ブロック線図に基づく システム制御学習環境における リアルタイム制御実験 九州工業大学 谷口仁志 古賀雅伸 矢野健太郎 Model Based Design 解析 UML ブロック線図 設計 G(s) シミュレーション 図式モデル 実機 Matlab / Simulink /Real-Time Workshop ブロック線図からC言語コードを自動生成 2 教育分野への導入 ブロック線図を利用した学習 手動でのプログラムの実装が不要 シミュレーションから実験へのスムーズな移行 教育現場で求められるシステム 既存のシステムに影響を与えない 多人数で使用できる大規模な環境に対応 Model Based Designの考え方を取り入れた 学習支援システムへの要望 3 目的 ブロック線図を用いて 制御系開発プロセスを一貫して学習できる 学習支援システムの開発 4 学習支援システムの特徴 ネットワーク USB 起動 倒立振子 電気回路 Ｓ CD ……… HDDにインストールすることなく利用できる リアルタイム実験環境の提供 ブロック線図に基づく制御工学の学習 5 システム制御学習支援システムの構成 KNOPPIX[6] ユーザ空間 リアルタイム 制御実験プログラム Jamox[4] リアルタイム 制御パッケージ[5] カーネル空間 6 リアルタイム制御パッケージ[5] Linux上でリアルタイム処理を実行 Linuxカーネルを再構築せずに利用 リアルタイムタスク操作モジュール リアルタイム処理関数(API) リアルタイムタスク制御モジュール リアルタイムタスクの制御と管理 7 Jamox GUIによる ブロック線図作成 時間応答グラフ表示 Jamox web site http://jamox.mklab.org/ 8 学習支援システムを利用した学習 Jamox 制御対象の解析 自動生成 リアルタイム制御 実験用プログラム 制御器の設計 制御実験 シミュレーション 実験結果 実験結果と シミュレーションの 比較 9 学習支援システムを利用した学習 Jamox 制御対象の解析 自動生成 リアルタイム制御 実験用プログラム 制御器の設計 制御実験 シミュレーション 実験結果 実験結果と シミュレーションの 比較 10 学習支援システムを利用した学習 Jamox 制御対象の解析 自動生成 リアルタイム制御 実験用プログラム 制御器の設計 制御実験 シミュレーション 実験結果 実験結果と シミュレーションの 比較 11 学習支援システムを利用した学習 Jamox 制御対象の解析 自動生成 リアルタイム制御 実験用プログラム 制御器の設計 制御実験 シミュレーション 実験結果 実験結果と シミュレーションの 比較 12 学習支援システムを利用した学習 Jamox 制御対象の解析 自動生成 リアルタイム制御 実験用プログラム 制御器の設計 制御実験 シミュレーション 実験結果 実験結果と シミュレーションの 比較 13 学習支援システムを利用した学習 Jamox 制御対象の解析 自動生成 リアルタイム制御 実験用プログラム 制御器の設計 制御実験 シミュレーション 実験結果 実験結果と シミュレーションの 比較 14 学習支援システムを利用した学習 Jamox 制御対象の解析 自動生成 リアルタイム制御 実験用プログラム 制御実験 制御器の設計 シミュレーション 実験結果と シミュレーションの 比較 実験結果 15 学習支援システムを利用した学習 Jamox 制御対象の解析 自動生成 リアルタイム制御 実験用プログラム 制御実験 制御器の設計 シミュレーション 実験結果と シミュレーションの 比較 実験結果 16 ブロック線図からのコード生成 xn=f(k, x, u) y=g(k, x, u) dx=f(t, x, u) y=g(t, x, u) 制御器 制御対象 出力対象 MaTXユーザ定義ブロック 制御対象の出力を入力に持つ 出力が制御対象の入力になる 17 評価実験 倒立振子の安定化制御実験 ブロック線図による設計 ブロック線図からの実験用コード生成 5.0[s]ごとに目標値を0.1[m]変更 性能評価で利用したPCのスペック CPU Athlon 64 3000+ 2.0[GHz] メモリ 1024 [MB] OS Knoppix 5.3.1 日本語版 Linux Kernel 2.6.24.4 18 倒立振子の安定化制御 フィードバックゲイン 倒立振子 ＋ F Pendulum － AB CD 連続時間オブザーバー 倒立振子のモデリングを行い倒立振子ブロックを作成 19 倒立振子の安定化制御 フィードバックゲイン 倒立振子 ＋ F Pendulum － AB CD 連続時間オブザーバー 状態フィードバックのためのフィードバックゲイン 状態を推定するための連続時間オブザーバー 20 倒立振子の安定化制御 フィードバックゲイン 倒立振子 ＋ F Pendulum － AB CD 連続時間オブザーバー コントローラを離散化 21 倒立振子の安定化制御 倒立振子 Controller Pendulum 制御器(離散時間システム) 離散化されたコントローラをMaTXブロックとして作成 22 倒立振子の安定化制御 23 倒立振子の安定化制御実験 24 まとめ ブロック線図に基づく学習支援システムの開発 リアルタイム制御実験環境の提供 ブロック線図からの実験用コードを自動生成 制御系開発を一貫して学習することができる 今後の課題 サブシステムへの対応 実験プロセスのGUI化 25 ご静聴ありがとうございました 26
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