フィードバック制御

制御工学と言う学問があります。制御工学は第一次産業革命の時代に、蒸気機関の回転数を一定に保ちたいと言う要求から始まったとされています。フィードバック制御は制御工学では頻繁に登場する制御方式で、制御工学で扱われる問題のほとんどがフィードバック制御を前提としてるのではないかと思うぐらい、制御工学の中でフィードバック制御が占める割合は大きいです。（フィードフォワード制御と言うものもあります。）

産業革命時代、蒸気機関の回転数を一定に保つ事は簡単ではありませんでした。当然の事ですが、蒸気機関に何かの仕事をさせるとき、その仕事の負荷によっては回転速度が落ちてしまいます。負荷が大きくなった時、回転数が落ちた事を検知して自動的に蒸気機関の出力を上げ、回転数を元に戻す。このような操作を行う事をフィードバック制御と言います。

制御の対象になるのは機械の回転数だけではありません。回転角度や部屋の温度、貯水槽の水位など、何らかのセンサーで計測可能な物理量であれば何でも制御工学の対象になり得ます。

制御の対象として一定の値に保ちたい物理量の事を制御量と言います。回転速度、回転角度、温度、水位など、制御システムを使って目標とする一定の値に保ちたいと考えている物理的な量の事です。

ここではタミヤのギヤボックスを使用し、回転角度を指示した目標値に追従させるフィードバック制御の実験をしてみました。制御量を回転角度にしたのは実験装置が作りやすいのと、回転速度より回転角度の方が目で見て分かりやすいという理由からです。

使用したギヤボックスはタミヤの「楽しい工作シリーズNo.93」の３速クランクギヤ―ボックスセットです。ギヤ比は203.7:1の組み合わせで使用しています。