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22.5 : メイソンの法則

メイソンの法則は、制御システムと信号処理における強力なツールです。信号フローグラフからの伝達関数の計算を簡素化します。この方法では、ループゲイン、フォワードパスゲイン、非接触ループなどのさまざまな要素を活用して、伝達関数を効率的に決定します。

ループゲインは、ノードからそのノードに戻るパスを識別して辿ることによって決定されます。これには、ループに沿ったブランチゲインの積の計算が含まれます。各ループのゲインは、以降の計算に非常に重要であり、システム全体の動作に影響します。

フォワードパスゲインは、入力ノードから出力ノードまでのパスを辿ることによって計算されます。ループゲインと同様に、このパスに沿ったゲインの積が関係します。フォワードパスは、入力が出力に直接及ぼす影響を表し、伝達関数を決定するために不可欠です。

非接触ループとは、信号フローグラフ内で共通ノードを共有しないループです。非接触ループのゲインは、個々のループゲインの積です。これらの非接触ループは、メイソンの法則で使用される行列式デルタ (Δ) の計算に影響を与えるため重要です。

デルタ (Δ) は、ループゲインと、同時に 2 つ以上の非接触ループのゲインを交互に加算して得られるものです。数学的には、次のように表すことができます。

Equation1

Δ_k は Δ の修正バージョンであり、k 番目のフォワードパスと交差するループゲインを除外します。この除外は、システムの伝達関数を正確に決定するために重要です。

メイソンの法則を使用してシステムの伝達関数を計算するには、次の手順に従います。

  1. 入力から出力までのすべてのフォワードパスゲイン (T_k) を識別します。
  2. すべてのループゲイン (L_i) を評価し、非接触ループを識別します。
  3. 説明されているように、ループ ゲインと非接触ループ ゲインの積を合計および減算して Δ を計算します。
  4. 各フォワードパスについて、交差するループゲインを除外して Δ_k を計算します。
  5. これらの値をメイソンの法則に代入すると、次のようになります。

Equation2

これらのステップを通じて、メイソンの法則は複雑なシステムの伝達関数を導き出すための体系的かつ組織的なアプローチを提供し、制御理論と信号処理に不可欠なものとなっています。

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Mason s RuleControl SystemsSignal ProcessingTransfer FunctionSignal flow GraphsLoop GainsForward path GainsNon touching LoopsDeltaComputation StepsSystem BehaviorTransfer Function CalculationControl Theory

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