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デジタルサーボ基礎－デジタルサーボ

サーボは基準値とのずれ（誤差信号）を読み取りループフィルターを介して誤差信号が０になるようにドライブすることによって制御することです。

デジタルサーボは誤差信号をデジタル値で読み取り、あるいはＡＤ変換して取り込み、デジタルフィルターを介してドライブすることによって制御することです。

デジタルサーボの代表的なループフィルターの例を示します。

PI制御

まずＰＩ制御（比例積分制御）の例です。
例えば速度制御は加速度を与えることによって速度を制御するので機構系は一次遅れ（１回積分）です。
１回積分では位相は９０度までしか遅れないので、速度誤差信号に比例する力を発生させれば安定に制御することができます。これがＰ制御です。
しかし負荷を与えると速度がずれること（いわゆる定常偏差）が発生するので積分項を追加して低域ゲインをアップします。これを積分補償とか低域補償と言い、低域補償した制御がＰＩ制御です。
下図のオープンループ特性は機構系の一次遅れを含む特性です。
Ｋ＝１の場合は完全積分になりＤＣゲインは無限大になり、Ｋ＜１の場合は破線のようにＤＣゲインが制限されます。
ここで重要なことはゲインが０になる０クロス点では１次の線（6dB/oct の傾きの線）の範囲でなければなりません。
誤差信号にノイズを含む場合は０クロス周波数（ゲイン交点と言います）よりもずっと高い周波数でならＬＰＦを追加することが可能です。

PID制御

次はＰＩＤ制御（比例積分微分制御）の例です。
例えば位置制御は加速度を与えることによって位置を制御するので機構系は二次遅れ（２回積分）です。
２回積分は位相が１８０度遅れるので、位相を進ませてやらないと安定に制御することはできません。
進み位相は微分項で行います。これを微分補償とか位相補償とか高域ゲインが上がるので高域補償とか言います。
そして先ほどの低域補償と合わせてＰＩＤ制御となります。
ここで重要なことは、やはりゲインが０になる０クロス点では１次の線（6dB/oct の傾きの線）の範囲でなければなりません。１次の線は微分項で作られます。

回転計とリニア系

回転系だとＦＧ（Frequency Generator）をパルスカウントして速度情報をデジタル値で得ることができるので、デジタルサーボに向いています。
リニア系の場合は、多くの場合はＡＤ変換して得たデジタル値を用いてデジタルサーボをします。

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