BEMFフィードバックによるPI制御時のパラメーターを求める「ステップ応答によるオートチューニングの実験」

またまたBEMFを使った制御の実験である。前回はPID制御を用いた速度制御で勾配であっても速度を一定に保つ制御を行った。しかし、ここで問題となってくるのは制御のパラメーター決定である。模型のシステム程度であれば、トライ＆エラーで求めて行けば、求まらないことはない。しかし、模型の種類も多く、モーターや編成によってその特性は様々だ。

これは適当なパラメーターによるものである。縦軸は制御量、横軸は時間を表す。赤線が目標値であるが、実測値はゆっくりと上昇し、目標値に近づいている。これでは、反応が遅く、外乱（勾配）に対応出来ない。そこで、オートチューニングの出番である。ようするに、実測値がより早く目標値に近づくよう、パラメーターを調整していけば良い。

数回実行すると、このようにグラフが変化する。グラフ自体の数値はあくまでも参考値なので、形だけを見ていただきたい。

ちなみに、パラメーターはノイズの影響を考慮し、一定範囲以内の変更しか出来ない様になっている。本来は一回のチューニングでパラメーターを決定したいのだが、ノイズによる値の変動は急発進などの悪影響を及ぼしかねない。よって、上図の様に数回に渡って、チューニングを行なっている。この場合であれば、10回程度行なえば、最適な値に収束していく。

最終的にはこのように、反応の良い制御が行なわれる様になった。さらにこのチューニングでは模型の動き出しや停止時の電圧も合わせて測定を行なっており、停止中でも室内灯やヘッドライトを点灯させる、常時点灯機能を備えている。出力自体はPWM信号なので、LEDやコンデンサを用いた室内灯、ヘッドライトであれば、停止中でも点灯させることが出来る。合わせて、模型の走り出しもスムーズに動き出してくれる。

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