閉ループ制御は、フィードバックを利用してシステムを目標値に維持します。コントローラは出力値を測定し、それを目標値と比較し、入力値を調整して誤差を低減します。これは、指令と結果の間で継続的に行われる対話です。

サーモスタットはその典型的な例です。室温を測定し、設定温度と比較して、ヒーターのオン/オフを切り替えます。ロボットアームも同様のロジックを使用しています。エンコーダーが関節角度を測定し、コントローラーがそれを指令された角度と比較し、モーターが調整します。フィードバックがない場合、システムはオープンループで動作し、ドリフトが発生します。

閉ループ制御における主要用語

• 設定値：目標値。
• エラー：設定値と実際の値の差。
• フィードバック：測定された出力。
• コントローラー：補正値を計算するアルゴリズム。
• アクチュエータ：補正を行う装置。

PID制御はまさに主力技術です。比例制御は現在の誤差に対応し、積分制御は累積誤差を補正し、微分制御は将来の誤差を予測します。これら3つのゲインの調整は、まさに芸術と科学の融合と言えるでしょう。ゲインが大きすぎるとシステムが振動し、小さすぎると反応が鈍くなります。現代のロボットはモデル予測制御のようなより高度な手法を用いますが、基本的な考え方は同じです。つまり、測定し、比較し、修正し、繰り返すということです。これは、ただ最善を祈るだけの機械と、何が起こっているかを把握している機械との違いと言えるでしょう。