《機械》〈情報伝送及び処理〉[H18:問6]ディジタル制御システムの入力処理に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★★☆☆（普通）

次の文章は，ディジタル制御システムの入力処理に関する記述である。文中の\( \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ \)に当てはまる語句を解答群の中から選び，その記号をマークシートに記入しなさい。

マイクロプロセッサを用いたディジタル制御システムは，目覚しく発展している。

このようなディジタル制御においては，時間軸方向と振幅方向の成分を持つアナログ信号を，ある一定の離散時間間隔で取り出す\( \ \fbox {　 （１） 　} \ \)と，ビット列に数値化する\( \ \fbox {　 （２） 　} \ \)によってディジタル信号に変換する。この際，\( \ \fbox {　 （３） 　} \ \)で定まる\( \ \fbox {　 （４） 　} \ \)周波数よりも低い周波数帯域に，アナログ信号を限定する必要がある。アナログ信号に\( \ \fbox {　 （４） 　} \ \)周波数以上の周波数が含まれると，本来存在しない低周波数の信号としてディジタル信号に雑音がのることになる。これを折り返し現象という。この現象を防ぐには，あらかじめ\( \ \fbox {　 （５） 　} \ \)フィルタを用いて，アナログ信号の周波数帯域を制限すればよい。

〔問6の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　低域通過　　　　　&（ロ）&　共　振　　　　　&（ハ）&　スモールゲイン定理 \\[ 5pt ] &（ニ）&　量子化　　　　　&（ホ）&　割込み　　　　　&（ヘ）&　ベイズの定理 \\[ 5pt ] &（ト）&　標本化　　　　　&（チ）&　折　点　　　　　&（リ）&　定量化 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　ナイキスト　　　　　&（ル）&　ディジタル　　　　　　　&（ヲ）&　アルゴリズム化 \\[ 5pt ] &（ワ）&　サンプリング定理　　　　　　　　&（カ）&　平滑化　　　　　&（ヨ）&　高域通過 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

ディジタル制御システムのうち入力処理に関する問題です。
電験でも何度か類題が出題されていますが，選択問題ではない出題は珍しい印象です。二次試験では出題されない内容なので，各名称を覚えておくようにして下さい。

1.ディジタル伝送方式
ディジタル伝送方式は，アナログ量である情報をディジタル量に変換\( \ \mathrm {A ／ D} \ \)変換してから情報を伝送する仕組みで，下記のような過程を経て情報を伝送します。量子化されていることから雑音（ノイズ）の影響を受けにくいことやコンピュータで処理しやすい等の特長がありいます。

①標本化（サンプリング）
　アナログ量の大きさを一定周期\( \ T \ \)ごとに読み取り，期間\( \ T \ \)の間はその値が一定であるようにすることです。\( \ \displaystyle \frac {1}{T} \ \)をサンプリング周波数と言います。サンプリング周波数の\( \ \displaystyle \frac {1}{2} \ \)以上の周波数（ナイキスト周波数）を持つと，折り返し誤差が発生する（エイリアシング現象）ので，ローパスフィルタ（低域通過フィルタ）で除去する必要があります。

②量子化
　標本化した情報を\( \ \mathrm {A ／ D} \ \)変換器でディジタル値に変換することを言います。

③符号化
　量子化した情報をサンプリング周波数毎のパルス化することを言います。

【解答】

(1)解答：ト
題意より，解答候補は（ニ）量子化，（ト）標本化，（リ）定量化，（ヲ）アルゴリズム化，（カ）平滑化，になると思います。
ワンポイント解説「1.ディジタル伝送方式」の通り，アナログ信号をある一定の離散時間間隔で取り出すことを標本化といいます。

(2)解答：ニ
題意より，解答候補は（ニ）量子化，（ト）標本化，（リ）定量化，（ヲ）アルゴリズム化，（カ）平滑化，になると思います。
ワンポイント解説「1.ディジタル伝送方式」の通り，標本化した信号をビット列に数値化することを量子化といいます。

(3)解答：ワ
題意より，解答候補は（ハ）スモールゲイン定理，（ヘ）ベイズの定理，（ワ）サンプリング定理，になると思います。
ワンポイント解説「1.ディジタル伝送方式」の通り，サンプリング周波数の\( \ \displaystyle \frac {1}{2} \ \)以上の周波数を持つと折り返し誤差が発生するというサンプリング定理（標本化定理）によりアナログ信号を限定する必要があります。

(4)解答：ヌ
題意より，解答候補は（ロ）共振，（チ）折点，（ヌ）ナイキスト，（ル）ディジタル，になると思います。
ワンポイント解説「1.ディジタル伝送方式」の通り，サンプリング周波数の\( \ \displaystyle \frac {1}{2} \ \)以上の周波数のことをナイキスト周波数といい，アナログ信号にナイキスト周波数以上の周波数が含まれると，本来存在しない低周波数の信号としてディジタル信号に雑音がのることになります。

(5)解答：イ
題意より，解答候補は（イ）低域通過，（ホ）割込み，（ヨ）高域通過，になると思います。
ワンポイント解説「1.ディジタル伝送方式」の通り，折り返し現象（エイリアシング現象）を防ぐにはあらかじめ低域通過フィルタ（ローパスフィルタ）を設けておく必要があります。