フィードバック制御とは
フィードバック制御(Feedback Control)とは、制御を行う際に対象の「現在の状態(出力)」をセンサーなどで計測し、それを「目標の値」と比較しながら、そのズレを無くすように次の指示(入力)を自動的に調整する制御方式です。「出力を入力に引き戻して反映させる」というループを絶えず繰り返すことで、外からの変化(外乱)があっても目標状態を維持できます。
具体例
エアコンの温度管理が代表例です。設定温度を25度にすると、エアコンは室温センサーで部屋の温度を測り、28度であれば冷風を強く出し、25度に近づくにつれて冷風を弱めるように運転を自動調整します。
# エアコンのフィードバック制御イメージ
target_temp = 25.0
while True:
current_temp = read_sensor()
diff = current_temp - target_temp
adjust_fan_speed(diff) # ズレの分だけ風量を調整もう少し詳しく
フィードバック制御は、制御対象の現在の出力状態(制御量)を絶えずセンサーなどで測定し、それをあらかじめ定めた目標値と比較して、その差異(偏差)を打ち消すように入力(操作量)を自動調整するクローズドループ(閉ループ)制御方式です。代表的な手法として「PID制御」があります。これは、現在生じている偏差に比例して操作量を決める「P制御(比例)」、過去の偏差の累積値から残留偏差を解消する「I制御(積分)」、偏差の急激な変化(勢い)を予測して先回りして抑える「D制御(微分)」の3つを組み合わせることで、ブレが少なく、素早く目標値に安定させる制御手法です。フィードバック制御に対して、出力の測定を行わず、あらかじめ決められた手順通りに入力を与える方式を「フィードフォワード制御」や「オープンループ(開ループ)制御」と呼び、状況の変化に対応できない代わりに構造が単純なのが特徴です。
試験でのポイント
試験では、「出力結果を目標値と比較して、次の入力を調整する」というクローズドループ制御の仕組みを説明する問題や、エアコンや自動温度調節器などの身近な具体例を問う問題が出題されます。また、対比される概念である「フィードフォワード制御(外乱が影響する前に先回りして制御する方式、または事前の計画通りに一方通行で制御するオープンループ制御)」との違いを正しく理解し、それぞれの特徴や長所・短所を整理しておくことが重要です。
関連する用語
PID制御(比例・積分・微分を用いて高精度に行うフィードバック制御)、シーケンス制御(あらかじめ定められた順序に従って一段階ずつ進める制御方式)、オープンループ(出力を検出して入力に戻す経路を持たない制御方式)。