「ステアバイワイヤ」を実装、レゴマインドストームで学ぶモデルベース開発：「MATLAB/Simulink」を学生が体験（2/2 ページ）

「MATLAB/Simulink」を提供するMathWorks Japanが理工学系の学生を対象にワークショップを行った。学生たちはレゴマインドストームを使って、日産の「ステアバイワイヤ」の簡易版を再現。1日かけてモデルベース開発の基礎を学んだ。

[與座ひかる，MONOist]

日産のステアバイワイヤをレゴマインドストームで再現

　午後、本題となるNXTモーターを使っての制御器開発に入った。これは、ステアリングの動きを電気信号で前輪の車軸に伝達する「ステアバイワイヤ（Steer by Wire）」機構制御設計をイメージしたもので、NXTモーターと「レゴ マインドストーム NXT（以下、マインドストーム）」を使って実装していく。

ステアバイワイヤシステムの説明図（クリックで拡大）

目指すゴールはこちら。2つのNXTモーターを接続したマインドストームに制御設計プログラムを実装し、片方のモーターを手で回すと、もう一方のNXTモーターがその動きを追従するように設計を行う（クリックで拡大）

PID制御ってなんだ？

　コントローラー制御としてはPID制御の手法がレクチャーされた。PID制御のPIDは、偏差に対する「Proportional（比例）」「Integral（積分）」「Derivative（微分）」の各動作を意味している。学生たちはこの制御について講習を受けた後、2人1組でコントローラーの出力式の値を変えていき、実機に反映させながら実験と学習を進めていく。

PID（フィードバック）コントローラーの性質の解説スライド（左）とモデル化を行うようす（右）（クリックで拡大）

実験中のようす。中には回転でなくなぜかタイヤがガタガタとふるえ出すことも……。失敗も成功もメモにおさめ、各値を動かすとどう反映されるのか学んでいく

　「企業ではシミュレーション前に実機を使って学ぶ機会がほとんどない。せっかくなので試行錯誤しながらPID制御を学んでほしい」と講師の竹下氏は説明。PID制御を学んだ後は、Simulinkのシミュレーションツールの使い方を学び、実機への実装作業を進めていった。

シミュレーションの特性を知り上手に使う

　ワークショップの最後は、各パラメーターの数値をチーム別に発表した。その際、シミュレーション無しで行った実験と、シミュレーション有りで行った実験（MILS:Model In The Loop Simulation）の数値を比較。MILSで行う実験の方が、細かい値のチューニングに適していることが理解できた。

各グループの数値発表の一例

　最後に竹下氏は「Simulinkはあくまで数値演算を元にシミュレーションを行うもの。プラントモデルを正しく行わないと、予想外の結果がでることもある。自分の経験や知識ともしっかりすり合わせを行いつつ、特性を理解して上手に使ってもらえれば」と解説。参加した学生たちは「シミュレーションと実機の違いを肌で感じる事ができ良かった」「制御は大学の実験でしか触れたことがなかったが、今回のワークショップを通じて多くの知識を得られた」と、実際に触れながら学んだことで知識が血肉となったことと口々に感想を述べていた。

ワークショップ講師陣の皆さん。右から竹下氏、井上氏、宮崎氏と今回サポートにはいったMathWorksでインターン中の渡邉郁弥氏、田所祐一氏

　マスワークス人事部人事ジェネラリストの西脇陽子氏は、「MATLAB/Simulinkの知名度はあるが、マスワークスが提供していることはあまり学生に知られていない。これからも教育支援を行うと共に、マスワークス=MATLAB/Simulinkということも広めていければ」とコメントし、次回開催も予定しているとした。