カスケード型制御系とPD制御系のブロック線図を比較する

工作機械やロボットの位置決め制御や送り制御に用いられる制御系として、カスケード型制御系があります。

また、位置制御と速度制御によるPD制御系も広く用いられています。

今回の記事では、カスケード型制御系のブロック線図についてPD制御系と比較しながら紹介します。

カスケード型制御系とPD制御系

カスケード型制御とPD制御を比較するために、それぞれのシステムをブロック線図で表します。

今回の記事ではブロック線図での比較を簡単にするために、質点mに対する制御を考えます。

カスケード型制御系のブロック線図

質点mに対するカスケード型制御系のブロック線図を下図に示します。

カスケード型制御系のブロック線図から分かるように、位置ループの中に速度ループがあります。

このように、連続した（カスケードした）フィードバックループにより構成された制御系をカスケード型制御系と言います。

PD制御系のブロック線図

質点mに対するPD制御系のブロック線図を下図に示します。

PD制御系では、比例ゲインk_pと微分ゲインk_dによるPD制御器を含む位置ループを用いて、質点mの制御を行います。

ブロック線図の書き換え

次に、カスケード型制御系とPD制御系のブロック線図を比較するために、PD制御系のブロック線図をカスケード型制御系の形に書き換えます。

PD制御系のブロック線図をカスケード型制御系のように位置ループと速度ループによる構成に書き換えた結果は、下図のブロック線図になります。

上図を見ると分かるように、位置ループのみで構成されたPD制御系を位置ループと速度ループによるカスケード構成のブロック線図で表すことが出来ました。

ブロック線図の比較

最後に、カスケード型制御系と書き換えたPD制御系のブロック線図を比較します。

上図がカスケード型制御系、下図がカスケード型制御系の形に書き換えたPD制御系のブロック線図です。

2つのブロック線図を比較すると分かるように、カスケード型制御系のブロック線図にフィードフォワードを加えたものがPD制御系のブロック線図となっています。

つまり、

PD制御 ＝ カスケード型制御 ＋ フィードフォワード部

と表すことが出来ます。

まとめ

今回の記事では、カスケード型制御系のブロック線図についてPD制御系のブロック線図との比較を行いました。

次回以降の記事では、カスケード型制御系に含まれる速度制御系、位置制御系、フィードフォワード制御系について紹介していきたいと思います。

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