エンベデッドシステムスペシャリスト 2015年 午前2 問12
問題文
DCモータにおけるPWM制御方法はどれか。
選択肢
ア：パルス周期によって、モータの回転角を制御する。
イ：パルス数によって、モータの回転角を制御する。
ウ：パルス数によって、モータの回転数を制御する。
エ：パルスのデューティ比によって、モータの回転数を制御する。（正解）
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DCモータのPWM制御【午前2解説】
正解の理由
PWM制御は、電圧を高速にオン・オフし、そのデューティ比を変えることでモータに加わる平均電圧を調整する方法です。デューティ比を大きくすると平均電圧が高くなり、一般にモータの回転数も上がります。
したがって、パルスのデューティ比によって回転数を制御するエが正解です。
デューティ比は、1周期のうち電圧がオンになっている時間の割合で、次の式で表せます。
解法ステップ
-
PWMの制御対象を確認します。
PWMは、パルスの幅を変えてモータに加わる平均電圧を調整する制御方式です。 -
デューティ比と回転数の関係を考えます。
デューティ比が大きいほど平均電圧が高くなり、通常は回転数も上がります。 -
回転角やパルス数ではなく、デューティ比に注目します。
この関係に合うのはエです。
選択肢別の誤答解説
-
ア：パルス周期によって回転角を制御する
PWMの基本的な制御対象は回転角ではありません。周期はパルスの繰返し間隔を表します。 -
イ：パルス数によって回転角を制御する
パルス数に応じて回転角を制御するのは、主にステッピングモータなどで見られる方法です。 -
ウ：パルス数によって回転数を制御する
パルス数そのものではなく、PWMではデューティ比を変えて平均電圧を調整し、回転数を制御します。 -
エ：パルスのデューティ比によって回転数を制御する
デューティ比を変えることで平均電圧を調整し、DCモータの回転数を制御します。
よくある誤解
-
パルスの数を増やすと、必ず回転数が上がる
PWM制御で回転数を調整する中心的な要素は、パルス数ではなくデューティ比です。 -
デューティ比はパルスの周期を表す
デューティ比は、周期そのものではなく、周期に占めるオン時間の割合です。 -
回転角と回転数は同じ制御対象である
回転角はどれだけ回ったか、回転数はどれだけの速さで回っているかを示す別の量です。
補足コラム
PWMは、電圧を連続的に下げるのではなく、高速でオン・オフして平均的な電圧を調整します。そのため、電力損失を抑えながらモータの速度を制御できます。実際の回転数は負荷やモータの特性にも影響されます。
FAQ
Q. デューティ比が50％の場合、回転数も定格回転数の50％になりますか？
A. 必ずしもそうなるとは限りません。負荷やモータの特性などが影響するため、デューティ比と回転数は単純に比例しない場合があります。
A. 必ずしもそうなるとは限りません。負荷やモータの特性などが影響するため、デューティ比と回転数は単純に比例しない場合があります。
Q. PWMの周期を変えると、回転数は変わりますか？
A. 回転数の基本的な調整にはデューティ比を用います。周期（周波数）は、制御の応答や音、モータの動作にも関係しますが、この問題で問われている制御方法はデューティ比による回転数制御です。
A. 回転数の基本的な調整にはデューティ比を用います。周期（周波数）は、制御の応答や音、モータの動作にも関係しますが、この問題で問われている制御方法はデューティ比による回転数制御です。
関連キーワード: PWM制御、デューティ比、DCモータ、平均電圧、回転数
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