JP2003018873A - サーボ制御装置 - Google Patents

サーボ制御装置

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JP2003018873A
JP2003018873A JP2001199405A JP2001199405A JP2003018873A JP 2003018873 A JP2003018873 A JP 2003018873A JP 2001199405 A JP2001199405 A JP 2001199405A JP 2001199405 A JP2001199405 A JP 2001199405A JP 2003018873 A JP2003018873 A JP 2003018873A
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Sukeaki Aida
祐明 会田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 各フィードバック演算器の出力間の誤差を無
限に蓄積してしまうことを防止でき、且つ積分器の出力
が飽和することを防止でき、サーボドライバへ与える指
令値の切替時における指令値の急変を防止し得、制御対
象及びモータの振動の発生、サーボドライバにおける過
電流の発生、積分器の飽和による正常な制御の不能状態
の発生といった機械的、電気的、制御的悪影響を無くす
ことが通常時の制御性能を低下させることなく実現でき
るサーボ制御装置を提供する。 【解決手段】 サーボドライバ120へ指令値を与える
主フィードバック演算器102並びに予備フィードバッ
ク演算器111の積分器を不完全積分器108,117
とする。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、冗長性を持たせた
サーボ制御装置に関するものである。 【0002】 【従来の技術】一般に、トランスファプレスの送り機構
などの制御には、サーボ制御が用いられているが、従来
のサーボ制御装置においては、制御性能向上のために、
サーボドライバに与える指令値を演算するフィードバッ
ク演算器に一つ以上の積分器を設けると共に、サーボ制
御装置の冗長性を高めるために、フィードバック演算器
を複数用意して、万一、一つのフィードバック演算器に
異常が発生したような場合には、それらの出力を切り替
えるよう構成している。 【0003】図3は従来のサーボ制御装置の一例を示す
ものであって、該サーボ制御装置は、制御対象122を
駆動するモータ121の速度を検出し速度信号124と
して出力するパルスジェネレータ、エンコーダ、レゾル
バ、タコジェネレータなどの速度検出器123と、モー
タ121を追従させるべき速度指令値125を生成する
速度指令生成器101と、速度指令生成器101で生成
された速度指令値125と速度検出器123で検出され
た速度信号124に基づき制御対象122の速度を速度
指令値125に追従させるためのトルク指令値127を
演算して出力する主フィードバック演算器301及び予
備フィードバック演算器304と、主フィードバック演
算器301の状態を監視する制御切替信号生成器110
と、制御切替信号生成器110からの制御切替信号に基
づき、通常は主フィードバック演算器301で演算され
た指令値をトルク指令値127として出力する一方、万
一、主フィードバック演算器301に異常が発生したと
きには、主フィードバック演算器301で演算された指
令値の代わりに予備フィードバック演算器304で演算
された指令値をトルク指令値127として出力する制御
切替器119と、制御切替器119から出力されるトル
ク指令値127に応じた電流をモータ121に出力する
サーボドライバ120とを備えてなる構成を有してい
る。 【0004】前記主フィードバック演算器301は、速
度指令生成器101で生成された速度指令値125と速
度検出器123で検出された速度信号124との差を求
め速度偏差信号126を出力する偏差演算器103と、
該偏差演算器103から出力される速度偏差信号126
をなくすための指令値を出力する制御器303とを備
え、該制御器303は、制御演算器104と、一つ以上
の積分器105からなる完全積分器302とを備えてい
る。 【0005】前記予備フィードバック演算器304は、
前記主フィードバック演算器301と同様、速度指令生
成器101で生成された速度指令値125と速度検出器
123で検出された速度信号124との差を求め速度偏
差信号126を出力する偏差演算器112と、該偏差演
算器112から出力される速度偏差信号126をなくす
ための指令値を出力する制御器306とを備え、該制御
器306は、制御演算器113と、一つ以上の積分器1
14からなる完全積分器305とを備えている。 【0006】尚、制御器303,306としては、例え
ば、アナログ回路やデジタル電子回路若しくはソフトウ
ェアで構成した、PID制御器や二自由度PID制御
器、フィードフォワード制御器などが挙げられる。 【0007】図3に示されるようなサーボ制御装置にお
いては、制御対象122を駆動するモータ121の速度
が速度検出器123により検出され、速度信号124と
して主フィードバック演算器301の偏差演算器103
並びに予備フィードバック演算器304の偏差演算器1
12へ出力され、該主フィードバック演算器301の偏
差演算器103並びに予備フィードバック演算器304
の偏差演算器112において、速度指令生成器101で
生成された速度指令値125と速度検出器123で検出
された速度信号124との差が速度偏差信号126とし
て求められ、制御演算器104と完全積分器302とか
らなる制御器303並びに制御演算器113と完全積分
器305とからなる制御器306において、前記偏差演
算器103,112から出力される速度偏差信号126
をなくすための指令値が制御切替器119へ出力され
る。 【0008】ここで、主フィードバック演算器301の
状態は制御切替信号生成器110によって監視されてお
り、該制御切替信号生成器110からの制御切替信号に
基づき、通常は、制御切替器119は主フィードバック
演算器301側に保持され、主フィードバック演算器3
01で演算された指令値が制御切替器119を介しトル
ク指令値127としてサーボドライバ120へ出力さ
れ、該サーボドライバ120からトルク指令値127に
応じた電流がモータ121に出力され、これにより、速
度指令生成器101で生成される速度指令値125に従
ってモータ121が駆動され、制御対象122の速度が
速度指令値125に追従するように制御される。 【0009】一方、万一、主フィードバック演算器30
1に異常が発生したときには、制御切替信号生成器11
0からの制御切替信号に基づき、制御切替器119が予
備フィードバック演算器304側に切り替えられ、主フ
ィードバック演算器301で演算された指令値の代わり
に予備フィードバック演算器304で演算された指令値
が制御切替器119を介しトルク指令値127としてサ
ーボドライバ120へ出力される。 【0010】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
如き従来のサーボ制御装置では、速度信号124のノイ
ズ、偏差演算器103,112や制御演算器104,1
13における演算誤差、演算タイミングのずれ、浮動小
数点演算における情報落ちなどの原因により、主フィー
ドバック演算器301内の制御演算器104の出力と予
備フィードバック演算器304内の制御演算器113の
出力の間には、わずかながら誤差が生じる。この差は積
分器105,114によって蓄積され、主フィードバッ
ク演算器301で演算された指令値と予備フィードバッ
ク演算器304で演算された指令値との間に大きな差が
生じる。又、積分器105,114を電子回路若しくは
ソフトウェアで実現するために、該積分器105,11
4からの出力に上限や下限を設けている場合、差が蓄積
されるにつれ、予備フィードバック演算器304の積分
器114の出力は飽和してしまい、正確な値を出力しな
くなる。 【0011】以上の理由により、制御切替信号生成器1
10が、主フィードバック演算器301で演算された指
令値の代わりに、予備フィードバック演算器304で演
算された指令値をサーボドライバ120へのトルク指令
値127として入力するように制御切替器119を切り
替えたときに、サーボドライバ120へ入力するトルク
指令値127が、主フィードバック演算器301で演算
された指令値と予備フィードバック演算器304で演算
された指令値の差だけ急変して、サーボドライバ120
に過電流が発生したり、モータ121や制御対象122
の動きが振動するといった問題が発生する。又、制御を
切り替えたときに積分器114の出力が飽和値に達して
いた場合、積分器114の出力が主フィードバック演算
器301の積分器105の出力と等しくなるまでは、予
備フィードバック演算器304は正常な制御値をサーボ
ドライバ120に出力できないといった問題が生じてい
た。 【0012】本発明は、斯かる実情に鑑み、各フィード
バック演算器の出力間の誤差を無限に蓄積してしまうこ
とを防止でき、且つ積分器の出力が飽和することを防止
でき、サーボドライバへ与える指令値の切替時における
指令値の急変を防止し得、制御対象及びモータの振動の
発生、サーボドライバにおける過電流の発生、積分器の
飽和による正常な制御の不能状態の発生といった機械
的、電気的、制御的悪影響を無くすことが通常時の制御
性能を低下させることなく実現できるサーボ制御装置を
提供しようとするものである。 【0013】 【課題を解決するための手段】本発明は、制御対象にお
ける実際の検出信号と制御目標値との偏差信号に基づき
サーボドライバへの指令値を演算するための少なくとも
一つの積分器を有するフィードバック演算器を複数備
え、サーボドライバへ指令値を与えるフィードバック演
算器を制御切替信号によって選択し、制御対象を制御目
標値に追従するよう制御するサーボ制御装置において、
サーボドライバへ指令値を与えるフィードバック演算器
の積分器を不完全積分器としたことを特徴とするサーボ
制御装置にかかるものである。 【0014】上記手段によれば、以下のような作用が得
られる。 【0015】サーボドライバへ指令値を与えるフィード
バック演算器の積分器を不完全積分器とすると、各フィ
ードバック演算器の出力間の誤差を無限に蓄積してしま
うことが防止され、且つ積分器の出力が飽和することも
防止される。 【0016】このため、例えば、制御切替信号によって
主フィードバック演算器から予備フィードバック演算器
が選択され、サーボドライバへ与える指令値が、主フィ
ードバック演算器で演算された指令値から予備フィード
バック演算器で演算された指令値に切り替えられたと
き、サーボドライバへの指令値が滑らかに変化するよう
になり、指令値の急変が防止され、指令値の急変のため
に制御対象及びモータが振動したり、サーボドライバに
過電流が発生したり、積分器の飽和によって正常な制御
が不能になるといった機械的、電気的、制御的悪影響を
無くすことが通常時の制御性能を低下させることなく実
現可能となる。 【0017】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
例と共に説明する。 【0018】図1は本発明を実施する形態の一例であっ
て、図中、図3と同一の符号を付した部分は同一物を表
わしており、基本的な構成は図3に示す従来のものと同
様であるが、本図示例の特徴とするところは、図1に示
す如く、サーボドライバ120へ指令値を与える主フィ
ードバック演算器102の積分器を不完全積分器108
とすると共に、サーボドライバ120へ指令値を与える
予備フィードバック演算器111の積分器を不完全積分
器117とした点にある。 【0019】本図示例の場合、不完全積分器108は、
積分器105と減衰ゲイン106と偏差演算器107と
で構成し、不完全積分器117は、積分器114と減衰
ゲイン115と偏差演算器116とで構成し、それぞれ
過去の履歴を時間の重みをつけて棄却し、0へと減衰さ
せるようになっており、又、制御演算器104と、不完
全積分器108とから制御器109を構成し、制御演算
器113と、不完全積分器117とから制御器118を
構成し、更に又、偏差演算器103と制御器109とか
ら主フィードバック演算器102を構成し、偏差演算器
112と制御器118とから予備フィードバック演算器
111を構成している。 【0020】次に、上記図示例の作動を説明する。 【0021】サーボドライバ120へ指令値を与える主
フィードバック演算器102並びに予備フィードバック
演算器111の積分器をそれぞれ不完全積分器108,
117とすると、主フィードバック演算器102並びに
予備フィードバック演算器111の出力間の誤差を無限
に蓄積してしまうことが防止され、且つ予備フィードバ
ック演算器111の積分器114の出力が飽和すること
も防止される。 【0022】このため、主フィードバック演算器102
に異常が発生し、制御切替信号生成器110から出力さ
れる制御切替信号によって主フィードバック演算器10
2から予備フィードバック演算器111が選択され、サ
ーボドライバ120へ与える指令値が、主フィードバッ
ク演算器102で演算された指令値から予備フィードバ
ック演算器111で演算された指令値に切り替えられた
とき、サーボドライバ120への指令値が滑らかに変化
するようになり、指令値の急変が防止され、指令値の急
変のために制御対象122及びモータ121が振動した
り、サーボドライバ120に過電流が発生したり、予備
フィードバック演算器111の積分器114の飽和によ
って正常な制御が不能になるといった機械的、電気的、
制御的悪影響を無くすことが通常時の制御性能を低下さ
せることなく実現可能となる。 【0023】こうして、主フィードバック演算器102
と予備フィードバック演算器111の出力間の誤差を無
限に蓄積してしまうことを防止でき、且つ予備フィード
バック演算器111の積分器114の出力が飽和するこ
とを防止でき、サーボドライバ120へ与える指令値の
切替時における指令値の急変を防止し得、制御対象12
2及びモータ121の振動の発生、サーボドライバ12
0における過電流の発生、予備フィードバック演算器1
11の積分器114の飽和による正常な制御の不能状態
の発生といった機械的、電気的、制御的悪影響を無くす
ことが通常時の制御性能を低下させることなく実現でき
る。 【0024】図2は本発明を実施する形態の他の例であ
って、図中、図1と同一の符号を付した部分は同一物を
表わしており、制御対象122を二台のモータ121
a,121bを用いて駆動するようにしたものである。 【0025】本図示例の場合、制御対象122を駆動す
るモータ121a,121bの速度を検出し速度信号1
24a,124bとして出力するパルスジェネレータ、
エンコーダ、レゾルバ、タコジェネレータなどの速度検
出器123a,123bと、モータ121a,121b
を追従させるべき速度指令値125を生成する速度指令
生成器101と、速度指令生成器101で生成された速
度指令値125と速度検出器123a,123bで検出
された速度信号124a,124bに基づき制御対象1
22の速度を速度指令値125に追従させるためのトル
ク指令値127を演算して出力する主フィードバック演
算器102及び予備フィードバック演算器111と、主
フィードバック演算器102の状態を監視する異常状態
検出器201と、異常状態検出器201からの制御切替
信号に基づき、通常は主フィードバック演算器102で
演算された指令値をトルク指令値127として出力する
一方、万一、主フィードバック演算器102に異常が発
生したときには、主フィードバック演算器102で演算
された指令値の代わりに予備フィードバック演算器11
1で演算された指令値をトルク指令値127として出力
する制御切替器119と、制御切替器119から出力さ
れるトルク指令値127に応じた電流をモータ121
a,121bに出力するサーボドライバ120a,12
0bとを備えている。 【0026】前記主フィードバック演算器102は、図
1に示す例と同様、偏差演算器103と制御演算器10
4と不完全積分器108とを備え、前記予備フィードバ
ック演算器111も、図1に示す例と同様、偏差演算器
112と制御演算器113と不完全積分器117とを備
え、不完全積分器108は、積分器105と減衰ゲイン
106と偏差演算器107とで構成し、不完全積分器1
17は、積分器114と減衰ゲイン115と偏差演算器
116とで構成し、それぞれ過去の履歴を時間の重みを
つけて棄却し、0へと減衰させるようになっている。 【0027】又、前記異常状態検出器201は、図1に
示す制御切替信号生成器110に対応するものであっ
て、例えば、速度指令生成器101と主フィードバック
演算器102の間のインタフェースエラーや、主フィー
ドバック演算器102のウォッチドッグタイマ異常や、
速度検出器123aと主フィードバック演算器102の
間の断線を検出して異常を判断するものが用いられる。 【0028】図2に示す例においては、制御対象122
を駆動するモータ121a,121bの速度が速度検出
器123a,123bにより検出され、速度信号124
a,124bとして主フィードバック演算器102の偏
差演算器103並びに予備フィードバック演算器111
の偏差演算器112へ出力され、該主フィードバック演
算器102の偏差演算器103並びに予備フィードバッ
ク演算器111の偏差演算器112において、速度指令
生成器101で生成された速度指令値125と速度検出
器123a,123bで検出された速度信号124a,
124bとの差が速度偏差信号126として求められ、
制御演算器104と不完全積分器108とからなる制御
器109並びに制御演算器113と不完全積分器117
とからなる制御器118において、前記偏差演算器10
3,112から出力される速度偏差信号126をなくす
ための指令値が制御切替器119へ出力される。 【0029】ここで、主フィードバック演算器102の
状態は異常状態検出器201によって監視されており、
該異常状態検出器201からの制御切替信号に基づき、
通常は、制御切替器119は主フィードバック演算器1
02側に保持され、主フィードバック演算器102で演
算された指令値が制御切替器119を介しトルク指令値
127としてサーボドライバ120a,120bへ出力
され、該サーボドライバ120a,120bからトルク
指令値127に応じた電流がモータ121a,121b
に出力され、これにより、速度指令生成器101で生成
される速度指令値125に従ってモータ121a,12
1bが駆動され、制御対象122の速度が速度指令値1
25に追従するように制御される。 【0030】一方、万一、主フィードバック演算器10
2に異常が発生したときには、異常状態検出器201か
らの制御切替信号に基づき、制御切替器119が予備フ
ィードバック演算器111側に切り替えられ、主フィー
ドバック演算器102で演算された指令値の代わりに予
備フィードバック演算器111で演算された指令値が制
御切替器119を介しトルク指令値127としてサーボ
ドライバ120a,120bへ出力される。 【0031】ここで、主フィードバック演算器102内
の制御演算器104と予備フィードバック演算器111
内の制御演算器113の出力の間には、速度検出器12
3a,123bやモータ121a,121b又はサーボ
ドライバ120a,120bの固体差による入力値のず
れや、各制御演算器104,113での演算による桁落
ちや情報落ち、丸め誤差や、演算タイミングのずれなど
による誤差が生じているが、サーボドライバ120a,
120bへ指令値を与える主フィードバック演算器10
2並びに予備フィードバック演算器111の積分器はそ
れぞれ不完全積分器108,117としてあるため、図
1に示す例の場合と同様、主フィードバック演算器10
2並びに予備フィードバック演算器111の出力間の誤
差を無限に蓄積してしまうことが防止され、且つ予備フ
ィードバック演算器111の積分器114の出力が飽和
することも防止される。 【0032】このため、主フィードバック演算器102
に異常が発生し、異常状態検出器201から出力される
制御切替信号によって主フィードバック演算器102か
ら予備フィードバック演算器111が選択され、サーボ
ドライバ120a,120bへ与える指令値が、主フィ
ードバック演算器102で演算された指令値から予備フ
ィードバック演算器111で演算された指令値に切り替
えられたとき、サーボドライバ120a,120bへの
指令値が滑らかに変化するようになり、指令値の急変が
防止され、指令値の急変のために制御対象122及びモ
ータ121a,121bが振動したり、サーボドライバ
120a,120bに過電流が発生したり、予備フィー
ドバック演算器111の積分器114の飽和によって正
常な制御が不能になるといった機械的、電気的、制御的
悪影響を無くすことが通常時の制御性能を低下させるこ
となく実現可能となる。 【0033】こうして、図2に示す例の場合にも、主フ
ィードバック演算器102と予備フィードバック演算器
111の出力間の誤差を無限に蓄積してしまうことを防
止でき、且つ予備フィードバック演算器111の積分器
114の出力が飽和することを防止でき、サーボドライ
バ120a,120bへ与える指令値の切替時における
指令値の急変を防止し得、制御対象122及びモータ1
21a,121bの振動の発生、サーボドライバ120
a,120bにおける過電流の発生、予備フィードバッ
ク演算器111の積分器114の飽和による正常な制御
の不能状態の発生といった機械的、電気的、制御的悪影
響を無くすことが通常時の制御性能を低下させることな
く実現できる。 【0034】尚、本発明のサーボ制御装置は、上述の図
示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸
脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論
である。 【0035】例えば、上述の図示例では、速度を制御目
標値とする場合を示しているが、位置を制御目標値とす
る場合にも本発明は適用可能である。位置を制御目標値
とする場合は位置検出器として、パルスジェネレータ、
エンコーダ、レゾルバなどを使用することが考えられ
る。 【0036】又、上述の図示例では、サーボドライバに
入力する指令値としてトルク指令値を入力する場合を示
したが、トルク以外、例えば位置指令値や速度指令値や
電流指令値をサーボドライバに入力する場合にも本発明
は適用できる。 【0037】更に又、上述の図示例では、不完全積分器
として、積分器と減衰ゲインと偏差演算器で構成する例
を示したが、不完全積分器の入力と出力の関係が同じで
あれば、不完全積分器を他の構成としてもよい。 【0038】又、上述の図示例では、予備のサーボ制御
装置は一台であったが、二台以上の予備フィードバック
演算器を有するサーボ制御系にも本発明は適用できる。 【0039】又、図2に示す例において、モータ二台で
一つの負荷を駆動させる代わりに、三台以上のモータで
一つの負荷を駆動する場合にも本発明は適用できる。 【0040】更に又、図2に示す例において、モータ二
台で一つの負荷を駆動させる代わりに、一台のモータに
複数の速度検出器、又は位置検出器を取り付けた装置構
成の場合にも本発明は適用できる。 【0041】 【発明の効果】以上、説明したように本発明のサーボ制
御装置によれば、各フィードバック演算器の出力間の誤
差を無限に蓄積してしまうことを防止でき、且つ積分器
の出力が飽和することを防止でき、サーボドライバへ与
える指令値の切替時における指令値の急変を防止し得、
制御対象及びモータの振動の発生、サーボドライバにお
ける過電流の発生、積分器の飽和による正常な制御の不
能状態の発生といった機械的、電気的、制御的悪影響を
無くすことが通常時の制御性能を低下させることなく実
現できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明を実施する形態の一例のブロック図であ
る。 【図2】本発明を実施する形態の他の例のブロック図で
ある。 【図3】従来例のブロック図である。 【符号の説明】 102 主フィードバック演算器(フィードバック演
算器) 103 偏差演算器 104 制御演算器 105 積分器 106 減衰ゲイン 107 偏差演算器 108 不完全積分器 110 制御切替信号生成器 111 予備フィードバック演算器(フィードバック
演算器) 112 偏差演算器 113 制御演算器 114 積分器 115 減衰ゲイン 116 偏差演算器 117 不完全積分器 119 制御切替器 120 サーボドライバ 120a サーボドライバ 120b サーボドライバ 121 モータ 121a モータ 121b モータ 122 制御対象 124 速度信号(検出信号) 124a 速度信号(検出信号) 124b 速度信号(検出信号) 125 速度指令値(制御目標値) 126 速度偏差信号(偏差信号) 127 トルク指令値(指令値) 201 異常状態検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H303 AA02 BB17 CC10 DD01 JJ02 KK03 KK17 KK24 5H550 AA03 BB05 BB08 DD01 GG03 HB02 JJ22 JJ25 JJ30 LL04 LL07

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 制御対象における実際の検出信号と制御
    目標値との偏差信号に基づきサーボドライバへの指令値
    を演算するための少なくとも一つの積分器を有するフィ
    ードバック演算器を複数備え、サーボドライバへ指令値
    を与えるフィードバック演算器を制御切替信号によって
    選択し、制御対象を制御目標値に追従するよう制御する
    サーボ制御装置において、 サーボドライバへ指令値を与えるフィードバック演算器
    の積分器を不完全積分器としたことを特徴とするサーボ
    制御装置。
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