大学で以下のようなレポート課題が出されてのですが、アクチュエータというのがさっぱりよく分かっていません。また、フィードバック系制御とうのもなんとなくわかりません。どなたか教えてください。それか、参考になる理系学生でなくてもわかりやすい本があったら紹介してください。

「人間が介在しないフィードバック制御系の例をセンサー、アクチュエータを具体的に示して、3つあげて説明しなさい。」

よろしくお願いします。

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A 回答 (6件)

 おお!以前から気になっていたんですがseilorさんはエンジン屋さんですか。

ワタシは操安・乗心地研究がメインのナンデモ屋です。
 などとゆぅのは余談ですが、とゆぅワケで、サスペンションの自動制御を御参考までに。

★アクティブサスペンション

 自動車、に限らず電車でも戦車でも、陸上を走る乗物で究極のサスペンションと言ったらアクティブサスです。
 本来これは走行条件や操舵条件などを考慮したさまざまな自動制御が組み合わさっていますが、そのうちの姿勢制御の一部に関してご説明致しましょう。
 姿勢制御とは、クルマがどのような状態でも常にバネ上(車体)を水平に保つ制御です。
 まずセンサは各輪の車高センサです。これはバネ下(タイヤ)とバネ上の距離を測っているモノで、単なる直動ポテンショ(長さによって電気抵抗が変わる、ボリュームポットみたいなモノ)でOKです。
 そしてアクチュエータは、各輪のバネに相当する部分に取りつけます。自動車の場合は油圧で動くモノが多いので、その構造は注射器に似ています。油を入れると伸び、抜くと縮みます。

 さてこのクルマが走り出したとしましょう。まず加速では、普通のサスペンションでは車体後部が沈み車体前部が持ちあがりますね。この時車高センサが後輪で縮み方向の、前輪で伸び方向の信号を出します(これがフィードバック)。すると後のアクチュエータをツッパらせる為に油を送りこみ、一方前輪は縮める為に油を抜きます。この油の出し入れは、運転手の意思などお構いナシに車高センサが水平の信号を出すまで続けられ(クローズドループ制御)、水平信号が出たら油の出し入れを止めます。これで姿勢を水平に保ちます。
 カーブを曲がる場合も同様です。カーブでは外側に車体が傾くので、カーブ外側のサスペンションが縮み内側のサスペンションが伸びます。ここでも油を出し入れして、車高を水平に保ちます。
 そして、制動する時は加速の時と逆に油を出し入れすればOKです。

 勿論このままではヤミクモにツッパったサスペンションになってしまい乗心地もナニもあったモノではありません。
 実際の製品ではロードセルとゆぅセンサで各輪荷重や加速度計で加減速や旋回の状態を取ったり、ハンドル操舵角を測って予測制御をカマせたり、或いは特定周波数以上の動き(路面のデコボコなど)は制御しないなどの条件付けをしたりします。
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アクチュエーターとは油圧・空気圧・電力などのエネルギーを往復運動、回転運動などの運動に変換するものを総称してさします。

例えば建設機械などに使用される油圧シリンダーや工場などの生産ラインで多用されている空圧シリンダーやエアモーターなどもアクチュエーターです。もっと広義に解釈するのであれば、いまや家中にあふれ返っているモーターもアクチュエーターと言えるでしょう。

フィードバック制御をごく簡単に言えば、ある目標値を設定し、アクチュエーターに動力を加え、目標値と現在の状況を比較し、目標値と異なれば補正すると言う動作を繰り返すことにより、当初の目標値を達成するように構成された制御方法で非常に多く利用されています。

実例としてエンジンの回転数制御(専門がそちらの分野なので)を(ただしごく簡単に)あげます。

1) 電子制御式自動車用エンジンのアイドル回転数制御
エンジンを始動するとイニシャルとして指定された位置までスロットル(アクセルペダルと連動しない別の系統)が開きます。エンジン温度により決められたアイドル回転数と現在のエンジンの回転数を比較し、定められた値より高ければスロットルを閉じる方向に、低ければ開く方向に規定値だけ変更します。エンジン温度を計測し規定回転数を求めます。規定回転数と現在の回転数を比較し、必要なら再度補正します。この繰り返しでエンジン温度に見合う最適な回転数で安定した運転を実現しています。ここでの使用されるセンサーは温度センサー及び回転センサー、アクチュエーターとしてはスロットルバルブと言うことになります。ただし実際の制御では、外部からの負荷の有無や、排気ガス中の酸素濃度などによる多数の情報で規定値を算出しています。
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actuatorは電動、油圧、空気圧に限らず、なんでもアリですけど、受動的なもの(バネとか)は含みません。



sensorは分かりますね。

そういう講義をとっているンなら、制御工学の本一冊ぐらい、持っていても良いのでは。本屋に行って易しそうなのを選ぶのもよし、先生に相談して推薦して貰うのも良し。最初の50ページまでにたっぷり例が載ってます。
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アクチュエータ【actuator】はデイリー新語辞典(goo)によると、


油圧や電動モーターによって,エネルギーを並進または回転運動に変換する駆動装置。
とあります。
別にモータに限らず、シリンダなど動きの発生源をアクチュエータと呼びます。

具体例はいろいろ考えられますねぇ。せっかくの課題ですから答えでなくてヒントを。
アクチュエータは使われてないのですが、電気ポットの温度制御なんかは人間が介在しない制御系です。設定した温度よりも下がれば、お湯を沸かして、設定温度以上になれば沸かすのをやめます。温度を測定し、それをフィードバックして、制御しています。このヒーターをアクチュエータに代えて、何か考えれば装置を考えればいいのです。
モータならばいろんなことができますね。タイヤを回したり、任意の角度で止めてみたり・・・。

がんばって。(^_^)/~
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私の趣味の電気関係では、「アクチュエーター」というのは、一般に、動きを感知するスイッチ、あるいは、そのスイッチまで動きを伝える仕掛けをいいます。


一例を上げると、スイッチになが~い棒が付いていて、その棒に触れて、棒が少しでも押されるとスイッチが入るとか切れるというようなのが多いです。

以上、私の知っている範囲で・・・
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オススメの本は以下の通り。


わかりやすいです。恩師の本です(^^;

制御工学入門 
黒須 茂 著    
パワー社
1985年 01月 出版
単行本
ISBN:4827712379
\2800
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QNをkgに換算するには?

ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?一応断面積は40mm^2です。
1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?
ただ、式の意味がイマイチ理解できないので解説付きでご回答頂けると幸いです。
どなたか、わかる方よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kgfです。

重力は万有引力の一種ですから、おもりにも試験片にも、地球からの重力はかかります。
しかし、試験片の片方が固定されているため、見かけ、無重力で、試験片だけに40kgfの力だけがかかっているのと同じ状況になります。

試験片にかかる引っ張り力は、

40kgf = 40kg×重力加速度
 = 40kg×9.8m/s^2
 = だいたい400N

あるいは、
102グラム(0.102kg)の物体にかかる重力が1Nなので、
40kg ÷ 0.102kg/N = だいたい400N


>>>1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?

いえ。
1kgf = 9.8N
ですね。


>>>一応断面積は40mm^2です。

力だけでなく、引っ張り応力を求めたいのでしょうか。
そうであれば、400Nを断面積で割るだけです。
400N/40mm^2 = 10N/mm^2 = 10^7 N/m^2
1N/m^2 の応力、圧力を1Pa(パスカル)と言いますから、
10^7 Pa (1千万パスカル) ですね。

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kg...続きを読む

Qタンジェントとアークタンジェントの違い

タンジェントとアークタンジェント、サインとアークサイン、コサインとアークコサインの違いをすごく簡単に教えてください。

Aベストアンサー

タンジェントやサイン、コサインは、角度に対する関数です。
例えば
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のような感じで、角度を入力すると、値が出てきます。

逆に、アークタンジェントなどは、数値に対する関数です。
 arctan√3=60°
などのように、数値を入力すると角度が出てきます。

そして、タンジェントとアークタンジェントの関係は、
springsideさんも書いてありますが、逆関数という関係です。
逆関数というのは、原因と結果が逆になるような関数です。
例えば、
  45°→タンジェント→1
  1  →アークタンジェント→45°
のように、「1」と「45°」が逆の位置にありますよね?
こういう関係を、「逆関数」というんです。

どうでしょう、わかりましたか?

Qエクセルで計算すると2.43E-19などと表示される。Eとは何ですか?

よろしくお願いします。
エクセルの回帰分析をすると有意水準で2.43E-19などと表示されますが
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また、回帰分析の数字の意味が良く分からないのですが、
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どうすれば回帰分析が分かるようになるのでしょうか?
本を読んだのですがいまいち難しくて分かりません。
教えてください。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

★回答
・最初に『回帰分析』をここで説明するのは少し大変なので『E』のみ説明します。
・回答者 No.1 ~ No.3 さんと同じく『指数表記』の『Exponent』ですよ。
・『指数』って分かりますか?
・10→1.0E+1(1.0×10の1乗)→×10倍
・100→1.0E+2(1.0×10の2乗)→×100倍
・1000→1.0E+3(1.0×10の3乗)→×1000倍
・0.1→1.0E-1(1.0×1/10の1乗)→×1/10倍→÷10
・0.01→1.0E-2(1.0×1/10の2乗)→×1/100倍→÷100
・0.001→1.0E-3(1.0×1/10の3乗)→×1/1000倍→÷1000
・になります。ようするに 10 を n 乗すると元の数字になるための指数表記のことですよ。
・よって、『2.43E-19』とは?
 2.43×1/(10の19乗)で、
 2.43×1/10000000000000000000となり、
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 0.000000000000000000243という数値を意味します。

補足:
・E+数値は 10、100、1000 という大きい数を表します。
・E-数値は 0.1、0.01、0.001 という小さい数を表します。
・数学では『2.43×10』の次に、小さい数字で上に『19』と表示します。→http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%8C%87%E6%95%B0%E8%A1%A8%E8%A8%98
・最後に『回帰分析』とは何?下の『参考URL』をどうぞ。→『数学』カテゴリで質問してみては?

参考URL:http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%9B%9E%E5%B8%B0%E5%88%86%E6%9E%90

★回答
・最初に『回帰分析』をここで説明するのは少し大変なので『E』のみ説明します。
・回答者 No.1 ~ No.3 さんと同じく『指数表記』の『Exponent』ですよ。
・『指数』って分かりますか?
・10→1.0E+1(1.0×10の1乗)→×10倍
・100→1.0E+2(1.0×10の2乗)→×100倍
・1000→1.0E+3(1.0×10の3乗)→×1000倍
・0.1→1.0E-1(1.0×1/10の1乗)→×1/10倍→÷10
・0.01→1.0E-2(1.0×1/10の2乗)→×1/100倍→÷100
・0.001→1.0E-3(1.0×1/10の3乗)→×1/1000倍→÷1000
・になります。ようするに 10 を n 乗すると元の数字になるた...続きを読む

Q単相モーターと三相モーターの違い。その利点と欠点。を教えてください。

位相の数が違う。といってもその「位相」って言葉から複雑怪奇。バカにでも理解できるようにわかりやすい言葉で教えてください。
単相と三相の利点と欠点。使い分け方。マメ知識なんぞ教えてください。
恥ずかしくて誰にも聞けないんです。

Aベストアンサー

一番大きな違いは、簡単な構造で、起動できるか(自分で回転を始められるか)どうかだと思います。一番簡単な構造である 誘導電動機で三相の場合はスイッチを入れるだけで回転を始めますが、単層の場合は、唸っているだけで回転を始められません。単相電動機でも何らかの方法で回転させれば、(例えば手で回しても良い、回転方向は、回してやった方向で決まる。)回転を続けます。この方法には、コンデンサー起動、反発起動等がありますが 1/2HPぐらいまでの小さなものに限られます。町工場など住宅地では、三相交流の供給が受けられませんので苦労したこともありました。


hp

Qポテンショメータとは?

題名のとおりポテンショメータとは何かを教えてください。
インターネットで調べてはいるのですが、可変抵抗器といわれてもいまいちイメージがつかず困っております。
あまり回路やコンピュータに詳しくないもので、ポテンショメータが何ものであるのかよくわかりません。
私のような知識のないものでもわかるように、どなたかご教授お願いいただけませんか??

Aベストアンサー

詳しく解説しています。
要は可変抵抗器で、可変度合いを電圧で検出し、可変位置を知る機械です。
例えば遠隔で操作し、アンテナの方向を変えた場合に、アンテナがどちらの方向を向いているか、ポテンシャルメーターがあれば読めます。

http://www.cqpub.co.jp/toragi/TRBN/contents/2005/tr0511/0511denshi8.pdf#search='%E3%83%9D%E3%83%86%E3%83%B3%E3%82%B7%E3%83%A7%E3%83%A1%E3%83%BC%E3%82%BF%E3%81%A8%E3%81%AF'

Q熱交換の基礎式を教えてください。

熱交換器における基礎式を教えてください。
蒸気と水での熱交換を行う際に、入口温度と出口温度の関係、
それに流速等も計算のデータとして必要なんだと思うんですが、
どういう計算で熱量、流速を決めればいいのか熱力学の知識がないので
分かりません。
いろんな書籍を買って勉強していますが、難しくて分かりません。
それに独学ですので、聞ける人がいなくて困っています。
どなたか、簡単に熱交換の基礎式などを教えてください。

Aベストアンサー

 伝熱の計算は非常に難しいのですが、「難しい」と言っているだけでは先に進みませんので、そのさわりを。
 基本式は、Q=UAΔtです。
 Q:交換される熱量
 A:伝熱面積
Δt:伝熱面内外の温度差
  (冷却水入出の差ではない)

 ここで曲者は、U(総括伝熱係数とか熱貫流係数とか呼ばれるもの)です。
 Uの内部構造は、1/U=1/h1+1/hs1+L/kav.+1/hs2+1/h2と表現され、hを見積もる事が大変難しいのです。
 h:伝熱面の境膜伝熱係数、内外2種類有る。
 hs:伝熱面の汚れ係数、内外2種類有る。
 L:伝熱面厚み
 kav:伝熱面の熱伝導率の異種温度の平均、熱伝面内外で温度が異なり、温度によって変化する熱伝導率を平均して用いる。
 hは、流体の種類や流れる速さ(主な指標はレイノルズ数)によって変化します。
 hsは、どの程度見積もるか、、、設備が新品ならZeroとしても良いのですが、使い込むとだんだん増加します。
 更には、Aも円管で厚みが有る場合は、内外を平均したり、Δtも入り口と出口の各温度差を対数平均するとか、色々工夫すべきところがあります。

>冷却管はステンレス製(SUS304)です。
 →熱伝導度の値が必要です。
>冷却管の中の水の温度は入口が32℃で出口が37℃です。>流量は200t/Hr程度流れております。
 →冷却水が受け取る熱量は、200t/Hr×水の比熱×(37-32)になります。この熱量が被冷却流体から奪われる熱量です。=Q
>冷却管の外径はφ34で長さが4mのものが60本
>冷却管の外径での総面積は25.6m2あります。
 →冷却管の壁厚みの数値が計算に必要です。
 伝熱面積も外側と内側を平均するか、小さい値の内側の面積を用いるべきです。

 まあしかし、現場的な検討としては#1の方もおっしゃっているように、各種条件で運転した時のU値を算出しておけば、能力を推し測る事が出来ると思います。
 更には、熱交換機を設備改造せずに能力余裕を持たせるには、冷却水の温度を下げるか、流量を増やすか、くらいしか無いのではないでしょうか。

 伝熱の計算は非常に難しいのですが、「難しい」と言っているだけでは先に進みませんので、そのさわりを。
 基本式は、Q=UAΔtです。
 Q:交換される熱量
 A:伝熱面積
Δt:伝熱面内外の温度差
  (冷却水入出の差ではない)

 ここで曲者は、U(総括伝熱係数とか熱貫流係数とか呼ばれるもの)です。
 Uの内部構造は、1/U=1/h1+1/hs1+L/kav.+1/hs2+1/h2と表現され、hを見積もる事が大変難しいのです。
 h:伝熱面の境膜伝熱係数、内外2種類有る。
 hs:伝熱面の汚れ係数、内外2...続きを読む

QVA提案とVE提案の違いを教えて下さい。

こんにちわ。
VA提案とVE提案の意味の違いを教えて下さい。
宜しく、お願い致します。

Aベストアンサー

用語的には。
VA:Value Analysisの頭文字(価値分析)
VE:Value Engineeringの頭文字(価値工学)

VAは、おおざっぱに言って、既存の製品に対して改善を行う手法。
製品やその部品に対して、必要とされる機能や品質を考えて現状を分析し、コスト低下につながる代替案を提案する。
この部品は何のために使うのか →他に代替えになる物はないか →あるいは現状の品質がほんとに必要かなど。

VEは、開発設計段階から行う手法。
設計を行う場合に、機能や品質を満足するするに必要なレベルを考慮する。
(適正な材料の選択、適正公差、最適工法の選択、仕上げ方法の見直しなど)
不必要に過剰品質にならない、設計が複雑では製造段階での努力には限界がある、それらを含めて設計段階への提案。

現在では、VEの方が重視されている、もちろん既存製品に対するVA提案を受けて、次製品へのVE活動につなげていきます。

個人サイトですが「VEをもっと知ろう」
http://www.geocities.jp/taka1yokota/mypage4-ve1.htm
(VEの考え方がおおよそ分かると思います)

社団法人日本VE協会「VE基本テキスト」
http://www.sjve.org/102_VE/images/302_basic.pdf
(PDFファイルです)

こんな感じです。

用語的には。
VA:Value Analysisの頭文字(価値分析)
VE:Value Engineeringの頭文字(価値工学)

VAは、おおざっぱに言って、既存の製品に対して改善を行う手法。
製品やその部品に対して、必要とされる機能や品質を考えて現状を分析し、コスト低下につながる代替案を提案する。
この部品は何のために使うのか →他に代替えになる物はないか →あるいは現状の品質がほんとに必要かなど。

VEは、開発設計段階から行う手法。
設計を行う場合に、機能や品質を満足するするに必要なレベルを考慮する。
...続きを読む

Q単相と3相の違い

単相交流と3相交流の違いが知りたいです。
あと3層交流をモーターにつないだとき青と赤を
入れ替えると逆回転しますがどのような理屈になるのでしょうか?
白はは真ん中と決まっているのでしょうか?

Aベストアンサー

一般の家庭などに供給されているのは“単相交流”です。
工場などで、“動力”などと呼ばれているのが“三相交流”です。
単相は電線が2本で、三相は電線が3本、または4本です。

単相電力では、プラス・マイナスの電流の方向が交互に変化します。つまり“上下運動”のように電圧が正負にめまぐるしく切り替わっています。
ですから、このままではモーターは回りません。そこで少し右に回るように手を加えてやると、右にどんどん回りだします。
左に回るように力を与えれば、これまた左にどんどん回りだします。
つまり、単相では、どちらかの方向に“起動トルク”を与えれば、回転方向が決まります。

三相は、それぞれ120度の位相差を持った“単相”を三つ重ねたものです。
この特徴は“回転磁界”を伴う事です。最初から回転する特性を持っていますので、起動トルクを加える必要がありません。
3本の電線なら、その2本を入れ替える事で、“位相差”が逆になります。
そうなると、“回転磁界”も反転する事になります。

以上の説明は、図に描かないと非常に理解し難いものなのです。
できれば書店で電気の“交流理論”に関する参考書をお求めください。
それを学ばれてから、今一度理解できないところをお尋ねいただいた方が良いと思います。

一般の家庭などに供給されているのは“単相交流”です。
工場などで、“動力”などと呼ばれているのが“三相交流”です。
単相は電線が2本で、三相は電線が3本、または4本です。

単相電力では、プラス・マイナスの電流の方向が交互に変化します。つまり“上下運動”のように電圧が正負にめまぐるしく切り替わっています。
ですから、このままではモーターは回りません。そこで少し右に回るように手を加えてやると、右にどんどん回りだします。
左に回るように力を与えれば、これまた左にどんどん回りだします。
...続きを読む

Q可変抵抗器には何故足が3本あるのでしょうか?

基本的な部分で理解できません。

Aベストアンサー

http://www.ops.dti.ne.jp/~ishijima/sei/letselec/letselec7.htm

両端の抵抗値は変わりません。両端と中心の端子の間の抵抗値が変わるようです。


+----+----+
4Ω 4Ω
両端は8Ω 中心と両端は4Ω4Ω

可変抵抗をまわして左にする
++--------+
0Ω 8Ω
両端は8Ω 中心と両端は0Ω8Ω

可変抵抗をまわして右にする
+--------++
8Ω 0Ω
両端は8Ω 中心と両端は8Ω0Ω

Q部品のカラーって?? 機械部品とか配管の部品でカラーってありますよね?

部品のカラーって?? 機械部品とか配管の部品でカラーってありますよね??あれの役割ってなんですか?

Aベストアンサー

機械設計では、1番のそういうことではありません。
またの名をスペーサー。 円筒形のまたは座金的なものですね。

その目的は・・・・・

1.同じ材料で作ると形状が複雑になって、あるいは、材質的に高価になるのを防ぐ。
2.軸にはめ合わす時の締め加減の都合上、形を分離して作った方が組立て分解上便利である時。
3.部品と部品の間に挿入して全く位置的な間隔を保持したいがためのもの。
4.その他要所に傷の付くのを嫌って、保護用に入れてあるのもあるかもしれません。
5.配管関係は詳しくありませんが、ホース継ぎ手とか機密性確保のために、
  使用されているのではないでしょうか。


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