応用情報技術者 2015年 秋期 午前2 問21
問題文
モータの速度制御などに PWM (Pulse Width Modulation) 制御が用いられる。PWMの駆動波形を示したものはどれか。ここで、波形は制御回路のポート出力であり、低域通過フィルタを通していないものとする。
選択肢
ア：
イ：（正解）
ウ：
エ：
PWM制御の駆動波形とは【午前2 解説】
要点まとめ
- 結論：PWM制御の駆動波形は一定周期で幅の異なる矩形パルスが繰り返される波形である。
- 根拠：PWMはパルスの幅（デューティ比）を変化させて平均電圧を制御し、モータ速度などを調整するため、波形は矩形で周期的に繰り返される。
- 差がつくポイント：波形が不規則なパルスや階段状の連続変化ではなく、一定周期の矩形波であることを正確に理解できるかが重要。
正解の理由
選択肢イは、PWM制御の基本形である一定周期の矩形波が示されており、パルス幅が変わることで平均電圧を調整する典型的なPWM波形です。
他の選択肢はパルスの高さや形状が不規則、階段状、または複数段階の電圧レベルを示しており、PWMの特徴である「一定振幅の矩形波の幅変調」とは異なります。
したがって、PWMの駆動波形として正しいのはイです。
他の選択肢はパルスの高さや形状が不規則、階段状、または複数段階の電圧レベルを示しており、PWMの特徴である「一定振幅の矩形波の幅変調」とは異なります。
したがって、PWMの駆動波形として正しいのはイです。
よくある誤解
PWM波形は単に電圧が変動する波形と誤解されやすく、パルスの高さや形状が変わる波形と混同されがちです。
また、PWMはアナログ的な階段波や多段階電圧波形とは異なることを理解していない場合があります。
また、PWMはアナログ的な階段波や多段階電圧波形とは異なることを理解していない場合があります。
解法ステップ
- PWMの基本原理を確認し、パルス幅変調であることを理解する。
- 波形の形状を確認し、矩形波であるかどうかを判断する。
- 一定周期で繰り返されているかをチェックする。
- パルスの高さ（振幅）が一定で、幅のみが変化する波形を選ぶ。
- 他の波形がPWMの特徴と異なることを確認し、除外する。
選択肢別の誤答解説
- ア：パルスの高さが不規則に変動しており、PWMの矩形波とは異なる。
- イ：一定振幅の矩形波が周期的に並び、PWMの典型的な波形で正解。
- ウ：階段状に電圧が上昇・下降しており、PWMのパルス幅変調とは異なる。
- エ：三段階の電圧レベルを繰り返すステップ波形で、PWMの単一振幅矩形波とは異なる。
補足コラム
PWM（Pulse Width Modulation）は、電力制御や信号変調に広く使われる技術です。
モータ制御では、パルスの幅を変えることでモータに供給される平均電圧を調整し、速度やトルクを制御します。
また、低域通過フィルタを通すと平均電圧が得られ、モータの滑らかな動作が可能になります。
モータ制御では、パルスの幅を変えることでモータに供給される平均電圧を調整し、速度やトルクを制御します。
また、低域通過フィルタを通すと平均電圧が得られ、モータの滑らかな動作が可能になります。
FAQ
Q: PWM波形の振幅は変わりますか？
A: いいえ、PWM波形の振幅は一定で、パルスの幅（デューティ比）を変えて制御します。
A: いいえ、PWM波形の振幅は一定で、パルスの幅（デューティ比）を変えて制御します。
Q: PWMと階段波形は同じですか？
A: いいえ、PWMは矩形波の幅を変える制御であり、階段波形は異なる電圧レベルを段階的に変化させる波形です。
A: いいえ、PWMは矩形波の幅を変える制御であり、階段波形は異なる電圧レベルを段階的に変化させる波形です。
Q: なぜ低域通過フィルタを通さない波形が問題に出るのですか？
A: フィルタを通さない波形はパルスのままの形状を示し、PWMの基本的な波形理解に役立つためです。
A: フィルタを通さない波形はパルスのままの形状を示し、PWMの基本的な波形理解に役立つためです。
関連キーワード: PWM制御、パルス幅変調、矩形波、モータ速度制御、デューティ比
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