実践的に制御理論を学ぶための教材とカリキュラム開発

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K02949
• Research Institution: Maizuru National College of Technology
• Principal Investigator: 川田 昌克 舞鶴工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (90311042)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 制御工学 / カリキュラム開発 / 教材開発 / LEGO MINDSTORMS / Arduino / MATLAB/Simulink

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，難解な「制御工学」を実践的に学ぶための教材開発を行っている．計画当初は LEGO MINDSTORMS EV3 やサードパーティが発売している LEGO 用センサを利用することを想定していたが，2020 年度に EV3 の製造終了が発表されたため，EV3 のインテリジェントブロックを利用する代わりに，拡張性が高い Arduino 互換ボード MinSegMEGA Shield を利用することを検討した．
MinSegMEGA Shield は公開されているパッケージを利用することで，「制御工学」の分野で標準的なソフトウェア MATLAB/Simulink を介したデータの入出力を容易に行うことができる．そこで，前年度は PID 制御の学習コンテンツを作成したが，2020 年度は，ホームページでの公開に向けてさらにブラッシュアップした．具体的には，(1) 自動制御の三要素（モータ・センサ・マイコン），(2) PID 制御の基礎，(3) 経験則による PID コントローラ設計，(4) モデルマッチング法による PID コントローラ設計，(5) 進化型計算による PID コントローラ設計，(6) FRIT による PID コントローラ設計，といった内容が学習できるようになっている．
さらに，MinSegMEGA Shield が容易に LEGO ブロックに取り付けることができる構造であるという利点を活かし，難易度の高い電子工作や機械工作を伴わない回転型倒立振子の開発を行っている．現在までに角度センサやモータの選定は終わっているが，新型コロナウイルス感染症の影響で進捗が遅れており，完成には至っていない．

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

新型コロナウイルス感染症の影響で，技術者向けセミナーが中止になり，教育効果の検証を行うことができなくなった．また，申請者は所属機関における新型コロナウイルス感染症の対策本部のメンバーを務めており，研究時間が大幅に削られてしまい，研究が進まなかった．そのため，事業期間延長の申請を行い，2021 年度での研究完成を目指すこととなった．

Strategy for Future Research Activity

MinSegMEGA Shield と LEGO ブロックを利用して，モノづくりに精通した者でなくても簡単に製作することができる回転型倒立振子の開発を目指す．また，回転型倒立振子のモデリングからコントローラ設計までの制御系設計の手順を学習できるコンテンツを作成する．
同時に，得られた知見を活かし，拙書「MATLAB/Simulink によるわかりやすい制御工学」の改訂版を出版する予定である．

Causes of Carryover

申請者は所属機関における新型コロナウイルス感染症の対策本部のメンバーを務めており，研究時間が大幅に削られてしまい，研究が進まなかった．また，学会や情報収集を学外で行うことができなかったので，旅費を計上していない．2021 年度は繰り越した研究費を用いて遅れている研究内容を進めていきたい．