出版社内容情報
サーボ・コントローラの設計方法を，シミュレーションを使用して具体的に解説する．エアコンや冷蔵庫の温度制御や，洗濯機の回転ドラムの速度制御，IHクッキング・ヒータのインバータ出力制御，液晶TVやLED照明器具の明るさ制御，スマホのLiイオン電池充電制御，自動車(EV,HV)のモータ回転制御,エレベータのモータ速度・位置制御など，あらゆるものにサーボが使われていて，使用されるアプリケーションは，どんどん増えている．
サーボは自動制御に欠かせない技術だが，機械部分と電子部分が複雑に絡み合っており，狙った値に高精度に追従するシステムを実現するには，定量的な設計アプローチが必要である．
本書では，トラ技3相インバータ実験キット INV-1TGKIT-Aのブラシレス・モータを例に，サーボ・ループの設計方法や，ステップ応答/ボーデ線図/ナイキスト線図/ニコルス線図を使った評価方法，トルク/位置/速度を制御するサーボ・コントローラの設計方法を，シミュレーションを使用して具体的に解説する．さらに，より静かに効率よくブラシレス・モータをコントロールするベクトル制御についても，理論から実装方法まで解説する．
★目次
◎温度/位置/速度/力…外乱に強いフィードバック・システム作りと評価技術
●高効率・高速応答!サーボ&ベクトル制御 実用設計
まえがき
読者ターゲット，本書の構成
本書のキーワード解説
☆第1部 サーボ・ループの設計と評価
●第1章 サーボの基礎知識
●第2章 サーボ制御に必要なゲインと位相の条件
●第3章 サーボにより得られる効果
●第4章 サーボの安定性は位相余裕で評価する
●第5章 周波数特性の検討に便利なツール…伝達関数
●第6章 複数の伝達要素の合成で新たな特性を作る
●第7章 実際にサーボ・ループを設計する
☆第2部 ブラシレス・モータの最適制御条件
●第8章 制御対象であるモータの振る舞いを調べる
●第9章 駆動時に使うホールIC信号とロータ位置の関係
●第10章 電力効率とトルク効率の最適制御条件
●第11章 高効率を実現するベクトル制御の導入効果
●第12章 モータの駆動方法の検討
☆第3部 ベクトル制御サーボ・システムの設計
●第13章 ブラシレス・モータの伝達特性を求める
●第14章 モータ・サーボ・システムを設計する
●第15章 サーボ・システムにベクトル制御を加える
●Appendix LTspice解析結果の見方
★目次
◎温度/位置/速度/力…外乱に強いフィードバック・システム作りと評価技術
●高効率・高速応答!サーボ&ベクトル制御 実用設計
まえがき
読者ターゲット，本書の構成
本書のキーワード解説
☆第1部 サーボ・ループの設計と評価
◎モータ/増幅器/ロボット…制御対象に関わらず理論は共通
●第1章 サーボの基礎知識
1.1 出力を自動的に制御したい
1.2 サーボ・システムの特徴
1.3 ベクトル制御を加えた高効率駆動システム
◎ループ・ゲインを定量的に設計する
●第2章 サーボ制御に必要なゲインと位相の条件
2.1 理想的なサーボ・システムの要件
2.2 サーボ効果を上げるには十分なループ・ゲインが必要
2.3 ループ・ゲインの測定誤差
2.4 ループ・ゲインの条件を定量的に求める
◎ノイズやひずみを低減したり，インピーダンスを調整したり
●第3章 サーボにより得られる効果
3.1 ひずみやノイズを減らす
3.2 出力インピーダンスを小さくまたは大きくする
3.3 入力インピーダンスを上げる
◎ステップ応答，ボーデ線図，ナイキスト線図，ニコルス線図の使い方
●第4章
サーボの安定性は位相余裕で評価する
4.1 「サーボ効果」と「安定性」を両立させる
4.2 サーボ・システムを評価する四つのツール
4.3 安定性評価の指標は「位相余裕」
4.4 位相余裕が異なる五つのサーボ・システムの安定性
4.5 位相余裕はどうあるべきか
◎折れ線近似で合成！加減算でさまざまな特性の検討が容易に
●第5章 周波数特性の検討に便利なツール…伝達関数
5.1 サーボ・コントローラでループ特性を最適化する
5.2 設計ツール 8種類の基本伝達要素
5.3 基本伝達要素の特性をシミュレーションで確認
◎直列や並列に接続したり，逆システムにしたり
●第6章 複数の伝達要素の合成で新たな特性を作る
6.1 三つの基本伝達要素で作る
6.2 合成周波数特性は作図で求める
6.3 合成時間応答が求められる例
◎サーボ・コントローラの設計から過大振幅対策まで
●第7章 実際にサーボ・ループを設計する
7.1 設計するサーボ・システム
7.2 サーボ・コントローラの周波数特性を設計する
7.3 サーボ・コントローラの実用上の問題対策
7.4 ソフトウェアによるサーボ・コントローラの実現
☆第2部 ブラシレス・モータの最適制御条件
◎波形から制御に必要なロータの回転角度を読み取る
●第8章 制御対象であるモータの振る舞いを調べる
8.1 2種類のDCモータ
8.2 内部構造
8.3 回転角度と誘起電圧位相
8.4 回転用電力の供給方法
◎実際にモータを回転させて出力信号を測って調べる
●第9章 駆動時に使うホールIC信号とロータ位置の関係
9.1 実験セットで実測する
◎モータの誘起電圧とモータ・コイル電流の位相関係
●第10章 電力効率とトルク効率の最適制御条件
10.1 電力効率を上げる
10.2 トルク効率を上げる
◎最適制御条件で回転させたときの効果を計算する
●第11章 高効率を実現するベクトル制御の導入効果
11.1 モータ・パラメータを数式化
11.2 ベクトル制御の導入効果を計算
◎代表的な「120°矩形波駆動」と「正弦波駆動」を比較
●第12章 モータの駆動方法の検討
12.1 ベクトル制御には正弦波駆動が最適
12.2 正弦波駆動の電力効率とトルク効率
12.3 正弦波駆動における電圧利用率の改善
12.4 120°矩形波駆動の動作方式
12.5 120°矩形波駆動の電力効率とトルク効率
12.6 駆動波形による効率比較
12.7 モータ・コイル電流の検出
☆第3部 ベクトル制御サーボ・システムの設計
◎機械部もまとめて等価回路に！モータ負荷条件が変化したときも解析する
●第13章 ブラシレス・モータの伝達特性を求める
13.1 ブラシレス・モータの等価回路
13.2 特性解析に使うモータ・パラメータ
13.3 電圧駆動時の特性をシミュレーションする
13.4 周波数特性とモータ・パラメータとの関係
13.5 電圧駆動時の静特性を求める
13.6 負荷条件変化時のモータ特性
13.7 電流駆動時のモータ特性
13.8 まとめ
◎多重ループ・サーボでトルク/速度/位置を制御する
●第14章 モータ・サーボ・システムを設計する
14.1 多重ループ・サーボ・システムの設計
14.2 電流制御サーボ・ループの設計
14.3 速度制御サーボ・ループの設計
14.4 位置制御サーボ・ループの設計
14.5 モータ負荷条件変化時のサーボ特性
14.6 単一ループの速度制御
◎高効率制御を電圧・電流波形で確認する
●第15章 サーボ・システムにベクトル制御を加える
15.1 ベクトル制御サーボ・システムの構成
15.2 座標変換器の機能
15.3 ベクトル制御を適用した電流サーボ・システム
15.4 速度制御サーボを加える
15.5 位置制御サーボを加える
15.6 ベクトル制御システムの周波数特性
15.7 スイッチング回路の周波数特性を測定する
●Appendix LTspice解析結果の見方
渡辺 健芳［ワタナベ タケヨシ］
