制御について

Question

今、私はスイッチング電源について理解を深めたいと思っており、
スイッチング回路はスイッチのオン・オフで出力電圧を制御している
ことまでは理解できました。
　そこで、より理解を深めるため、制御工学を勉強しているところ
なのですが、制御工学がどのようにスイッチング電源と関わって
いるのか具体的な制御工学の式を用いて教えていただけませんか。
以上、よろしくお願いします。

Ohgimachi · Accepted Answer

電源は制御工学の分野では
プロセス制御
に相当します。

プロセス制御というと
化学プラントや発電所
などを想像すると思いますが、

プロセス制御の目的は
「設定値追従」と「外乱抑制」
です。

電源においては
１. 設定値追従
設定した電圧にオーバーシュートやハンチングせずにスムーズに出力を追随させる。
２.外乱抑制
負荷や入力電圧の変動に対して一定の電圧を維持する。
ということです。

プロセス制御においては
フィードバック制御
というのがメインになります。

実際のところ
電気ヒーターやサーボモーターなどの制御は
フィードバックする物理量が温度や回転数ということであり
制御装置の回路は、
スイッチング電源と同じ
という装置が大半です。
出力電圧そのものを制御対象にしたものが電源ということです。

tac351115 · Answer

No2,No3の回答者です。

これより簡単な説明はありません。

http://www.miyazaki-gijutsu.com/series4/densi0622.html

これで難しいようなら、基礎のお勉強が必要です。

tadys · Answer

スイッチング電源は離散系の数学として取り扱う必要が有り、通常のアナログ回路の様な連続系に比べて取り扱いが難しいものになっています。
式を立てて計算するのはとても大変です。
ICメーカーでシミュレータを配布しているので、ダウンロードして使用するのが良いでしょう。
例えば、 http://www.linear-tech.co.jp/product/LT3431
もっとも、制御回路の基礎が分かっていないと使いこなせません。
まずは、普通のアナログ回路から勉強してください。
「制御工学」で検索すると色々なサイトがヒットしますので、理解できそうなところを選んで勉強すると良いでしょう。

tac351115 · Answer

きみには難しいかな？

http://ednjapan.cancom-j.com/content/issue/2005/11/content02.html

tac351115 · Answer

スイッチング電源では電圧をPWM制御しています。PWM制御の波形を細かく見ればスイッチング波形つまりON-OFF波形です。しかし、もっと長い時間のレンジで見ると電流はアナログ的に流れています。

このPWM制御の上位の制御には、PIDなど一般的な制御手法が使われています。上位というのは、外側の制御ループという意味です。一般的には、外側のループの方が長い制御周期になっています。

これより先の話は、ちょっと専門的な文献しかないかもしれません。
例えば、

http://ci.nii.ac.jp/naid/110008145016

Gletscher · Answer

スイッチング電源の勉強に制御工学とは・・・聞いたことがないです。
私は、スイッチング電源の前身であり基本である、アナログ安定化電源について学んでからスイッチング電源を勉強するのが良いと思います。
そのためには直流増幅と交流増幅ですね。
直流増幅と交流増幅は理解されていますか？

直流増幅の応用が直流安定化電源であり、スイッチング電源は、さらにその応用です。
トランジスタを直流増幅で使うのではなく、スイッチングさせて電力ロスを少なくし、トランジスタと放熱フィンと電源トランスの小型化を計ったものですね。
反面、ノイズが多いとか、高調波が出るとか、リップルが多いといった欠点もあるので、それを克服するために回路が複雑になりますね。

制御について

電源は制御工学の分野では

No2,No3の回答者です。

スイッチング電源は離散系の数学として取り扱う必要が有り、通常のアナログ回路の様な連続系に比べて取り扱いが難しいものになっています。

きみには難しいかな？

スイッチング電源では電圧をPWM制御しています。

スイッチング電源の勉強に制御工学とは・・・聞いたことがないです。

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