ロボット工学(機械工学)ロボットなどを思い通りに動かすために、フィードフォワード制御とフィードバック制御があります。必要な操作量(モータへの電流など)を送ること、を目的としています。今回の記事では、このフィードフォワード制御とフィードバック制御について、ブロック線図と一般例を使って紹介していきたいと思います。まとめフィードフォワード制御とはフィードフォワード制御は、開ループ制御(オープンループ制御)とも呼ばれています。フィードフォワード制御では、入力(操作量\(u\))に対する制御対象の応答\(y\)を予測します。その予測をもとに、目標の指令値\(r\)から必要な操作量を計算して、制御対象に送ります。フィードフォワード制御は、制御量を測定するためのセンサが不要です。そのため、システムが簡単になり、入力に対する応答も早くなります。指令値通りにロボットを制御するためには、制御対象の応答を正確に予測しなければなりません。外乱\(d\)により制御量にズレが生じた際の修正は出来ないという問題はあります。フィードバック制御とはフィードバック制御は、閉ループ制御(クローズドループ制御)とも呼ばれます。フィードバック制御では、センサなどで制御量\(y\)(出力)を検出します。検出部で変換した値をフィードバック値\(\hat{y}\)として用いて制御を行います。フィードバック制御は、制御量を検出するためにセンサなどが必要となるため、フィードフォワード制御と比較してシステムが複雑になります。システムの応答に遅れが生じます。この欠点を上回る利点もあります。目標の指令値\(r\)とフィードバック値の差(偏差\(e\))を用いて制御をすることで、外乱\(d\)が入った場合も操作量\(u\)を調整することで制御対象を目標の指令値に向けて制御を行うことが出来ます。制御対象の応答の予測に多少の誤差があったとしても、指令値通りにロボットを制御することが可能です。フィードフォワード制御とフィードバック制御をイメージしてみるあなたは前方に5m進みたいとします。制御量は移動した距離になります。フィードフォワード制御を行います。フィードフォワード制御の場合、あなたは目を閉じて前方に移動します。今まで培ってきた感覚という制御器をもちいて、指令値の5mにむけて移動します。(筋肉に脳から電気信号という操作量を送ります。)正確に移動できましたか?あなたの感覚が素晴らしい場合(制御器が完璧な場合)は、ちょうど5m進んでるはずですおそらく5m(指令値)に対して移動距離(制御量)に誤差が発生したと思います。次にフィードバック制御を行います。フィードバック制御の場合、あなたは目を開けて前方に移動します。あなたの目がセンサとなります。目(センサ)で検出した値と目標の指令値の差となる偏差をもとに前進します。前方にちょうど5m移動できたと思います。これが、フィードバック制御です。まとめフィードフォワード制御とフィードバック制御のそれぞれに利点と欠点があります。この二つを上手く使い分けることが、ロボットの制御には必要になります。安定性と可制御性を確認する線形化した状態方程式を用いて台車型倒立振子の安定性および可制御性の判別方法を紹介します。Unbalanceモデルを用いて、物体がシステム内部で回転した際に生じる振動を求めるために、システムの運動方程式の求め方を紹介します。記事を読む台車型倒立振子の運動方程式をラグランジュ方程式で求める振り子が台車の上に乗っている台車型倒立振子の運動方程式を紹介します。実際に運動方程式を求めるために、ラグランジュ方程式に運動エネルギーと位置エネルギーを代入して算出する手法を紹介します。記事を読む台車型倒立振子の状態方程式を線形化する非線形システムの台車型倒立振子モデルについて、状態方程式を線形化する方法を紹介します。Analysis)を使用して、システムが振動する様子を算出する方法を紹介します。記事を読む質量-ばね-ダンパーシステムの運動を求める質量-ばね-ダンパー系モデルを例に用いて、システムの運動(振動)を求める方法を紹介します。システムのパラメータによる動作の違いも併せて紹介します。記事を読む入力に対するシステムの応答を算出する質量-ばね-ダンパーモデルに力が与えられた時のシステムの応答(質量の変位)を算出するために、基本的な二次系システムの運藤方程式の紹介をします。記事を読む2リンクモデルのヤコビ行列を算出する方法ロボット関節の微小変位の変化(関節速度)による手先の微小変位の変化(手先速度)の算出方法として、実際に2リンクモデルを例としてヤコビ行列を算出する方法を紹介します。Analysis)を用いて求めたパラメータを用いて、実際に2質量システムがどのように振動するか求め、グラフで確認していきます。記事を読む剛体振り子の運動方程式を算出する剛体振り子システムの運動方程式を、ラグランジュ方程式を使ってシステムの運動エネルギーと位置エネルギーから求める方法を紹介します。