2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a curriculum and a teaching material for learning linear control theory with a mobile robot
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17K01093
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| Research Institution | Toyo University |
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Principal Investigator |
山川 聡子 東洋大学, 理工学部, 教授 (20293748)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 制御工学教育 / 実験教材 / 移動ロボット / 極配置法 / PID制御 / 非線形制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では，車輪型の移動ロボットを用いて制御工学教育のための教材開発を行った．前年度までに，市販の小型移動ロボットに対応した軌道制御プログラムと，操作PC用のインターフェースプログラムを作成した．これらのプログラムを用いると，USB接続したPCから移動ロボットの軌道制御則の選択および制御パラメータの変更をすることができるとともに，PCの画面上にリアルタイムでロボットの軌道をグラフ化して確認することができる．このシステムを用いて大学3年生，および大学院生を対象とした実験カリキュラムをそれぞれ作成して実験を実施し，教育効果を検討した．
最終年度である令和元年度は，このシステムを用いて線形制御を理解させるための実験システムおよびカリキュラムの改良を行った．直線状の目標軌道に加えて，三角波や正弦波状の目標軌道への追従を行うための制御則を追加した．目標速度や目標軌道を変更し，制御則や制御ゲインによる挙動の違いを調べ，運動モデルを用いた解析結果と比較した．目標値を変化させることで線形制御の限界がロボットの回転運動のような明確な不安定現象として確認することができた．線形制御の学習に加えて，より発展的な考察も行うことができる教材となった．前年度に引き続き，この実験システムを用いたカリキュラムを大学3年生対象の実験科目内で行い，講義科目履修後にアンケート調査を実施した．提案した実験カリキュラムは，受講生に制御工学の重要性を意識させ，講義の際に制御系の応答や特徴をイメージさせやすくするなどの効果が再確認できた．本課題で作成した制御プログラムとPC用のインターフェースプログラムを公開するためのWEBページを作成した．
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