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）

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）

シミュレーションテーマ例

1. 様々な指令値に対する車両の制御（実験A）

2. 外乱があった場合の車両の制御（実験A）

3. センサの値が理想的でない場合の制御（実験A）

4. 滑りやすい路面における車両の制御（実験A）

5. クルーズコントロールの制御器設計（実験B）

6. 速度制御器を内部に持つ制御器設計（実験B）

7. 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。

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

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。

走行中給電の電流過渡応答制御

概要

車両が送電コイル上を高速に通過する走行中ワイヤレス給電では、電流の過渡応答の制御が重要な技術となる。この実験では古典制御の知識を使って電流の過渡応答を制御する方法について学ぶ。

ワイヤレス給電回路はP実験でも扱ったRLC共振回路の発展形である。ただし高周波の交流電流を流すことが最大の違いであり、電流の包絡線に対して制御を施す必要がある。この実験では包絡線の伝達関数の導出から制御器の設計、実験機への実装を一貫して行うことで古典制御理論のワイヤレス給電への適用を目指す。

実施項目

• ワイヤレス給電回路の回路方程式を解くことで包絡線の伝達関数を導出する。

• オシロスコープで電流のステップ応答を測定し、導出した伝達関数のステップ応答と比較する。

• 導出した伝達関数を用いて電流過渡応答を改善するPID制御器を設計し、シミュレーションで性能を評価する。

• 設計したPID制御器をCプログラムで実験機に実装し、制御を施したときの電流過渡応答を測定する。

2慣性系の制御

産業装置の基本機構を模擬する2慣性系ベンチを用い，精密位置決め制御技術を学ぶ。

MATLAB/SimulinkのコードがC言語に自動翻訳され（Simulink Coder），Windowsでリアルタイム実行できます。

それにより，様々な構造の制御器を，シミュレーションと同じくらいの気軽さで実験することができます。

最終日にはコンペを行います。最も外乱抑圧性能が高い班はどのような制御器を設計するでしょうか？

3日目は柏で研究室見学＋シミュレーション（自分のPCを持参する様に！）

4日目と5日目は本郷で実際の装置で実験（実験用PCはこちらで用意しますが，レポートは各々のPCにデータを移し作成）