のPCで行っていただきます）

必要なツールボックス：Aerospace Blockset, Aerospace Toolbox, Optimization Toolbox, Simulink Control Design, Signal Processing Toolbox, Computer Vision Toolbox, Simulink 3D Animation

シミュレーション

Mathworks のデモ Quadcopter Project を用いる。ドローンの動きは Simulation 3D で見えるので，本物の実験機を制御したような実感を得られます。

実機実験

シミュレーションで設計した制御器をドローンの実機に実装し，飛行させます。

発展課題として以下のような課題に取り組んでもらいます。

• z軸モデルでの空気抵抗に負けない制御

外乱オブザーバ

• ドローンの改造により広がる制御

ヘキサコプターへの改造

Fault tolerance 制御

• 今あるドローンで楽しむいろいろな制御

くるくるしながら上がるドローン

x軸方向に進めるようにする

力制御する

ワイヤレスミニ四駆の製作

概要

ワイヤレス給電で走るミニ四駆の製作を通じて、回路製作・電子工作・はんだ付けなどの技術を習得するとともに、走行中ワイヤレス給電のコンセプトを体感する。走行コースやミニ四駆の車体は予め用意しているので、課題選択者はミニ四駆に搭載するコイルや回路基板を製作することになります。

作業の流れ

受電コイルを製作する。エナメル線を巻いて所望のインダクタンスのコイルにする。
受電側の回路基板を製作する。回路基板に共振コンデンサ、ダイオード整流器などをはんだ付けしていく。コイルと共振コンデンサの共振周波数をいかに正確に調整できるかが走行性能を左右する。
コイルと回路基板を車体に組み付けて、コースを走らせる。また、車輪を浮かせた状態で電圧や電流の波形をオシロスコープで測定する。
インバータの動作周波数、パルス幅、ギャップ長などを変えて送電特性がどのように変わるのかを考察する。