分野 12
制御システム
システムを目標どおりに保つフィードバック
制御システムは、機械がいま何をしているかを測り、本来すべきことと比べて、ずれを直します。これを何度もくり返します。このフィードバックによって、部屋をちょうどよい温度に、タンクをちょうどよい水位に保つことができます。
向いている人
グラフや細かい調整が好きな人や、サーモスタットがどうやって部屋をあたたかく保つのか不思議に思ったことがあるすべての人。
学べること
- フィードバックとは何か：測る、比べる、直す
- センサーとコントローラーは、どのように協力してはたらくのか
- PI コントローラーや PID コントローラーは、どれくらい強く反応するかをどのように決めるのか
- システムがなぜオーバーシュートしたり、ゆれ動いたりするのか、そして学習用モデルの中でどのように安定させるのか
実験の例
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バルブを制御して、バーチャルなタンクの水位を目標の高さに保ちます。
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コントローラーを調整して、温度が目標をこえてしまう（オーバーシュートする）かどうかを観察します。
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フィードバックを切ったり入れたりして、システムのふるまいを比べます。
作れるもの
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温室のためのサーモスタット
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タンクの水位コントローラー
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一定の速さで回り続けるモーター
これらは、この分野で取り組む内容の例です。公開されるレッスンとは異なる場合があります。
シミュレーションが簡略化していること
- システムは簡略化した学習用モデルです。制御の考え方を示すもので、本物の機械の正確なふるまいを示すものではありません。
- 本物のセンサーにはノイズや遅れがあり、本物の機械には、モデルでは省かれているかもしれない限界があります。
どんなシミュレーションも、現実を簡略化しています。どのように簡略化しているかを知ることも、工学を学ぶことの一部です。
学校の教科とのつながり
算数・数学（グラフと変化の割合）、理科（物理）、情報、技術
ほかの分野とのつながり
制御システムは、自動制御、センサー、電気回路をもとにしていて、ロボットや暖房、水のシステムを安定させます。
知っておきたいこと
私たちの体もフィードバックを使っています。暑くなりすぎると汗をかいて体を冷やし、寒くなるとふるえて体をあたためます。