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制御工学その1

1 はじめに



1-1 フィードバック制御とフィードフォワード制御




1-1-1 フィードバック制御



手の上で棒を立たせる遊びを考える。
棒を立たせ続けるために、目で棒の傾きをみて、どのくらい手を動かせばいいか考え、手を動かす。つまり
センサーで棒の傾きを検知し、コントローラでどのくらい動かせばいいかを計算し、アクチュエータを動かすのである。
そして、また動いた結果をセンサーで検知し~という流れになる。
このように、出力された結果をオンラインで(直接)入力側に戻してさらに望ましい結果を得るというフィードバック制御を行っている。

1-1-2 フィードフォワード制御



フィードバック制御に対し、出力された結果を利用せずに行う制御をフィードフォワード制御という。
例えば、野球でバットにボールを当てるような制御が該当する。
事前情報のないものには対応できないが、事前情報があればフィードフォワードは上手くいく。
あたりまえだけど。
なのでフィードバックとフィードフォワードを組み合わせた2自由度制御がより高度な制御に役に立つ。


1-2 手動制御と自動制御





制御の一連の動作を人間が行うと手動制御である。
それに対し、機械に一連の制御をさせるのが自動制御である。

自動制御におけるフィードバック制御の構成要素には

(狭義の)制御対象 : 制御したい対象物
アクチュエータ : モータやエンジン
センサ : ロータリエンコーダ、ポテンショメータなど
コントローラ : 補償器、制御器、調整部

があり、それらのあいだの信号を

制御量 : 制御したい量:制御対象の量
操作量 : アクチュエータを駆動させる量
目標値 : 制御量の目標とする値
偏差 : 目標値と制御量の差
外乱 : 制御対象の状態を変化させる外部の要因。風とか。だいたい検知不能
ノイズ : センサで制御量を検知する際に加わる高周波の信号

という。

また、制御対象は広義の制御対象として、制御対象に加えて、アクチュエータやセンサを含めることも多い。


また、フィードバック要素のない自動制御でよく行われているのはシーケンス制御である。
これは洗濯機のように、予め決められた手順にしたがって動作する制御であり、工場とかでよく使われている。

1-3 その他の制御の分類



・目標値の種類による分類

(a) 定値制御
 目標値が一定の場合、定値制御といい様々な外乱が生じても目標値を一定に保つことが要求される。

(b) 追従制御
 目標値が任意に時間変化する場合、追従制御という。モータの回転角を時間的に変化する目標値に追従させる感じ

・制御量の種類による分類

(a) プロセス制御
 制御量が、温度・圧力・流量・液面など工業プロセスの状態量である場合、プロセス制御という。一般に、制御量の変化はゆっくりである。

(b) サーボ制御
 制御量が物体の位置や回転角であり、目標値に制御量を追従させるようなものをサーボ制御という。一般に制御量の変化は素早い。

まとめ

制御にはフィードバック制御とフィードフォワード制御がある。フィードフォワードとかすごい単純。
だけど、両方組み合わせると良いこと多い。

また、基本となる用語が出てきた。制御量とか。概念的には単純。
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