JPH05189006A - ディジタル制御回路 - Google Patents
ディジタル制御回路Info
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- JPH05189006A JPH05189006A JP2166992A JP2166992A JPH05189006A JP H05189006 A JPH05189006 A JP H05189006A JP 2166992 A JP2166992 A JP 2166992A JP 2166992 A JP2166992 A JP 2166992A JP H05189006 A JPH05189006 A JP H05189006A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 入力信号の振幅やアクチュエータの移動速度
に応じてAD変換器およびDA変換器の量子化のステッ
プ幅を変化させることにより、ディジタル信号処理回路
のダイナミックレンジの拡大および高分解能を可能にす
る。 【構成】 アクチュエータ制御用のディジタル制御回路
において、入力信号を量子化するAD変換器2の直前に
入力信号の振幅に応じて圧縮率が変化する信号振幅圧縮
回路1を設け、出力信号をアナログ化するDA変換器4
の直後に出力信号の振幅に応じて伸張率が変化する信号
振幅伸張回路5を設ける。これによって、ディジタル信
号処理回路の入出力信号に対してアクチュエータ制御上
の信号の特性に基づいた圧縮伸張処理を施すことによ
り、アクチュエータ移動制御時のダイナミックレンジの
確保,アクチュエータ追従制御時の高精度化が容易にな
る。
に応じてAD変換器およびDA変換器の量子化のステッ
プ幅を変化させることにより、ディジタル信号処理回路
のダイナミックレンジの拡大および高分解能を可能にす
る。 【構成】 アクチュエータ制御用のディジタル制御回路
において、入力信号を量子化するAD変換器2の直前に
入力信号の振幅に応じて圧縮率が変化する信号振幅圧縮
回路1を設け、出力信号をアナログ化するDA変換器4
の直後に出力信号の振幅に応じて伸張率が変化する信号
振幅伸張回路5を設ける。これによって、ディジタル信
号処理回路の入出力信号に対してアクチュエータ制御上
の信号の特性に基づいた圧縮伸張処理を施すことによ
り、アクチュエータ移動制御時のダイナミックレンジの
確保,アクチュエータ追従制御時の高精度化が容易にな
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アクチュエータ制御用
のディジタル制御回路に関するものである。
のディジタル制御回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、ロボットの制御を始めとして、高
速な位置決め制御を行う磁気ディスク装置,光ディスク
装置等にもディジタル信号処理を応用した高精度な位置
決め制御が施されるようになってきた。このディジタル
信号処理を中心とする制御は古くから研究されてきた
が、LSI技術が発展し高速なディジタル信号処理プロ
セッサ(DSP)が開発されてから実用に供されるよう
になった。DSPの開発により、ディジタル信号処理の
高速化と高精度化が進み、現在ではディジタル信号処理
の基本となる積和演算を数十nsecで実行し、演算精
度も32ビットの浮動小数点が扱えるまでに至っている。
速な位置決め制御を行う磁気ディスク装置,光ディスク
装置等にもディジタル信号処理を応用した高精度な位置
決め制御が施されるようになってきた。このディジタル
信号処理を中心とする制御は古くから研究されてきた
が、LSI技術が発展し高速なディジタル信号処理プロ
セッサ(DSP)が開発されてから実用に供されるよう
になった。DSPの開発により、ディジタル信号処理の
高速化と高精度化が進み、現在ではディジタル信号処理
の基本となる積和演算を数十nsecで実行し、演算精
度も32ビットの浮動小数点が扱えるまでに至っている。
【0003】DSPの開発に合わせて信号を取り込むA
D変換器やDA変換器も高速高精度化が進められている
が、DSPに比較すると極めて単機能であり応用分野も
限らることから、DSPの高速高精度化には追従できな
いのが実情である。例えば、DSPにおいては浮動小数
点演算形が容易に選べ、分解能も32ビット程度まで選択
できるが、高速形のAD,DA変換器においては浮動小
数点形は極まれであり、分解能も12ビット以下のレベル
にある。従って、DSP内部ではかなり理想的な演算が
できるにも係わらず、AD変換器やDA変換器の分解能
が十分でないため、高精度な制御が施せない場合が多か
った。
D変換器やDA変換器も高速高精度化が進められている
が、DSPに比較すると極めて単機能であり応用分野も
限らることから、DSPの高速高精度化には追従できな
いのが実情である。例えば、DSPにおいては浮動小数
点演算形が容易に選べ、分解能も32ビット程度まで選択
できるが、高速形のAD,DA変換器においては浮動小
数点形は極まれであり、分解能も12ビット以下のレベル
にある。従って、DSP内部ではかなり理想的な演算が
できるにも係わらず、AD変換器やDA変換器の分解能
が十分でないため、高精度な制御が施せない場合が多か
った。
【0004】特にアクチュエータ制御のように、高分解
能が要求されるアクチュエータの位置追従制御と、ダイ
ナミックレンジが要求されるアクチュエータの移動制御
とが混在するような場合には、両者の要求を適度に満た
したAD変換器やDA変換器を選ばざるを得ず、十分な
制御性能を確保できない場合が多かった。
能が要求されるアクチュエータの位置追従制御と、ダイ
ナミックレンジが要求されるアクチュエータの移動制御
とが混在するような場合には、両者の要求を適度に満た
したAD変換器やDA変換器を選ばざるを得ず、十分な
制御性能を確保できない場合が多かった。
【0005】この問題を解決するため、同一出願人の出
願に係る特開昭2ー134774号公報(特願昭63ー287580)で
は、分解能が要求されるアクチュエータの位置追従制御
時にはAD変換器を通常の使用方法で使い、ダイナミッ
クレンジが要求されるアクチュエータ移動時には2つの
ピークホールド回路を用いて入力信号の時間変化のみを
AD変換する方式を提案している。
願に係る特開昭2ー134774号公報(特願昭63ー287580)で
は、分解能が要求されるアクチュエータの位置追従制御
時にはAD変換器を通常の使用方法で使い、ダイナミッ
クレンジが要求されるアクチュエータ移動時には2つの
ピークホールド回路を用いて入力信号の時間変化のみを
AD変換する方式を提案している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般に
アクチュエータの制御においてはダイナミックレンジと
制御の精度とは相反する関係にあるため、上記の特開昭
2ー134774号公報では、AD変換器やDA変換器の分解能
を最小にした状態で所望のダイナミックレンジと分解能
を同時に満たすことが難しく、AD変換器やDA変換器
の所要ビット数にかなり余裕を持たせておく必要があっ
た。
アクチュエータの制御においてはダイナミックレンジと
制御の精度とは相反する関係にあるため、上記の特開昭
2ー134774号公報では、AD変換器やDA変換器の分解能
を最小にした状態で所望のダイナミックレンジと分解能
を同時に満たすことが難しく、AD変換器やDA変換器
の所要ビット数にかなり余裕を持たせておく必要があっ
た。
【0007】本発明はこれらを鑑みてなされたものであ
り、入力信号の振幅やアクチュエータの移動速度に応じ
てAD変換器およびDA変換器の量子化のステップ幅を
変化させることによりディジタル信号処理回路のダイナ
ミックレンジの拡大および高分解能を可能とし、延いて
はAD変換器およびDA変換器の所要ビット数の低減を
可能にするディジタル制御回路を提供することを目的と
する。
り、入力信号の振幅やアクチュエータの移動速度に応じ
てAD変換器およびDA変換器の量子化のステップ幅を
変化させることによりディジタル信号処理回路のダイナ
ミックレンジの拡大および高分解能を可能とし、延いて
はAD変換器およびDA変換器の所要ビット数の低減を
可能にするディジタル制御回路を提供することを目的と
する。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明は、アクチュエータ制御用のディジタル制御回
路において、入力信号を量子化するAD変換器の直前に
入力信号の振幅に応じて圧縮率が変化する信号振幅圧縮
回路を設け、出力信号をアナログ化するDA変換器の直
後に出力信号の振幅に応じて伸張率が変化する信号振幅
伸張回路を設けたものである。また本発明の別の発明
は、上記のものにおいて、アクチュエータ制御用の信号
処理の直前にAD変換器から入力された信号に信号振幅
圧縮回路と逆の特性を有する信号振幅伸張処理を行い、
アクチュエータ制御用の信号処理の直後に信号振幅圧縮
回路と同様のあるいは異なる信号振幅圧縮処理を行って
からDA変換器に出力し、信号振幅伸張回路の特性を信
号振幅圧縮回路と逆の伸張特性とするものである。
め本発明は、アクチュエータ制御用のディジタル制御回
路において、入力信号を量子化するAD変換器の直前に
入力信号の振幅に応じて圧縮率が変化する信号振幅圧縮
回路を設け、出力信号をアナログ化するDA変換器の直
後に出力信号の振幅に応じて伸張率が変化する信号振幅
伸張回路を設けたものである。また本発明の別の発明
は、上記のものにおいて、アクチュエータ制御用の信号
処理の直前にAD変換器から入力された信号に信号振幅
圧縮回路と逆の特性を有する信号振幅伸張処理を行い、
アクチュエータ制御用の信号処理の直後に信号振幅圧縮
回路と同様のあるいは異なる信号振幅圧縮処理を行って
からDA変換器に出力し、信号振幅伸張回路の特性を信
号振幅圧縮回路と逆の伸張特性とするものである。
【0009】
【作用】したがって本発明によると、ディジタル信号処
理回路の入出力信号に対して、アクチュエータ制御上の
信号の特性に基づいた圧縮・伸張処理を施すことによ
り、アクチュエータ移動制御時のダイナミックレンジの
確保,アクチュエータ追従制御時の高精度化が容易にな
る。
理回路の入出力信号に対して、アクチュエータ制御上の
信号の特性に基づいた圧縮・伸張処理を施すことによ
り、アクチュエータ移動制御時のダイナミックレンジの
確保,アクチュエータ追従制御時の高精度化が容易にな
る。
【0010】
実施例1 本発明の第1の実施例を図1に示す。図1は本発明の基
本構成を示したものであり、1は信号振幅圧縮回路、2
はAD変換器、3はディジタル信号処理プロセッサ(D
SP)、4はDA変換器、5は信号振幅伸張回路であ
る。本実施例の構成では、入力信号INは、その入力信
号の振幅あるいはアクチュエータの速度信号SPの振幅
に従って信号振幅圧縮回路1で圧縮処理が施されてか
ら、AD変換器2を通してDSP3内部に取り込まれ
る。このDSP3内部で実行されるフィルタ処理等は予
め信号振幅の圧縮を考慮した形で実行され、演算結果が
DA変換器4に出力される。そして、DA変換器4によ
ってアナログ化された出力信号は信号振幅圧縮回路1と
逆の特性を有する信号振幅伸張回路5によって伸張処理
されアクチュエータの制御に供されるものとなってい
る。
本構成を示したものであり、1は信号振幅圧縮回路、2
はAD変換器、3はディジタル信号処理プロセッサ(D
SP)、4はDA変換器、5は信号振幅伸張回路であ
る。本実施例の構成では、入力信号INは、その入力信
号の振幅あるいはアクチュエータの速度信号SPの振幅
に従って信号振幅圧縮回路1で圧縮処理が施されてか
ら、AD変換器2を通してDSP3内部に取り込まれ
る。このDSP3内部で実行されるフィルタ処理等は予
め信号振幅の圧縮を考慮した形で実行され、演算結果が
DA変換器4に出力される。そして、DA変換器4によ
ってアナログ化された出力信号は信号振幅圧縮回路1と
逆の特性を有する信号振幅伸張回路5によって伸張処理
されアクチュエータの制御に供されるものとなってい
る。
【0011】このような構成のディジタル制御回路は、
例えばアクチュエータの基準加速度信号を入力して、こ
れにアクチュエータの機構特性を考慮した信号処理を行
い、アクチュエータの駆動電流を出力する場合のよう
に、ディジタル信号処理回路の入力信号と出力信号が互
いに類似の特性を有する時に適用される。本実施例で
は、入力された信号は圧縮処理されたままDSP3内部
で演算されるため、DSP3内部でのフィルタ信号処理
等に多少工夫を必要とするが、DSP3の演算時間を増
大させないので高帯域の信号処理に適している。
例えばアクチュエータの基準加速度信号を入力して、こ
れにアクチュエータの機構特性を考慮した信号処理を行
い、アクチュエータの駆動電流を出力する場合のよう
に、ディジタル信号処理回路の入力信号と出力信号が互
いに類似の特性を有する時に適用される。本実施例で
は、入力された信号は圧縮処理されたままDSP3内部
で演算されるため、DSP3内部でのフィルタ信号処理
等に多少工夫を必要とするが、DSP3の演算時間を増
大させないので高帯域の信号処理に適している。
【0012】実施例2 本発明の第2の実施例を図2に示す。図2において8は
マルチプレクサであり、他の符号は図1と共通の機能を
示している。本実施例では、ダイナミックレンジの狭い
AD変換器2およびDA変換器4に対して、通過する信
号の特性に応じて個別に信号振幅の圧縮・伸張処理を施
す。このため、信号振幅圧縮回路1で圧縮された入力信
号をAD変換器2でAD変換した後、DSP3内部で直
ちに信号振幅伸張処理して、アクチュエータ制御用の信
号処理が完了すると再び出力結果に信号振幅圧縮処理を
施してDA変換器4に出力するようになっている。
マルチプレクサであり、他の符号は図1と共通の機能を
示している。本実施例では、ダイナミックレンジの狭い
AD変換器2およびDA変換器4に対して、通過する信
号の特性に応じて個別に信号振幅の圧縮・伸張処理を施
す。このため、信号振幅圧縮回路1で圧縮された入力信
号をAD変換器2でAD変換した後、DSP3内部で直
ちに信号振幅伸張処理して、アクチュエータ制御用の信
号処理が完了すると再び出力結果に信号振幅圧縮処理を
施してDA変換器4に出力するようになっている。
【0013】なお、図2中31は説明の便宜上DSP3
内部の信号振幅伸張処理を、32は同じくDSP3内部
の信号振幅圧縮処理をそれぞれ示すものであり、この信
号振幅伸張処理31 はアクチュエータ制御用の信号処理
の直前にAD変換器2から入力される信号に信号振幅圧
縮回路1と逆の特性を有する伸張処理を行う。また信号
振幅圧縮処理32 はアクチュエータ制御用の信号処理の
直後に信号振幅圧縮回路1と同様のあるいは異なる圧縮
処理を行ってDA変換器4に出力する機能を有してい
る。
内部の信号振幅伸張処理を、32は同じくDSP3内部
の信号振幅圧縮処理をそれぞれ示すものであり、この信
号振幅伸張処理31 はアクチュエータ制御用の信号処理
の直前にAD変換器2から入力される信号に信号振幅圧
縮回路1と逆の特性を有する伸張処理を行う。また信号
振幅圧縮処理32 はアクチュエータ制御用の信号処理の
直後に信号振幅圧縮回路1と同様のあるいは異なる圧縮
処理を行ってDA変換器4に出力する機能を有してい
る。
【0014】ディジタル信号処理回路に入力される信号
としては、位置信号INaおよび加速度信号(アクチュ
エータの駆動電流信号)INbが一般的であり、これを
基にしてアクチュエータの移動速度を検出し、基準速度
と比較しながらアクチュエータの加減速制御を行う。ま
たアクチュエータの追従制御時には同様の手法で速度を
検出し、速度フィードバック制御を行って高い追従特性
を実現したり、制御ループの安定制御を確保する。
としては、位置信号INaおよび加速度信号(アクチュ
エータの駆動電流信号)INbが一般的であり、これを
基にしてアクチュエータの移動速度を検出し、基準速度
と比較しながらアクチュエータの加減速制御を行う。ま
たアクチュエータの追従制御時には同様の手法で速度を
検出し、速度フィードバック制御を行って高い追従特性
を実現したり、制御ループの安定制御を確保する。
【0015】このうち位置信号INaに関しては、アク
チュエータの移動速度に比例して1サンプリング周期当
たりの信号振幅の差分が増大するため、DSP3内部で
検出される速度信号SPを信号振幅圧縮回路1に出力し
て圧縮率を制御する。一方加速度信号INbに関して
は、速度との関係がそれほど重要でなく信号振幅そのも
のが問題となるため、入力信号の振幅に応じて圧縮率を
制御する。またDSP3から出力されるアクチュエータ
駆動電流は加速度信号と等価であるので、加速度信号と
同様の信号振幅に対する圧縮・伸張処理を行う。
チュエータの移動速度に比例して1サンプリング周期当
たりの信号振幅の差分が増大するため、DSP3内部で
検出される速度信号SPを信号振幅圧縮回路1に出力し
て圧縮率を制御する。一方加速度信号INbに関して
は、速度との関係がそれほど重要でなく信号振幅そのも
のが問題となるため、入力信号の振幅に応じて圧縮率を
制御する。またDSP3から出力されるアクチュエータ
駆動電流は加速度信号と等価であるので、加速度信号と
同様の信号振幅に対する圧縮・伸張処理を行う。
【0016】本実施例では、DSP内部の演算時間が多
少増大するが、アクチュエータ制御用のフィルタ処理等
は信号振幅の圧縮を考慮しない通常の処理方式を適用で
きるという特長がある。また信号の特性に応じた圧縮・
伸張処理を、入出力信号対応に個別に実施できるため、
AD,DA変換器の所要ビット数を最小にできる特長が
ある。
少増大するが、アクチュエータ制御用のフィルタ処理等
は信号振幅の圧縮を考慮しない通常の処理方式を適用で
きるという特長がある。また信号の特性に応じた圧縮・
伸張処理を、入出力信号対応に個別に実施できるため、
AD,DA変換器の所要ビット数を最小にできる特長が
ある。
【0017】実施例3 本発明の第3の実施例を図3に示す。本実施例の構成に
おいて6は基準電圧発生回路、7は圧縮伸張特性を記憶
させた圧縮伸張マップを示しており、他の符号は図1と
共通の機能を示している。本実施例では、AD変換器2
およびDA変換器4の基準電圧VR を変化させることに
より、信号振幅の圧縮・伸張処理を行うようにしたもの
であり、入力信号の振幅や速度信号によってAD変換器
2やDA変換器4の基準電圧を変化させるようにしてい
る。また、圧縮伸張特性のマップ7をメモリに格納して
おき、そのマップ7を切り替えることにより同時に複数
の入出力信号に対して、かつ入出力信号の特性に合わせ
た圧縮・伸張処理を行うものとなっている。
おいて6は基準電圧発生回路、7は圧縮伸張特性を記憶
させた圧縮伸張マップを示しており、他の符号は図1と
共通の機能を示している。本実施例では、AD変換器2
およびDA変換器4の基準電圧VR を変化させることに
より、信号振幅の圧縮・伸張処理を行うようにしたもの
であり、入力信号の振幅や速度信号によってAD変換器
2やDA変換器4の基準電圧を変化させるようにしてい
る。また、圧縮伸張特性のマップ7をメモリに格納して
おき、そのマップ7を切り替えることにより同時に複数
の入出力信号に対して、かつ入出力信号の特性に合わせ
た圧縮・伸張処理を行うものとなっている。
【0018】本実施例の方式では、基準電圧発生回路
6,及び圧縮伸張マップ用のメモリなどを共有化するた
め回路を極めて簡易に構成できる特長がある。なお、基
準電圧発生回路6,及び圧縮伸張マップ7の機能をDS
P3内部で実現し、AD変換器2およびDA変換器4に
対して直接基準電圧を発生するように構成すれば、回路
規模を最も小さくできる。
6,及び圧縮伸張マップ用のメモリなどを共有化するた
め回路を極めて簡易に構成できる特長がある。なお、基
準電圧発生回路6,及び圧縮伸張マップ7の機能をDS
P3内部で実現し、AD変換器2およびDA変換器4に
対して直接基準電圧を発生するように構成すれば、回路
規模を最も小さくできる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ア
クチュエータ制御用のディジタル制御回路において、入
力信号の振幅やアクチュエータの移動速度に応じてAD
変換器およびDA変換器の量子化のステップ幅を変化さ
せることにより、ディジタル信号処理回路の入出力信号
に対して、アクチュエータ制御上の信号の特性に基づい
た圧縮・伸張処理を施すため、アクチュエータ移動制御
時のダイナミックレンジの確保,アクチュエータ追従制
御時の高精度化が容易になる。また、AD変換器やDA
変換器の所要ビット数を最小に設定できるため、高帯域
でかつ安価なディジタル信号処理回路を提供できる利点
がある。
クチュエータ制御用のディジタル制御回路において、入
力信号の振幅やアクチュエータの移動速度に応じてAD
変換器およびDA変換器の量子化のステップ幅を変化さ
せることにより、ディジタル信号処理回路の入出力信号
に対して、アクチュエータ制御上の信号の特性に基づい
た圧縮・伸張処理を施すため、アクチュエータ移動制御
時のダイナミックレンジの確保,アクチュエータ追従制
御時の高精度化が容易になる。また、AD変換器やDA
変換器の所要ビット数を最小に設定できるため、高帯域
でかつ安価なディジタル信号処理回路を提供できる利点
がある。
【図1】本発明の第1の実施例を示すブロック図であ
る。
る。
【図2】本発明の第2の実施例を示すブロック図であ
る。
る。
【図3】本発明の第3の実施例を示すブロック図であ
る。
る。
1 信号振幅圧縮回路 2 AD変換器 3 DSP(ディジタル信号処理プロセッサ) 4 DA変換器 5 信号振幅伸張回路 6 基準電圧発生回路 7 圧縮伸張マップ 8 マルチプレクサ
Claims (4)
- 【請求項1】 アクチュエータ制御用のディジタル制御
回路において、入力信号を量子化するAD変換器の直前
に入力信号の振幅に応じて圧縮率が変化する信号振幅圧
縮回路を設け、出力信号をアナログ化するDA変換器の
直後に出力信号の振幅に応じて伸張率が変化する信号振
幅伸張回路を設けたことを特徴とするディジタル制御回
路。 - 【請求項2】 上記のディジタル制御回路は、アクチュ
エータ制御用の信号処理の直前にAD変換器から入力さ
れた信号に信号振幅圧縮回路と逆の特性を有する信号振
幅伸張処理を行い、アクチュエータ制御用の信号処理の
直後に信号振幅圧縮回路と同様のあるいは異なる信号振
幅圧縮処理を行ってからDA変換器に出力し、信号振幅
伸張回路の特性を信号振幅圧縮回路と逆の伸張特性とす
ることを特徴とする請求項1のディジタル制御回路。 - 【請求項3】 上記の信号振幅圧縮回路,信号振幅圧縮
処理および信号振幅伸張回路,信号振幅伸張処理におい
ては、アクチュエータの移動速度に応じて圧縮率および
伸張率が変化することを特徴とする請求項1または2の
ディジタル制御回路。 - 【請求項4】 上記のディジタル制御回路における圧縮
特性および伸張特性は、入力信号あるいは出力信号に応
じて複数設定することを特徴とする請求項1,2または
3のいずれかのディジタル制御回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2166992A JPH05189006A (ja) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | ディジタル制御回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2166992A JPH05189006A (ja) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | ディジタル制御回路 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05189006A true JPH05189006A (ja) | 1993-07-30 |
Family
ID=12061454
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2166992A Pending JPH05189006A (ja) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | ディジタル制御回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05189006A (ja) |
-
1992
- 1992-01-13 JP JP2166992A patent/JPH05189006A/ja active Pending
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