モータとアクチュエータの制御

モータやアクチュエータは、電気、油圧、空気圧などのエネルギー源から得たパワーを、回転や直進といった機械的な動きに変換する要素である。組込みシステムでは、制御装置が決めた操作量を受け取り、実際に機器を動かす末端の部品として位置づけられる。本単元では、その役割を制御の流れの中で正しく捉えるとともに、ディジタル制御で出力値を電圧へ変換する際の計算も合わせて整理する。

原理と仕組み

制御システムは、目標値と検出値を比べて操作量を決める制御装置、物理量を電気信号に変えるセンサ、そして操作量に応じて機械を動かすアクチュエータから構成される。アクチュエータの本質は、入力されたエネルギーを機械的な動きに変える点にある。 電気エネルギーを回転運動に変えるモータはその代表例であり、電気・油圧・空気圧のいずれを源とする場合も同じ考え方で捉えられる。

制御装置は偏差に基づいて操作量を決めるだけで、機械的な動きそのものを生み出すわけではない。また、微小な信号を大きくする増幅器も、動きを生むアクチュエータではなく信号処理の要素である。それぞれの要素は制御の流れの中で役割が分かれているため、問題文の機能説明がどの要素に当たるかを見極める必要がある。

判断の基準と数値

ディジタル制御では、マイコンが計算した値をD/A変換器でアナログ電圧に変換し、駆動回路やアクチュエータへ渡す。D/A変換器の出力は、基準電圧に対して入力されたディジタル値の比率で決まる。出力電圧は、入力値Nを2のn乗で割った値に基準電圧を掛けたものとして表され、Nは入力されたディジタル値、nは分解能を表すビット数である。 nビットの変換器は2のn乗段階の値を扱えるため、ビット数が多いほど細かい電圧を指定できる。