フィードバックループの基本

熱帯魚を水槽で飼育するとき、水温を25℃一定に保たなければなりません。これを自動的に行うには、サーモスタットの温度センサ(検出器)部分で水槽内の温度を測り、温度調節器に水槽内の温度を信号として送ります。サーモスタットの温度調節器では、設定した温度との差を検出し、25℃以下であればヒーターの電源を入れ、25℃を超えればヒーターの電源を切るといった命令を出し、ヒーターのON-OFFで水温を25℃に保ちます。この一連の流れをブロック図で書くと下図のようになり、フィードバックループといいます。

フィードバック制御

制御した出力の結果を入力側に戻し、目標値と比較して次の制御へ役立てようとする制御のことをフィードバック制御と言います。


SV : 設定値(目標値)Set Variable
PV : 測定値 Process Variable
MV : 操作量(出力) Manipulative Variable

フィードバック制御では、SVとPVの偏差e(Deviation)をゼロにするように、様々なアルゴリズム用いてMVを演算し、調節出力します。
尚、外気温度のように水槽の温度に直接影響を与えるものを“外乱”といいます。

フィードバック制御の欠点

フィードバック制御は、与えた操作量の結果を見てから修正しているため、制御を乱す外的要因(外乱)が突然発生しても、その影響が現れてからでなければ修正を行うことができません。

そこで考えられたのが、フィードフォワード制御です。フィードフォワード制御は、影響を及ぼす外乱が発生した場合、前もってその影響を極力なくすように必要な修正動作を行う制御方式です。

フィードフォワード制御

フィードフォワード制御は、外乱による影響が現れる前に、修正動作を行う制御方式ですので、「外乱を検知する手段」と「外乱検知時に操作量の決定」が必要です。外乱の影響がどういうメカニズムで制御を乱すかを解析し、適切な修正量の決定を行います。

フィードフォワード制御は、信号の流れが、「外乱の検知」→「操作量の決定」という一方向の制御方式です。そのため、フィードフォワード制御だけでは設定温度を保つことができないので、通常はフィードバック制御と併用します。

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