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ホーム融液内対流のモデル予測制御
SDGsの分類
研究テーマ
ものづくり・製造技術
学科の分類
工学部機械工学科

融液内対流のモデル予測制御

工学部

機械工学科

システムデザイン研究室

橋本智昭 准教授

制御工学流体制御モデル予測制御

融液内対流を制御する手法としては,るつぼの回転速度の調整,るつぼ側面の温度調整,磁場の印加などが制御入力の候補として考えられる.融液の対流現象を表現するための基礎方程式として,融液を非圧縮性流体と仮定すると,質量保存則から導かれる連続の式,運動量保存則から導かれるNavier-Stokes方程式,温度の拡散現象を表すエネルギー式,濃度の拡散現象を表す物質拡散方程式が挙げられる.これらの基礎方程式で記述される熱流体システムに対して,モデル予測制御系設計法が確立されている.

最適フィードバック制御問題の高速数値解法

モデル予測制御とは,有限評価区間の最適制御問題を時間が進むごとに評価区間を移動させながら継続的にその最適化問題を解くことによって,最適フィードバック制御を実現する手法である.常微分方程式で記述されるシステムに対するモデル予測制御問題の数値解法として,既に高速アルゴリズムが開発されているが,熱流体システムのように偏微分方程式で記述されるシステムに対するモデル予測制御問題の解法は,近年,本研究室によって研究開発が進められている.本制御手法では,従来のモデル予測制御手法(Fig. 1参照)を時空間非線形ダイナミクスに適用できるように拡張されており(Fig. 2参照),その手法を半導体バルク単結晶の成長プロセスにおける濃度分布一様化に向けた最適フィードバック制御系設計に応用することが可能である.

Fig. 1
Fig. 2

研究シーズのポイント

バルク単結晶成長プロセスにおける炉内の対流抑制手法として,従来は,試行錯誤的な試験と経験則に基づいて炉内温度などの操作条件を決定していた.このような手法はある特定のプロセスに対しては有効に働くが,環境が変化するプロセスでは操作条件を修正するため,再度試行錯誤的な試験を要するため非効率である.本研究では,最適制御理論を用いて効率的にかつ系統的にプロセスの操作条件を決定する手法を考案している.

論文

「Receding Horizon Control for Spatiotemporal Dynamic Systems」(2016)HashimotoTomoaki『Mechanical Engineering Journal』3p.ID. 15-00345.

研究者INFO: 工学部 機械工学科 システムデザイン研究室 橋本智昭 准教授

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新規細胞老化抑制剤|アンヒドロフルクトース

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加賀田 翔

非破壊で前処理なくあるがままの材料に使える熱物性値計測技術

 近年、エネルギーの有効利用がますます重要さを増しています。エネルギーの変換効率の改善や運転効率の向上には伝熱現象の正確な把握が必要です。また工業製品だけでなく人間も体温を保つ為に発熱し、体内で熱移動が起こり、周囲の環境と常に熱の授受を行っています。最近では人体と外部環境との熱の授受を解明し、温熱環境下における人体の快適性を定量的に評価する試みも行われています。あらゆる場面で生じる伝熱現象を正確に把握するには、対象物の熱的性質を定量的に知る事が必要です。当研究室では光熱変換法の1つである光音響法を利用し、非破壊で迅速、かつ簡便な熱的性質の計測技術の開発に取り組んでいます。

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藤元 章

「人類の危機への挑戦」をテーマにした課題解決型授業

[概要] 大阪工業大学の工学部では,PBL(ProblemあるいはProject-Based Learning)を基軸とした教育カリキュラムを実施しています。1年次では各学科の専門分野に関連した課題の実験・実習的なPBLを行い,2年次生には物理学,地球科学,生物科学の分野横断型PBLを提供しています。2015年度から2018年度まで「火星移住計画」を題材にして, 2019年度から2022年度まで「太陽系ツアー」を題材にして進めてきました。そして, 2023年度からは,惑星・宇宙の枠を飛び出して,「人類への危機への挑戦」をテーマにしたPBL型授業を進めています。

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