理工学部Faculty of Science and Engineering
COT300XE（計算基盤 / Computing technologies 300）組込アプリケーションEmbedded application
門 有一
授業コードなどClass code etc
| 学部・研究科Faculty/Graduate school | 理工学部Faculty of Science and Engineering |
| 添付ファイル名Attached documents | |
| 年度Year | 2022 |
| 授業コードClass code | H6076 |
| 旧授業コードPrevious Class code | |
| 旧科目名Previous Class title | |
| 開講時期Term | 秋学期授業/Fall |
| 曜日・時限Day/Period | 金3/Fri.3 |
| 科目種別Class Type | |
| キャンパスCampus | 小金井 |
| 教室名称Classroom name | 各学部・研究科等の時間割等で確認 |
| 配当年次Grade | |
| 単位数Credit(s) | |
| 備考（履修条件等）Notes | |
| 他学部公開科目Open Program | |
| 他学部公開（履修条件等）Open Program (Notes) | |
| グローバル・オープン科目Global Open Program | |
| 成績優秀者の他学部科目履修制度対象Interdepartmental class taking system for Academic Achievers | |
| 成績優秀者の他学部科目履修（履修条件等）Interdepartmental class taking system for Academic Achievers (Notes) | |
| 実務経験のある教員による授業科目Class taught by instructors with practical experience | |
| SDGsCPSDGs CP | |
| アーバンデザインCPUrban Design CP | |
| ダイバーシティCPDiversity CP | |
| 未来教室CPLearning for the Future CP | |
| カーボンニュートラルCPCarbon Neutral CP | |
| 千代田コンソ単位互換提供（他大学向け）Chiyoda Campus Consortium | |
| カテゴリー＜理工学部＞Category |
応用情報工学科 学科専門科目 |
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Outline (in English)
（Course outline）
Taking embedded applications in the field of power electronics as an example, we will learn that it consists of a technical hierarchy from materials to systems such as material / device technology, power conversion circuit configuration technology, feedback control technology, cyber / physical fusion system technology, etc.. The field of power electronics dealing with energy is an extremely important field related to strengthening Japan's industrial power and building a sustainable living infrastructure in the future, from electric vehicles, robots and drones to DC microgrids that utilize renewable energy sources. You will also learn that it is important to design a Smart Connected Product that is connected to the network from a single product, has artificial intelligence implemented, and provides valuable services.
（Learning Objectives）
In order to understand the technology hierarchy of embedded systems, we will create embedded power electronics units that are indispensable for electric vehicles, robots, drones, etc. that operate by utilizing the infrastructure that realizes a sustainable society and the electric energy derived from natural renewable energy sources. Let's take an example to understand. Specifically, we will learn important knowledge, concepts, and control theories in each layer from the material / device layer that constitutes the embedded system to the circuit layer, module / device layer, and system layer, and integrate these technical layers. To acquire the basic skills necessary to design a Smart Connected Product that provides high-value services to society and users.
（Learning activities outside of classroom）
Lecture materials will be distributed in advance via the "learning support system". Read it before the lecture, and learn the basic knowledge of electric circuits, electromagnetism, etc. described in the materials in advance. Each time, the necessary physics is supplemented in the lecture.
（Grading Criteria /Policy）
In addition to the normal score (40%), grades will be evaluated based on the content of the submitted report (60%) by giving report assignments in the middle and end of the lecture.
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の概要と目的（何を学ぶか）Outline and objectives
パワーエレクトロニクス分野の組み込みアプリケーションを例にして、組み込み系システムが材料・デバイス技術、電力変換回路構成技術、フィードバック制御技術、サイバー・物理融合システム技術、等の材料からシステムに至る技術階層で成り立っている事を学びます。エネルギーを扱うパワーエレクトロニクス分野は電気自動車、ロボット、ドローンから再生可能エネルギー源を活用する直流マイクログリッドに至るまで、これからの日本の産業力強化や持続可能な生活基盤の構築に関わる極めて重要な分野である事を解説します。また、単品の製品からネットワークに接続され、人工知能が実装され、価値あるサービスを提供するスマートコネクテッド製品（Smart Connected Product）としての設計していく事が重要になる背景を理解します。
到達目標Goal
持続可能な社会インフラストラクチャーの実現と自然再生可能エネルギー源由来の電気エネルギーを活用して動く電気自動車、ロボット、ドローン等の実現に不可欠な組み込みパワーエレクトロニクス・ユニットを例にして、組み込み系の技術階層を理解します。具体的には、組み込み系を構成する材料・デバイス層から、回路層、モジュール・装置層、システム層に至る各階層における重要な知識、コンセプト、及び制御理論を学び、これらの技術階層を統合して、社会やユーザーに価値の高いサービスを提供するSmart Connected Productを設計するために必要な基礎力を習得します。
この授業を履修することで学部等のディプロマポリシーに示されたどの能力を習得することができるか（該当授業科目と学位授与方針に明示された学習成果との関連）Which item of the diploma policy will be obtained by taking this class?
ディプロマポリシーのうち、「DP1」と「DP2」と「DP4」に関連
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の進め方と方法Method(s)（学期の途中で変更になる場合には、別途提示します。 /If the Method(s) is changed, we will announce the details of any changes. ）
講義前半では、パワーエレクトロニクス分野の組み込みアプリケーションについて、技術階層に分けて解説する。最初に、材料・デバイス層では日本の産業界が強みとする材料と素子構造について、回路層では電力変換器の回路構成と動作原理について、モジュール・装置層では制御理論について、システム層ではサイバー・物理融合システムの構成について解説していく。その後、Smart Connected Productの概念について説明すると共に、機械学習機能を組み込み自律的な判断機能を備えた将来の製品形態や産業のデジタル化とサービス化への流れをレポート課題と相互討論を通して理解を進める。課題等の提出・フィードバックは「学習支援システム」を通じて行う。
アクティブラーニング（グループディスカッション、ディベート等）の実施Active learning in class (Group discussion, Debate.etc.)
なし / No
フィールドワーク（学外での実習等）の実施Fieldwork in class
なし / No
授業計画Schedule
授業形態/methods of teaching：対面/face to face
※各回の授業形態は予定です。教員の指示に従ってください。
第1回[対面/face to face]：パワーエレクトロニクス分野における組み込み系
パワーエレクトロニクス分野における組込みアプリケーションを概説
第2回[対面/face to face]：パワーエレクトロニクス分野における組み込系の基礎（１）
回路を構成するインダクタとキャパシタの電圧・電流特性、実効値
第3回[対面/face to face]：パワーエレクトロニクス分野における組み込系の基礎（２）
電力変換回路の基礎
第4回[対面/face to face]：パワーエレクトロニクス分野における組み込系の基礎（３）
電力変換回路を構成するデバイス構造と材料
第5回[対面/face to face]：組み込み型電力変換回路（１）
非絶縁型電力変換器（降圧チョッパ、昇圧チョッパ、昇降圧チョッパ）
第6回[対面/face to face]：組み込み型電力変換回路（２）
絶縁型電力変換器（Dual Active Bridge回路、動作原理、PWM制御方式）
第7回[対面/face to face]：組み込み型電力変換回路（３）
3ポート電力ルータ （回路、動作原理、PWM制御方式）
第8回[対面/face to face]：組み込み型電力ユニットの制御（１）
制御システム概論
第9回[対面/face to face]：組み込み型電力ユニットの制御（２）
制御システムの設計論
第10回[対面/face to face]：組み込み型電力ユニットの制御（３）
伝達関数（ラプラス変換）、関数の極とゼロ点（時間応答特性との関係を解説）
第11回[対面/face to face]：組み込み型電力ユニットの制御（４）
ボード線図（ゲイン余裕、位相余裕）を用いたフィードバック制御系の設計
第12回[対面/face to face]：組み込み型電力ユニットの制御（５）
電力変換器の小信号モデル（状態平均化法）
第13回[対面/face to face]：スマートコネクテッド製品（Smart Connected Product）
産業のデジタル化とサービス化に対応した製品の基本設計
第14回[対面/face to face]：機械学習機能の実装と提供サービスの革新
機械学習を実装による組み込みユニットの高機能化による提供サービスの高付加価値化に向けた指針を考察
授業時間外の学習（準備学習・復習・宿題等）Work to be done outside of class (preparation, etc.)
【本授業の準備・復習等の授業時間外学習は、4時間を標準とする】
講義資料は「学習支援システム」を介して、事前配布する。講義前に一読し、資料の中に記載されている電気回路、電磁気学などの基礎的な知識は事前に学習しておく。その都度、講義の中で必要な物理は補足する。
テキスト（教科書）Textbooks
教科書は使用せず、独自の講義資料を使用。講義の前に「学習支援システム」を介して事前配布する。
参考書References
組込みシステム開発のための改定エンベッデッド技術 電波新聞社。センシング技術については、センシング入門ーセンサの仕組みとその回路設計が基礎からわかる、オーム社。必要な参考書は、各授業で紹介する。
成績評価の方法と基準Grading criteria
平常点（４０％）、中間、期末に課題を与えレポート提出（６０％）により評価する。
学生の意見等からの気づきChanges following student comments
本年度授業担当者変更によりフィードバックできません。
その他の重要事項Others
オンラインでの開講となった場合、オンライン授業の方法や授業計画の変更、成績評価方法の変更などについては、「学習支援システム」でその都度提示する。担当教員から「学習支援システム」を通じた連絡がないか、日ごろからよく確認するようにしてください。