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基本情報技術者 2018年 春期 午前(科目A)21


問題文

アクチュエータの説明として、適切なものはどれか。

選択肢

与えられた目標量と、センサから得られた制御量を比較し、制御量を目標量に一致させるように操作量を出力する。
位置、角度、速度、加速度、力、温度などを検出し、電気的な情報に変換する。
エネルギー発生源からのパワーを、制御信号に基づき、回転、並進などの動きに変換する。(正解)
マイクロフォン、センサなどが出力する微小な電気信号を増幅する。

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アクチュエータの機能【午前解説】

正解の理由

正解は です。アクチュエータは電動モータや油圧シリンダ、空気圧アクチュエータなどのように外部のエネルギー(電力、圧力など)を取り込み、制御信号に応じて機械的な運動(回転や並進)を生み出す装置です。選択肢ウの文言は「エネルギー発生源からのパワーを、制御信号に基づき、回転、並進などの動きに変換する」とあり、アクチュエータの定義と完全に一致します。

解法ステップ

  1. 問題文で「動き」「回転」「並進」「エネルギー発生源」「制御信号」といったキーワードを探す。
  2. 各選択肢の役割を「検出」「制御(演算)」「変換(動作)」「増幅」に分類する。
  3. アクチュエータの定義(エネルギー→機械運動)と最も近い選択肢を選ぶ。
  4. 残りの選択肢がそれぞれセンサ、コントローラ、アンプなど別の装置の説明であることを確認して除外する。

選択肢別の誤答解説

  • ア:与えられた目標量とセンサから得た制御量を比較し操作量を出力する、という説明はコントローラ(制御器)の役割です。アクチュエータではありません。
  • イ:位置や角度、速度などを検出して電気的情報に変換する説明はセンサ(トランスデューサ)の説明でありアクチュエータとは逆の機能です。
  • ウ:エネルギー発生源からのパワーを、制御信号に基づき回転・並進などの動きに変換する、という文はアクチュエータの定義そのもので正解です。
  • エ:マイクロフォンやセンサの微小電気信号を増幅するのは増幅器(プリアンプ等)の役割であり、アクチュエータとは異なります。

よくある誤解

  • 「センサとアクチュエータは同じ」と混同する:センサは物理量を検出して電気信号に変換する装置であり、役割が逆です。
  • 「アクチュエータは信号を増幅する装置だ」と誤認:増幅器(プリアンプなど)は信号の振幅を増す機能であり、物理的運動を発生しません。
  • 「制御器(コントローラ)とアクチュエータを取り違える」:制御器は目標と測定値を比較して操作量を計算する装置で、実際の動作はアクチュエータが行います。

補足コラム

アクチュエータには主に電動、油圧、空気圧(空圧)、そして形状記憶合金やピエゾ素子のような特殊駆動方式があります。用途に応じてトルク・速度・精度・応答性・効率・耐環境性などを比較して選定します。制御系ではアクチュエータは「出力段(パワー段)」に位置し、コントローラが指示する信号を受けて実際の力・運動を出力します。試験対策としては「センサ=測る、制御器=判断する、アクチュエータ=動かす、増幅器=信号を大きくする」の4つをセットで覚えると速く解けます。

FAQ

Q1: 電動モータはアクチュエータですか?
A1: はい。電動モータは電力を回転運動に変換する典型的なアクチュエータです。
Q2: アクチュエータは常に電気を使いますか?
A2: いいえ。油圧や空圧など電気以外のエネルギー源を使うアクチュエータも多数あります。
Q3: センサとアクチュエータは同一デバイスになり得ますか?
A3: 一部のデバイスはセンサとアクチュエータの両機能を持ちますが、機能としては別物と考えるのが試験対策上は安全です。
Q4: 制御器が故障するとアクチュエータはどうなりますか?
A4: 制御信号が得られないとアクチュエータは適切に動作しなくなります。多くのシステムでは安全機構が必要です。

関連キーワード: アクチュエータ、モーター、サーボ、油圧シリンダ、電動アクチュエータ、空圧アクチュエータ、センサ、制御器、増幅器、駆動回路、制御信号、トランスデューサ
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