モーションコントロール

Motion Control

997C605

73EECNT503

堀　洋一

Yoichi Hori

2023年度前期

2023 First Semester

木曜2限

Second period in Thursday

創域理工学研究科　電気電子情報工学専攻

Department of Electrical Engineering, Graduate School of Science and Technology

2.0単位

講義

Lecture

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ハイフレックス型授業
Hybrid-Flexible format

モーションコントロールとは，従来のモータ制御やパワーエレクトロニクス技術をベースにしながら，その枠を越えた，電気・機械系の高度な運動制御を意味する。講義を行う教員自身が生涯かけて開発してきた分野に名付けた名称でもある。この講義は，モータ制御の基礎的な事項から始め，DCモータを用いた外乱オブザーバによるロバストサーボ系の設計やその高度化技術を述べる。次に，ACモータを用いたベクトル制御の基礎を述べ，その研究を通じてなされた，モータ制御と現代制御理論との融合について説明する。そのあと，応用事例として，ロボットマニピュレータのロバスト制御，電気自動車によって初めて可能になるモーションコントロールについて述べ，最後に走行中給電による未来のクルマ社会について議論する。
本専攻のディプロマポリシーに定める「電気工学専攻における電気工学，電子工学，情報通信工学の３つの専門分野のいずれの専門分野にも関わる極めて高度な専門知識」を実現した事例を示し，どうしてそのようなことが可能になったのかを考察するための科目である。
Motion control refers to the advanced motion control of electrical and mechanical systems that goes beyond the conventional motor control and power electronics technologies. It is also the name given to the field that the lecturer himself has spent a lifetime developing. This lecture starts with the basics of motor control, and describes the design of a robust servo system with a disturbance observer using a DC motor and its advanced technology. Next, the basics of vector control using AC motors are described, and the integration of motor control and modern control theory that has been achieved through this research is explained. Then, as application examples, robust control of robot manipulators and motion control first made possible by electric vehicles are described, and finally, the future automotive society with power supply while driving is discussed.
This course is designed to show examples of the realization of the "extremely high level of specialized knowledge related to any of the three specialized fields of electrical engineering, electronic engineering, and information and communication engineering in the Department of Electrical Engineering" as stipulated in the Diploma Policy of the Department, and to examine how this was made possible.

モータ制御やパワーエレクトロニクスという従来の基幹技術の上に，どのようにして最先端の研究を展開していったかという歴史を，「モーションコントロール」という教員自らが確立した経験でもって示し，学生の学習・研究上役にたつ「コツ」を伝授することを目的とする。
本専攻のディプロマポリシーに定める「電気工学専攻における電気工学，電子工学，情報通信工学の３つの専門分野のいずれの専門分野にも関わる極めて高度な専門知識」を実現した事例を示し，どうしてそのようなことが可能になったのかを考察するための科目である。
The purpose of this lecture is to show the history of how cutting-edge research was developed on top of the traditional core technologies of motor control and power electronics, using the lecturer's own established experience in "motion control", and to teach the "tips" that will be useful to students in their studies and research.
This course is designed to show examples of the realization of the "extremely high level of specialized knowledge related to any of the three specialized fields of electrical engineering, electronic engineering, and information and communication engineering in the Department of Electrical Engineering" as stipulated in the Diploma Policy of the Department, and to examine how this was made possible.

モーションコントロールの根っこにある，モータのサーボ制御，外乱オブザーバ，パラメータ同定など，役に立ちそうな制御理論を効率よく習得すると同時に，それを生かした応用研究にどのように結びつけていくのかという極意を，電気自動車のモーションコントロールという分野を例にとって習得することが到達目標である。
The goal of this course is to efficiently learn useful control theories such as motor servo control, disturbance observer, parameter identification, etc., which are the root of motion control, and at the same time to learn how to connect these theories to applied research, using the field of motion control for electric vehicles as an example.

ぼ〜っと聞かないで，何が本質かを常に考えながら聴講すること。
Do not listen idly, but always think about what is essential.

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各回の授業前に講義資料をLETUSへ掲載するので読んでおくこと（2時間程度）。
【復習】
各回の講義内容を2時間程度復習し，各回の講義で説明した内容について理解の定着を図ること。
Preparatory learning:
Read the lecture materials uploaded on LETUS before each class, spending about 2 hours.
Review:
Review the contents of each class for about 2 hours, and try to understand the material covered in each class.

レポートによって評価する。
[フィードバックの方法]
レポートに対するコメントをメールなどでフィードバックする。
Evaluation will be based on reports.
[Feedback]
Provide feedback on the report via email or other means.

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している
・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

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教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

堀 洋一・大西公平：「制御工学の基礎」および「応用制御工学」，電気電子情報通信基礎コース，丸善(株)，それぞれ，1997年発行，ISBN 4-621-04365-X C 3354，1998年発行，ISBN 4-621-04477-X C335，ただし絶版になっている。
上記教科書のpdf，さらに，その他資料を適宜ウェブにアップします。
Yoichi Hori and Kohei Ohnishi: "Fundamentals of Control Engineering" and "Applied Control Engineering", Fundamental Course of Electrical, Electronic, Information and Communication Engineering, Maruzen Co., published in 1997，ISBN 4-621-04365-X C 3354，and 1998，ISBN 4-621-04477-X C3354, respectively. However, they are out of print.
I will upload pdfs of the above textbooks and other materials onto the web as needed.

１．ＤＣモータのダイナミクスと制御
【第１回】１．１　ＤＣモータのダイナミクス
【第２回】１．２　トルク，速度制御系の設計
【第３回】１．３　外乱オブザーバと２自由度ロバストサーボ（実機のデモ付き）
【第４回】１．４　瞬時速度オブザーバ，慣性モーメント同定
２．ＡＣモータのベクトル制御
【第５回】２．１　回転機のマトリクス解析
【第６回】２．２　誘導機のベクトル制御
【第７回】２．３　モータ制御と現代制御理論
【第８回】２．４　磁束オブザーバによる誘導機の制御
３．応用事例
【第９回】３．１　ロボットマニピュレータのロバスト制御（1）
【第10回】３．２　ロボットマニピュレータのロバスト制御（2）
【第11回】３．３　振動抑制制御
４．100年後のクルマ
【第12回】４．１　電気自動車のモーションコントロール（1）
【第13回】４．２　電気自動車のモーションコントロール（2）
【第14回】４．３　走行中給電が拓くもうひとつのクルマ社会
【第15回】５．到達度評価・総括
★第1回目から第15回目まで【ハイフレックス型授業】を実施予定。
1 Dynamics and control of DC motor
(1) 1.1 Dynamics of DC motor
(2) 1.2 Design of torque and speed control systems
(3) 1.3 Disturbance observer and 2-DOF robust servo (with demonstration of actual machine)
(4) 1.4 Instantaneous speed observer, identification of inertia moment
2 Vector control of AC motor
(5) 2.1 Matrix analysis of rotating machines
(6) 2.2 Vector control of induction machine
(7) 2.3 Motor control and modern control theory
(8) 2.4 Control of induction machine by magnetic flux observer
3 Application examples
(9) 3.1 Robust control of robot manipulator (1)
(10) 3.2 Robust control of robot manipulator (2)
(11) 3.3 Vibration suppression control
4 Cars of 100 years later
(12) 4.1 Motion control of electric vehicles (1)
(13) 4.2 Motion control of electric vehicles (2)
(14) 4.3 Another automotive society opened by in-motion power supply
5 (15) Achievement evaluation and summary
* Class format is Hybrid-Flexible format.

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