外乱オブザーバ(Disturbance observer; DOB)はフィードバックシステムに外乱が加わるような状況で，比較的簡単に外乱を除去し安定化できる強力なツールですが，ウェブにはあまり記述が無いようだったので書いてみました．
- 外乱オブザーバとは？
- なぜ外乱オブザーバが必要なのか
- 基本原理
- 実際の外乱オブザーバ（ノミナルモデル，ローパスフィルタ）
そもそも外乱オブザーバとは？
“外乱”でググってみると，以下のような説明が得られます．
ある通信系に、所定の信号系以外から加わり妨害となる信号。 --- 大辞林大体内容としては間違いないですが，今回扱うのは”通信系”に限らず，制御システムに対してはたらく，妨害となる信号くらいに留めておきます．
外乱オブザーバとは，このような外乱を除去するために，制御系のコントローラに組み込む補償器のひとつです．
なぜ外乱オブザーバが必要なのか
次のような1次遅れ系のフィードバックループを考えてみます．
ここで，はコントローラ，は制御対象です．また，目標値を，出力をで表します．
外乱というと，図の1, 2, 3番の箇所に加わることが想定されますが，本稿では1について記述します．
また，以下の理由で2, 3番を省いています．
2番の部分に入力される外乱は，フィードバックループを構成する主な目的のひとつのため，比較的簡単に除去（補償）できる．
3番については，システム自体は目標値通り動作している（外乱によって我々使用者が目標値どおりに動作しているか確認できないだけの状態）ため．1番は，コントローラは制御対象を最適に動作させるための操作量を正常に生成できているが，それが外乱によって変えられ制御対象に入力されてしまっている状態です．
つまり，PIDなどのコントローラを適切に設計しても，設計通りの操作量が制御対象に入力されないということです．
今回はこの外乱を除去する外乱オブザーバについて述べていきます．
ここでは，"最適な操作量"は設計時に想定している操作量を指します．
最適レギュレータなどの最適とは根本的に異なる内容ですのであしからず．