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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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