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カスケード型制御系の基本と利点

ロボットや工作機械を、望む目標値通りに動かすためには、制御装置がとても重要です。

今回の記事では、工作機械やロボットの位置決め・送り制御に広く用いられているカスケード型制御系についての基本や利点および欠点について紹介します。

カスケード型制御系とは

カスケード型制御系とは、下記のブロック線図のように1つのフィードバックループの内側に、もう1つのフィードバックループが存在する制御系です。

このブロック線図では、カスケード型制御系で質量mを制御しています。

カスケード(Cascade)という英単語の意味は、「連続した」や「縦つなぎ」です。

このカスケードが意味する通り、フィードバックループが連続している制御系のことをカスケード制御系と言います。

上図のように、カスケード型制御系を構成する2つのフィードバックループについて、

  • 外側のフィードバックループをメジャーループ
  • 内側のフィードバックループをマイナール-プ

と言います。

カスケード型制御系の利点

カスケード制御系には、次のような利点があります。

まず、内側のマイナーループの応答性を高めることにより、制御系全体の性能を向上することが出来ます。

次に、それぞれのフィードバックループで異なる制御周期を使用することが出来ます。

その結果、制御装置のリソースを十分に使うことが可能になります。

また、それぞれのフィードバックループは、シンプルなフィードバック制御系の形をしています。

そのため、制御系の解析が容易になるという利点があります。

このように、カスケード型制御系には多くの利点があり、工作機械を中心に広く用いられています。

カスケード型制御系の欠点

先にカスケード型制御系の利点を紹介しましたが、欠点も紹介しておきます。

まずカスケード型制御系では、取り扱う制御系全体をメジャーループの中にマイナーループという決まった型にしています。

そのため、制御系としての最適性を追い求めることが難しくなります。

また、ロボットや工作機械などの制御対象が複雑化することにより、カスケード型制御系に含まれる制御パラメータの調整が難しくなるという欠点もあります。

上記のように、カスケード型制御系は万能という訳ではありません。

しかし、多くの位置決め制御や送り制御に用いられていることから、仕組みを理解しておくことは重要ではと思います。

まとめ

今回は、カスケード型制御系について、利点や欠点を含めて紹介しました。

次回の記事では、カスケード型制御系の基本構成について、ブロック線図や伝達関数を使いながら紹介します。

ロボットや工作機械を制御するために、フィードフォワード制御系やフィードバック制御系など様々な制御系があります。 その中...
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