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1
第 1 章 :序論
1.1 制御とは
1.2 制御系の標準的構成と制御目的
学習目標 :
キーワード :
キーワード :
1.3 フィードバック制御の利点と課題
キーワード :
制御(コントロール),システム
フィードフォワード,フィードバック
フィードバック制御の利点
「制御」を理解する.また.フィードバック制御
の利点を理解する.
フィードバック制御入門 第1章 (C) Fujita Laboratory
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2
制御 コントロール(control)
制し御すること.相手方をおさえて
自分の意思のままに動かしてゆくこと
制御:
対象とする物(またはシステム)を
自分の思うように操る
1.1 制御とは
(広辞苑 )
contra (= against) rotulus (= roll)+Control:
フィードバック制御入門 第1章 (C) Fujita Laboratory
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3
スペースシャトル
フィードバック制御入門 第1章 (C) Fujita Laboratory
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4ALFLEX
オートパイロット
(小形自動着陸実験機)フィードバック制御入門 第1章 (C) Fujita Laboratory
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5
ロボット
ASIMO(HONDA)
SDR-3X(SONY)
PINO(科学技術振興事業団)HOAP-1(富士通研究所)フィードバック制御入門 第1章 (C) Fujita Laboratory
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6
制御がなかったら...
フィードバック制御入門 第1章 (C) Fujita Laboratory
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7
制御がなかったら...
フィードバック制御入門 第1章 (C) Fujita Laboratory
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8
比較 エアコン設定温度 熱量 室温
部屋の自動温度調節
部屋
センサ
図 1.1 部屋の自動温度調節
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9
オートパイロット
比較 コントローラ
目標の進行方向
操舵角 進行方向
船舶
センサ
フィードバック制御入門 第1章 (C) Fujita Laboratory
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10
自動車の自動追尾
フィードバック制御入門 第1章 (C) Fujita Laboratory
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11ハッブル宇宙望遠鏡
天体望遠鏡
フィードバック制御入門 第1章 (C) Fujita Laboratory
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12
ハードディスクドライブ
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13
種々の対象システムから,制御に関連する特性を数学的
モデルという形で抽出し,このモデルに基づいてシステム
の挙動を解析し,制御系の設計理論を組み立てる.
図 1.5 個々のシステムと制御目的
対象システムn
数学的モデル
システム解析制御系設計
制御工学
対象システム 2
対象システム 1
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14
1.2 制御系の標準的構成と制御目的
システムの表し方 ブロック線図
外乱
出力
制御対象
入力
図 1.6 制御対象のブロック線図表現
(制御量)
(外乱)例 外気温
日照など
室温機からの熱
(操作量)部屋
温度
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15
フィードバック
コントローラ(制御器):目標値と制御量の比較
偏差というオンライン情報
に基づき処理
図 1.7 フィードバック制御系
外乱
センサ
制御器
目標値 制御量
制御対象
操作量
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16
フィードフォワード
図 1.8 フィードフォワード制御系
外乱
制御量
制御対象
操作量目標値
制御器
対象の特性が分かって
いれば,逆算
コントローラ(制御器):
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17
フィードバック制御の利点
•制御対象の安定化
•目標値追従
•外乱の影響の抑制
•特性変動による影響の抑制
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18
1.3 フィードバック制御の利点と課題
[例 ]水中ビークル
•モータに加える電流 [A] に
比例した速度 [m/s]
u
y
( 電流 [A] に対して,速度 [m/s] が出るとする )1 2
•進行方向と反対向きに [m/s]の速度の水流w
wuy 2
w
2u y
•目標速度 [m/s]r
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19
wuy 2
Kru フィードフォワード(FF)
Kr
目標速度: [m/s]r
フィードフォワード
w
2u
y
に を代入y u wrwr
y 2
2
0w ry のとき,
2
1K :2 の逆数
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20
フィードバック
2y )( yrK w
wKryK 2)21(
wK
rK
Ky
21
1
21
2
0w rK
Ky
21
2
のとき
100K とすると wry201
1
201
200
wuy 2
)( yrKu
フィードバック( FB )
ry K 大
w
2u
y
Kr
フィードバック制御入門 第1章 (C) Fujita Laboratory
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21
[ 外乱 ]
目標値: 外乱:5r 2w
フィードフォワード フィードバック
目標値から 40 % のずれ
目標値からの誤差が 1 % 以内
]m/s[ ]m/s[
Kr
w
2u
y
w
2u
y
Kr
wry
25
]m/s[3
2
1K のとき
wry201
1
201
200
2201
15
201
200
965.4
97.4 ]m/s[
100K のとき
フィードバック制御入門 第1章 (C) Fujita Laboratory
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22
[ 特性変動 ]
フィードフォワード フィードバック
目標値から 30 % のずれ
特性が 30 % 劣化: ,5r 0w
( 電流 1 [A] に対して,速度 1.4 [m/s]に劣化 )
)(4.14.1 yrKuy
ry 140141
9645.4
100K のとき
141
5140
141
140 ry
96.4 ]m/s[
目標値からの誤差が 1 % 以内
Kr
0w
2u
y
0w
2u
y
Kr
rr
y 7.02
4.1
5.3 ]m/s[
2
1K のとき
4.14.1
フィードバック制御入門 第1章 (C) Fujita Laboratory
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フィードバック制御の利点
•制御対象の安定化
•目標値追従
•外乱の影響の抑制
•特性変動による影響の抑制
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第 1 章 :序論
1.1 制御とは
1.2 制御系の標準的構成と制御目的
学習目標 :
キーワード :
キーワード :
1.3 フィードバック制御の利点と課題
キーワード :
制御(コントロール),システム
フィードフォワード,フィードバック
フィードバック制御の利点
「制御」を理解する.また.フィードバック制御
の利点を理解する.
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