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ソーラーボート用 DC モータの PI 制御
○岡崎
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朋広 ，泉 勝弘 ，
有明工業高等専門学校 教育研究技術支援センター
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有明工業高等専門学校 電気工学科
1. はじめに
本校では，学生チームが毎年福岡県柳川市で開催されるソーラーボート大会に挑戦している．ボートの駆動には DC
モータを使用しているが，年に一回の大会で上手くボートを操縦するには，モータの出力調整にある程度の慣れが必要
である．この DC モータを PI 制御することによって，ボートの操縦に不慣れな初心者でも，負担の少ない操船が可能と
なり，練習時間の大小に関係なく安定して良好な成績が期待できる．
また電気工学科では，制御の基礎を学ぶ工学実験として，シミュレータ機器を使った応答波形の解析やソフトウェア
によるモータ制御系の解析などを行っている．しかし，基礎的な制御であるモータ制御についての理解度が低いという
問題がある．その原因としては，１）制御工学で用いる式等が難解である，２）シミュレーションでは制御対象となる
モータがないため，現実の制御の様子を体感して理解しにくい，３）伝達関数や応答波形による抽象的なデータに関心
や興味が湧きにくい，などが挙げられる．
そこで，本研究では理解度が低い原因２）と３）を改善するために，ソーラーボート用 DC モータとスクリューを用
いた推力実験装置を設計・試作し，ソーラーボート用 DC モータの PI 制御を試みた．従来は市販のコントローラを直接
手動で制御していたが，
コントローラを含めたモータを制御対象として，
マイコンによるフィードバック制御を行った．
現実の制御の実例を体感することで，関心や興味を持って理解することができるのではないかと考える．
2. 実験装置の概要
実験装置は過去にスクリューの推力を測定するた
めに試作したものを使用し，駆動部と制御盤に分か
れている．駆動部（図１）は組み立て式プール内に
設置するもので，DC モータと軸，スクリューを設
置している．軸は３個のベアリングユニットで固定
し，モータとの接続はユニバーサルジョイントを使
用した．制御盤（図２）の前面パネルには出力調整
用ツマミ，回転数（ディジタル），モータ電圧・電流
図１
駆動部
図２
制御盤
（ディジタル／アナログ），バッテリ電圧電流（ディジタル／アナログ）の表示器を配置した．回転数の計測は軸に取り
付けた歯車の凹凸を近接センサで検知し，そのパルスを[rpm]に変換し表示している．
3．制御システムの設計と実装
モータコントローラにステップ入力を与えた時の
スクリューの回転数の応答波形を解析し，むだ時間
＋一次遅れで近似して伝達関数を求め，制御系のモ
デル化を行った．モデルを離散化し，C 言語でプロ
グラムを作成した．マイコンには浮動小数点演算機
能がついた STM 社製 ARM Cortex-M4 を使用した．
PI 制御系のブロック図を図３に示す．
図３
PI 制御系のブロック図
4. おわりに
組み立て式プールなどは常設に向かない大がかりな実験装置となるため，現在のところ工学実験で使用することはな
いが，ソーラーボート同好会の学生を対象に実験を実施する予定である．今後は，さらに効率の良いブラシレスモータ
に置き換えた実験もできるよう改良していく予定である．
謝辞
本研究は JSPS 科研費・奨励研究（23918006）の助成を受けたものである．