身の回りの環境に応じて制御をかける【システム制御方式】

制御方式


機械にコンピュータを搭載することで、その動作を制御することが容易に実現できます。身の回りの環境に応じて制御をかけたり、取得した情報から次に起こり得る状況を予測して制御したりなど、方法はさまざまです。

この記事では、コンピュータによるシステム制御方式についてできる限り分かりやすく解説していきます。

フィードバック制御


フィードバック制御とは、コンピュータの外側の環境からの情報をセンサーで検知して動作の修正をはかる制御のことです。ちなみに外部の環境を「外乱」と呼びます。

ここでは自動車の運転にたとえてみます。人工知能を搭載したコンピュータが乗用車を自動運転することを例にしてみましょう。

このコンピュータは、外部の情報(他のクルマ歩行者、ガードレール等の障害物など)を取り込みながら安全運転をするために乗用車に制御をかけます。たとえ事故が起こりそうになっても、センサーで外部の状況を検知して回避するはずでしょう。

ここでお伝えしたいことは、フィードバック制御では外部の状況を鑑みることで、外乱からの影響を抑えて駆動できるという点です。

フィードフォワード制御


一方で、外乱についてあらかじめ予測できる場合に前もって修正動作を行う制御をフィードフォワード制御といいます。

取得した外乱に基づいてどのように制御するかをあらかじめ決めておくことは、一見して便利な印象を受けます。コンピュータが予測して制御までしてくれるのですから。ただし、これには大きな欠点があるのです。

外乱による影響誤差とても弱いことです。いくら予測するとはいっても、当然ながら外れてしまうこともあります。

ここでも自動車の運転にたとえてみます。ここでは自らの勘にしか頼らない性能が低い人工知能を使ってみます(名付けて「ヤマ勘ロボ」とでもしておきましょうかねw)。

この自動運転車は周囲の情報をろくに取得せず、当てずっぽうで走行します。歩行者がいないと「判断したら」そのまま横断歩道を横切ってしまうわけです。これほど危険なクルマは存在しないでしょう。

予測をフィードバックしながら制御をかける


これだとフィードフォワード制御の使い道が限られてくるように思われるかもしれません。ただし、フィードバック制御とうまく組み合わせれば利用範囲も広がりますし、それどころか制御性能が上がります。

まず、フィードフォワード制御によって状況を予測します。そこに外乱に基づくフィードバック制御補正をかけるわけです。これがもっとも基本的な組み合わせだといえます。

シーケンス制御


シーケンス制御とは、あらかじめ決めておいた順序に従って機械を動作させていくことです。これについてはプログラムによって、まさしく「手順通り」に制御をかけていくわけです。

これは身の回りの機械でも多用される方法で、家電などもそうです。ここでは全自動洗濯機を例に説明していきます。

まず、洗う前の洗濯物と洗剤(と柔軟剤)を入れ、フタを閉めて開始ボタンを押します。

そこから、

給水 → 洗い → すすぎ → 脱水


と順番通りに進めていき洗濯を終えます。ここまでの行程を自動で行えるようにするのがシーケンス制御です。





それでは、今回はここまでといたします。
最後までお読みいただきありがとうございます。


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