講義シェアする応用化学実験4機器実験4について、今年度の実験内容を練りながら、それに合わせて、来年度に向けて実験テキストを改定しています。19:02その中で、プロセス制御の予習用テキストをどうするか、について考えています。予習用テキストとは、実験テキストが割りと難しめに作られていた中で、学生がプロセス制御の分野に入りやすいように,2017年度に作成したものです。金子先生が気持ちよさそうに書いているのが伝わった図書館で読んでいたら吹いたウケたといった、あまりテキストの感想としては聞いたことのないものもあったのです。たしかに、文体として、一般的なテキストの文体と合わないため、そのまま実験テキストに載せるのもどうかな、といった感じです。興味のある方は、下に載せますので読んでみてください。金子弘昌この予習用テキストは、皆さんを深淵なる制御の世界の入口へと案内してくれるだろう。「制御」という言葉を聞いて何を想像するだろうか。ほうがよく耳にするかもしれない。どこかで聞いたことがあるだろう。制御とは、望みのとおりになりそうなモノを、何かすることで、望みどおりにすること、だ。車の運転を例にして制御の説明を試みる。運転免許をもっていない人もいるかもしれないが、身近な人が車の運転をするのを見たことはあるだろう、と期待して話を先に進める。車の速度の制御をするとき、大事なことは次の2つだ。満たされていないとき、車の運転がどれだけ恐ろしいものになるのか想像するのは難しくないだろう。車に搭載されている速度計がその役割を果たしてくれる。教習場で車を運転するうちにわかるようになる。ここで注目してほしいのは、車のメカニズム、つまりどのようにして車が走るのか、がわからなくても、車の速度の制御ができてしまうことだ。エンジン・トルク・タイヤなどの仕組み・詳細について全く知識がない人でも、教習場で訓練すれば車の速度の制御は簡単にできるようになる。ぶっつけ本番で車の速度の制御ができるだろうか。私も車の専門家ではないので正確なところはわからないが、いつも車で通勤している文系のサラリーマンの方がうまく制御すると想像する。理解するためには、空気抵抗・タイヤと道路との摩擦・エンジンやタイヤの劣化など、車のメカニズム以外で経験的にしか理解できない現象もあるのだから。頭のなかに制御のイメージができただろうか。それでは、今回の実験で対象にするプロセスの話をしよう。2週間にわたって行うことは、水の温度を35°Cに制御する、ということだ。考える人もいるかもしれない。維持し続けられるだろうか。ほとんどの人はできないはずだ。液体の温度制御は、分離プロセスや化学反応をともなうプロセスなど、多くの化学プロセスで実際に実施されている、なくてはならない制御である。発熱反応の化学反応が温度上昇によって熱暴走しないように、適切に温度を制御しなければならない。化学と温度制御とは切っても切れない関係なのだ。いうわけで実験では、なるべく早く水温を35°Cに上げ、その後も安定的に水温を35°Cに維持することを目指そう。非常にベーシックな温度制御の実験ではあるが、今回の系で制御とは何たるかを学べば、それを多くの化学プロセス・化学の分野で応用できる。1を聞いて10を知る、だ。今回はPID制御という制御方式を採用する。PID制御は、開発されてから60年以上たつにもかかわらず、いまだに制御の90%以上を占める優れものだ。科学者・技術者がPID制御の理論・技術・実装を磨き続けなければ、その地位は確立できなかっただろう。2-2.pdf」を参照してほしい。説明するので、今はわからなくても全く問題はない。制御方式にかかわらず、制御で重要なことは変わらない。車の速度を制御するときに大事といった2つのことを思い出そう。現在の制御変数の値がわかる操作変数と制御変数との間の関係がわかるとなる。車の速度制御のとき、制御変数は車の速度、操作変数はアクセルの踏み具合だ。今回の水温制御では、制御変数は水温、操作変数は加熱量である。単純な引き算により、目標温度35°Cとの差がわかる。値を決めることにある。満たさないといけない。間の関係を求めればよいだろうか。実は、車の速度制御の話の中に、重大なヒントが隠されている。車のメカニズムを学ぶ方法の2つがあった。理論的に攻める方法となる。2つを組み合わせたハイブリッドな方法もある。方法を学び、制御性能のさらなる向上を目指す。2つの方法の特徴や関係性を堪能してほしい。最後に、テキストの内容について触れる。原理」の章は、思い切って読み飛ばしてしまおう。2-2.pdf」を読み、実験前半の説明を聴き、自分の頭で考えることが、その代わりとなる。次に、テキストには1週目に用いる器具が示されていなかった。当日は下の器具を準備してほしい。(省略)実験をより面白くするため、実験内容を変更した。オートチューニング法(AT法)」は実施しない。該当する部分に大きく「×」を書いてしまおう。その代わりに、PID制御における3つのパラメータの役割について、各自が仮説を立て、その仮説を検証する実験を追加する。法)」では、それぞれの班において、PID制御の3つのパラメータの値と、それを用いたときの制御結果が出てくる。班の数だけ、異なる結果が出てくるわけである。自分の班の結果だけでなく、他の班の結果も見ながら、3つのパラメータがどのように制御性能に寄与しているか考えよう。言い合いながら、大いに議論を楽しんでほしい。その仮説に基づいてPID制御の3つのパラメータを変えて、再度制御する。仮説を検証するわけである。その結果を踏まえて考察を深めてほしい。計算シミュレーション」では、実際の温度変化とシミュレーションによる温度変化の差異がどうして生じるかを考え、仮説を立てよう。その仮説を踏まえて、理論式を修正し、エクセルの中身を書き換える。書き換えた後に、実際の温度変化に近づいたか検証しよう。ここでも仮説&検証をするわけだ。その後、PID制御の3つのパラメータを変化させて、より制御性能の良いパラメータの組を班ごとに探索しよう。話はそれるが、仮説&検証を繰り返すことは、科学者・研究者として非常に重要なプロセスである。その一端に触れてほしい。無事に制御の世界への入口にたどり着けただろうか。全員がそろっていることを祈る。それでは、整然さと泥臭さをあわせもった制御の世界への扉を開けるとしよう。TAの大野氏と小林氏がお待ちかねだ。===といった感じです。今回、実験テキストを大改訂する中で、もちろんプロセス制御の導入部分から作り込みたいと思います。その部分に組み込むか、思い切ってなきものにして別の形で作り直すか、考えています。実験が完結するようにしたいです。メールなどでご連絡いただけるとうれしいです。非線形関数で変換するお話です。使って説明変数を選択する話です。Sensor)化学プラント・産業プラントにおいて、測定することが難しいプロセス変数の値を、コンピュータでリアルタイムに推定するため、ソフトセンサーが活用さ...記事を読む共同研究に対する金子研のスタンス~学生の関わりなど~基本的に、金子研は共同研究に対して、来る者は拒まず、といったスタンスです。(t-SNE)についてです。Vector...記事を読む世界はトレードオフであふれている!~研究のチャンスはパレート最適解の向こう側にあり~たとえば、ランチにラーメン屋さんにいくことを考えましょう。おいしくて、安いラーメンが食べられるところを探しますよね。学生から質問を受け付けています。新入生へのメッセージ全部で9つあります。