メカトロニクス １／１２ ・コンピュータのアナログデータの 扱いについて ・制御 メカトロニクス １／１２ 1 図１６ フラッシュ型ＡＤコンバータ メカトロニクス １／１２ 2 図１７ ２段型フラッシュ型ＡＤコンバータ メカトロニクス １／１２ 3 図１８ 逐次比較型ＡＤコンバータ メカトロニクス １／１２ 4 図１９ 逐次比較型ＡＤコンバータ メカトロニクス １／１２ 5 図２０ 積分型ＡＤコンバータ メカトロニクス １／１２ 6 図２１ 積分型ＡＤコンバータ メカトロニクス １／１２ 7 図２２ 積分型ＡＤコンバータ メカトロニクス １／１２ 8 図２３ ΔΣ型ＡＤコンバータ メカトロニクス １／１２ 9 図２４ ΔΣ型ＡＤコンバータ メカトロニクス １／１２ 10 PWM制御 Vm 制御 回路 メカトロニクス １／１２ Vc • モータの速度制御をする ため制御回路でモータに かかる電圧を変化させる。 • 流れる電流をiとすると i×Vc分の電力が熱とし て無駄に消費される。 11 コントロール部 メカトロニクス １／１２ • このような回路でコントロー ル部での損失がないのはコ ントロール部の抵抗が０か∞ の場合である。 • そこで早い周期でon/offを繰 り返し電圧を加える時間の 比率を変化させることでモー タの制御を行う方法がある。 • このような方法をPWM(Pulse Width Modulation)制御と呼 ぶ 12 下の図の回路で 出力の比率を変 えると右の図のよ うに波形が変化し、 モータの回転数や トルクの制御が行 える。 (a)デューティー比 １０％ (b)デューティー比 ５０％ (c)デューティー比 ９０％ PWM制御 メカトロニクス １／１２ PWM 制御波形 13 制御 メカトロニクス １／１２ 14 自動制御の起源 ワットの蒸気機関は動力 の革命として知られてい るが、初めて自動制御を 行った機械としても知ら れている。 メカトロニクス １／１２ 15 制御とは • 機械系の構成要素 – 物質 – エネルギー – 情報 • 物質やエネルギーを目的に合うように操作 することを「制御」と呼ぶ。 – 人間が制御の主体 – 機械が制御の主体 メカトロニクス １／１２ 手動制御 自動制御 16 制御系の構成 一般的な構成 メカトロニクス １／１２ このように機構 の状態をコント ローラに情報 として戻して目 標とのずれを 調べながら操 作する方法を フィードバック 制御と呼ぶ。 17 制御系の設計 • 以下の手順でメカトロニクス機器の制御系 を設計する。 – 目標設定 – 手順設定 – 指令を実行 計画 シーケンス制御 サーボ系（制御系） • 以上の手順で制御系が設計される。 メカトロニクス １／１２ 18 制御系の設計 • 制御方法 – 要求される仕様（specification 略してスペック と呼ばれることも多い)から制御の方法を決定 する。 • システム同定、モデリング – 制御を行うために制御対象がどのような特性 をもっているかを調べる必要がある。 メカトロニクス １／１２ 19 シーケンス制御 • 処理の手順に沿って機械が一連の作業を 順序良く進めていく制御 – 手順の設定 – 各ステップの終了の確認 – 次のステップの開始 を制御する技術である。 メカトロニクス １／１２ 20 制御系の設計 • 制御方法 – 要求される仕様から制御の方法を決定する。 • システム同定、モデリング – 制御を行うために制御対象がどのような特性 をもっているかを調べる必要がある。 メカトロニクス １／１２ 21 制御系の安定性の確認 • 設計された制御系を用いた場合に、フィー ドバックが適切でない場合に機器が振動し たり、ある方向へ行ききってしまうなど異常 な動作を起こすことがある。これは制御系 が不安定なために起こる現象で、制御系 にとって安定性の確認は必須の条件とな る。 メカトロニクス １／１２ 22
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