結論：自動制御は「目標値に自動で合わせる仕組み」
自動制御は、エアコンの温度調節やモーターの速度制御など、目標値に対して自動的に出力を調整する技術です。電験三種ではブロック線図の計算と制御方式の種類が出題されます。
制御の分類
| 分類 | 内容 | 例 |
|---|---|---|
| 開ループ制御 | 出力を確認しない。指令通りに動くだけ | 洗濯機のタイマー、電子レンジ |
| 閉ループ制御 （フィードバック） |
出力を検出して修正する | エアコン、速度制御、電圧調整 |
ブロック線図
基本要素
| 要素 | 役割 |
|---|---|
| 伝達関数 G(s) | 入力を出力に変換する関数 |
| 加え合わせ点 | 信号の加減算（+ または −） |
| 引き出し点 | 信号を分岐させる |
フィードバック制御の伝達関数
負帰還の全体伝達関数
W(s) = G(s)1 + G(s)H(s)
G(s)：前向き伝達関数、H(s)：フィードバック伝達関数
正帰還の全体伝達関数
W(s) = G(s)1 − G(s)H(s)
覚え方：「負帰還は分母が1+GH」「正帰還は1−GH」。H(s) = 1（単位帰還）のときは G/(1+G) です。
直列接続と並列接続
| 接続 | 合成伝達関数 |
|---|---|
| 直列（縦続） | G1 × G2（積） |
| 並列 | G1 + G2（和） |
【練習問題①】フィードバック
【問題】前向き伝達関数 G(s) = 10、帰還伝達関数 H(s) = 0.1 の負帰還制御系の全体伝達関数を求めよ。
PID制御
| 動作 | 内容 | 効果 |
|---|---|---|
| P（比例） | 偏差に比例した出力 | 応答速度を上げる。定常偏差（オフセット）が残る |
| I（積分） | 偏差の積分（累積） | 定常偏差をゼロにする。応答が遅くなる |
| D（微分） | 偏差の変化速度 | 変化を先読みして振動を抑制。ノイズに弱い |
超重要：「P動作ではオフセットが残る」「I動作でオフセットを除去」。この関係は毎回のように出題されます。
理解度チェック
【第1問】
負帰還制御系で G = 20、H = 1 のとき、全体伝達関数はいくらか。
(1) 0.95 (2) 1.0 (3) 10 (4) 19 (5) 20
【第2問】
比例制御（P制御）の欠点として、正しいものはどれか。
(1) 応答が遅い (2) 定常偏差が残る (3) 振動が発生する (4) ノイズに弱い (5) 安定性が悪い
【第3問】
伝達関数 G1 = 5 と G2 = 4 が直列に接続されている場合、合成伝達関数はいくらか。
(1) 1 (2) 4 (3) 5 (4) 9 (5) 20
【第4問】
フィードバック制御系に関する記述として、正しいものはどれか。
(1) 出力を検出しない
(2) 外乱の影響を受けやすい
(3) 出力と目標値の偏差に基づいて修正動作を行う
(4) 制御系が不安定になることはない
(5) 開ループ制御の一種である
まとめ
- 負帰還：W = G/(1+GH)。安定性が良い
- 直列接続：積、並列接続：和
- P制御：比例。定常偏差（オフセット）が残る
- I制御：積分。定常偏差を除去
- D制御：微分。振動を抑制
これで機械科目の全13テーマが完了です！次は「法規科目」に入り、「電気事業法の目的と電気工作物」から学びます。
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