フィードバック制御

フィードバック制御は、現代の自動化システムで広く使われている。 フィードバック制御システムは、5つの基本的な構成要素からなる。 (1)入力、(2)制御されるプロセス、(3)出力、(4)検出素子、(5)制御装置と作動装置である。 この5つの構成要素を図1に示す。 このようなシステムを表現するために、閉ループフィードバック制御という言葉がよく使われる。

フィードバック制御システム

図1:フィードバック制御システムの構成要素とその関係性。

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システムへの入力は、システム出力に対する基準値、または設定点です。 これは、出力の望ましい動作値を表しています。 先ほどの暖房システムの例で言うと、入力は部屋の希望する温度設定です。 制御されるプロセスはヒーター(例:炉)である。 他のフィードバックシステムでは、製造工程、スペースシャトルのロケットエンジン、クルーズコントロール中の自動車エンジンなど、電力が供給されるさまざまな工程が対象となる。 出力は、測定され入力と比較されるプロセスの変数で、上記の例では室温である。

感知素子は、出力変数の値を監視するためにフィードバックループで使用される測定装置である。 暖房システムの例では、この機能は通常バイメタル・ストリップを使用して達成される。 このデバイスは、2つの金属片を長さ方向につなげたものである。 2つの金属はそれぞれ異なる熱膨張係数を持つため、温度を上げると、温度変化に比例して金属片がたわむ。 そのため、バイメタルストリップは温度を測定することができる。

自動化のためのフィードバック制御システムに使用されるセンサには多くの種類がある。フィードバックシステムにおけるコントローラや作動装置の目的は、測定された出力値を基準入力値と比較し、その差を縮小することである。 一般に、システムのコントローラとアクチュエータは、出力変数に影響を与えるためにプロセスの変化を達成する機構である。 これらの機構は通常、システム専用に設計され、モーター、バルブ、ソレノイドスイッチ、ピストンシリンダー、ギア、パワースクリュー、プーリーシステム、チェーンドライブ、その他の機械・電気部品などの装置で構成されている。 サーモスタットのバイメタルストリップに接続されたスイッチは、暖房システムのコントローラーであり作動装置である。 出力(室温)が設定温度以下のとき、スイッチはヒーターをオンにします。 設定温度を超えると、暖房がオフになります

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