2自由度液面制御付加型体系的制御実験支援システムの開発

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22500902
• Research Institution: Sendai National College of Technology
• Principal Investigator: 菅谷 純一 仙台高等専門学校, ICT先端開発センター, 准教授 (30154454)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大場 譲 仙台高等専門学校, 情報ネットワーク工学科, 助教 (80455104) ; 上町 俊幸 石川工業高等専門学校, 電気工学科, 准教授 (50280334)
• Keywords: PID要素 / 実験支援ツール / ボックス型基本要素 / PC基本ボックス / 制御実験支援システム

Research Abstract

制御理論の授業にマッチングした実験項目を設計し、講義中心の授業をカバーする意味で、基本ボックスによる制御実験支援システムを開発するのを目的とする。この研究のため、4回の打合せ会議(石川高専1回、北陸先端科学技術大学での調査会議1回、仙台高専2回)を開いた。その上でまず、オペアンプ回路によって制御基本要素のP要素、I要素、D要素を構成し、さらにそれらを組み合わせたPI要素、PD要素およびPID要素を構成した。それをまとめた回路構成と入出力関係を明確に観測できるようにボックス型教育用制御実験支援ツールを製作した。次に、PID調節器を用いた実験を制御対象に適用して制御効果の実験とした。
具体的には、制御の基本要素を構成するRC回路による実験基板を製作し、その入出力関係を入力信号としてステップ信号、ランプ入力(三角波入力)および正弦波入力をマルチ・ファンクション・ジェネレータから印加してオシロスコープおよび周波数特性分析器で調べた。その後RCの順序を入れ替えて同様の実験を行った。回路構成はRC基本ボックス3段を接続した。次にオペアンプ回路によってP要素、I要素、D要素と3つのアルミボックスをRC回路の場合と同様に作った。これら回路構成や組み合わせブロック構成は研究分担者である上町と相談の上、製作した。P要素、I要素、D要素などの基本ボックスによる仮実験を行った。また、ブロック化していない段階でのPID制御実験を平成22年度5年制御工学で行い、評価のためのアンケートを集計した。