4.商品適用するために

商品に適用するためには、今まで述べてきたことに加えて、外からの影響も考える必要がある。当社の製品が長きにわたって暑い時も寒い時もお休みが長かったあとも連続の使用の時もきちんと動くために必要なことである。

(1)外の環境によりシステムの系が変わる

制御理論の本には、制御対象の特性が決まった物が載っており、制御シミュレーションにより最適な制御系が計算されているが実際のメカトロ制御では制御対象が理想状態で一定であることはまず無いと思ってほしい。温度変化、電圧変動、摩擦係数、摩耗などの劣化、製品ばらつきその他で制御対象は変わる物である。直流モータ1つを例にとっても、電源電圧、モータ温度、ベアリングの劣化による起動トルク増大など多々ある。これらの環境変化に対して、安くて影響されにくい制御系にするかが技術者の腕の見せ所である。

(2)どのようなものが系を変えてしまうか

考え始めると制御対象の系を変えてしまう要因は数限りなくあるが、ここでは代表的な物をあげる。これだけ考えておけば良いという安易な考えでなく、これら以外の要因も実際に設計する場合には考えてほしい。

(a)電気系
・温度変化(回路、センサ電圧の変動、アクチュエータ抵抗増加)
・電源電圧変化(オルタネータ電圧、スタータ回転時の低電圧)
・センサ電圧と実際の物理量の乖離
・リミット(100V欲しくても電源電圧12Vでは12Vに制限される)

(b)油圧系
・温度変化(粘性が対数変化する。)
・流量変化(エンジンが動力源のポンプはエンジン回転数に比例)
・圧力変化(容積効率や機械効率変化)
・制御スプール中立近辺の不感帯
・最大流量

(c)機械系
・リンク効率(リンク角度によるストロークがかわる)
・バネなどの初期加重
・ワイヤーの延び、押し引きの遊び
・がたによるヒス
・こじれや錆による負荷増加
・走行によるハンドル負荷
・エンジンなど冷体時と暖体時、気圧、吸入空気温度の違い
・ソレノイドなどの摩擦
・重力や遠心力による加重
・リミット(操舵切れ角)

(d)その他
・坂道の傾斜や積載重量などの変化
・船などの傾きや姿勢
・信号源からの距離による変化
・負荷変化
・経年劣化
・製造ばらつき
・摩耗

これらの変化を考慮した設計にするには、以下のような方法がある。
(a)それらの変化量を検出するセンサを付け、補正を行う。
(b)他のセンサ値から類推し、補正を行う。
(c)変化自体をなくしてしまう。
(d)影響度を計測し、実用上問題ないなら、そのままにしておく。

これらの環境変化に対して、如何に安くて影響されにくい制御系にするかが技術者の腕の見せ所である。お金をかければ外からの影響はほとんど無くせるが、お金を支払うお客さんの身になってコストパフォーマンスを上げる努力が技術者の良心であろう。

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