JPH05333935A - Servo device containing model identifying function - Google Patents

Servo device containing model identifying function

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Publication number
JPH05333935A
JPH05333935A JP4141587A JP14158792A JPH05333935A JP H05333935 A JPH05333935 A JP H05333935A JP 4141587 A JP4141587 A JP 4141587A JP 14158792 A JP14158792 A JP 14158792A JP H05333935 A JPH05333935 A JP H05333935A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
output
switch
machine
feedforward
model identification
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4141587A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ichiro Awaya
伊智郎 粟屋
Yoshiki Kato
義樹 加藤
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH05333935A publication Critical patent/JPH05333935A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To attain the highly accurate ON/OFF control of a feedforward switch at a high speed despite the unknown or varied characteristic of a machine system to be controlled. CONSTITUTION:When a feedforward switch 4 is kept OFF, a machine 1 works with input of the output of a PI control part 2 which is calculated based on the value obtained by subtracting the answer Y (k) of the machine 1 from the target value Yd (k). When the switch 4 is turned on, the output U* (k) of a model identifying part 5 is added to the output of the part 2. Based on these added value, the machine 1 works. The ON/OFF control of the switch 4 is attained with the comparison performed between the value obtained by subtracting the output U* (k) from the value U (k) which is inputted to the machine 1 and the prescribed value.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は制御対象とする機械の
位置、速度又は力を制御する装置に適用されるモデル同
定機能付きサーボ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a servo device with a model identification function applied to a device for controlling the position, speed or force of a machine to be controlled.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のサーボ制御装置は、図2に示すよ
うに制御対象とする機械1に対してPI制御部2が用い
られている。機械1に対する目標値Yd (k)は減算器
3に入力される。この減算器3には、制御対象とする機
械1の出力である応答Y(k)が入力され、上記目標値
から応答が減算、即ち、Yd (k)−Y(k)が計算さ
れた後、この結果は上記PI制御部2に送られる。PI
制御部2では伝達関数で、 GPI(s) = KP (1+1/TI s) ・・・(1) 但し、 KP …比例ゲイン TI …積分時定数 の演算が実行され、U(k)が出力され、機械1に送ら
れる。機械1は、上記U(k)値に基づいて動作する。
2. Description of the Related Art In a conventional servo controller, a PI controller 2 is used for a machine 1 to be controlled, as shown in FIG. The target value Yd (k) for the machine 1 is input to the subtractor 3. The response Y (k), which is the output of the machine 1 to be controlled, is input to the subtracter 3, and the response is subtracted from the target value, that is, Yd (k) -Y (k) is calculated. The result is sent to the PI control unit 2. PI
In the control unit 2, the transfer function is G PI (s) = K P (1 + 1 / T I s) (1) where K P ... Proportional gain T I ... Integral time constant is calculated and U ( k) is output and sent to the machine 1. The machine 1 operates based on the U (k) value.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の方
法では、制御対象とする機械1の特性が未知の場合、現
場調整でPIゲインを決定していた。そのため、上記機
械1の特性が変化した場合は、その都度調整する必要が
ある。又、上記PI制御では、過渡状態において偏差が
大きく、このため制御精度が低い。
However, in the above-mentioned conventional method, the PI gain is determined by on-site adjustment when the characteristics of the machine 1 to be controlled are unknown. Therefore, when the characteristics of the machine 1 change, it is necessary to adjust each time. Further, in the PI control, the deviation is large in the transient state, and therefore the control accuracy is low.

【0004】この発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、制御対象とする機械系の特性が未知であったり変化
した場合においても、高速で高精度な制御を可能とする
モデル同定機能付きサーボ装置を提供することを目的と
する。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a servo with a model identification function that enables high-speed and high-precision control even when the characteristics of a mechanical system to be controlled are unknown or change. The purpose is to provide a device.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】この発明に係るモデル同
定機能付きサーボ装置は、機械系の伝達関数を同定する
モデル同定部と、このモデル同定部の出力と上記機械系
の入力との差の絶対値が、予め定められた値より小さい
ときONとなり、これにより上記機械系の目標値を上記
モデル同定部に、上記モデル同定部の出力を上記機械系
の入力に加えるフィードフォワードスイッチと、上記目
標値に追従するように上記機械系を制御するPI制御部
とを具備することを特徴とする。
A servo apparatus with a model identification function according to the present invention is a model identification section for identifying a transfer function of a mechanical system, and a difference between an output of the model identification section and an input of the mechanical system. When the absolute value is smaller than a predetermined value, it is turned on, whereby a target value of the mechanical system is input to the model identification unit and an output of the model identification unit is input to the input of the mechanical system. And a PI control unit that controls the mechanical system so as to follow the target value.

【0006】[0006]

【作用】機械系の特性が未知であったり、又は変化した
場合でも、モデル同定部によりその伝達関数を同定し、
このモデル同定部から出力される同定出力をフィードフ
ォワード制御となるようにフィードフォワードスイッチ
を用いて系に加える。更に、PI制御部により、フィー
ドフォワード制御で補償できない小さな偏差を定常的に
0にし、常に高速・高精度な制御系を維持する。
[Function] Even if the characteristics of the mechanical system are unknown or have changed, the transfer function is identified by the model identification unit,
The identification output output from this model identification unit is added to the system by using a feedforward switch so as to perform feedforward control. Further, the PI control unit steadily reduces small deviations that cannot be compensated by the feedforward control to 0, and always maintains a high-speed and highly accurate control system.

【0007】[0007]

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0008】この発明に係るモデル同定機能付きサーボ
装置の構成を図1に示す。減算器3aは、目標値Yd
(k)及び制御対象とする機械1の出力である応答Y
(k)を入力して上記目標値から上記応答を減算(Yd
(k)−Y(k))し、この演算結果をPI制御部2に
出力する。PI制御部2は、上述した従来のPI制御部
と同様な構成を有し、入力した値(Yd (k)−Y
(k))に基づいて上記(1)式の演算を実行し、この
演算結果を加算器3bに出力する。
FIG. 1 shows the configuration of a servo device with a model identification function according to the present invention. The subtractor 3a has a target value Yd.
(K) and the response Y which is the output of the machine 1 to be controlled
Input (k) and subtract the response from the target value (Yd
(K) -Y (k)) and outputs the calculation result to the PI control unit 2. The PI control unit 2 has the same configuration as that of the conventional PI control unit described above, and the input value (Yd (k) -Y
The calculation of the equation (1) is executed based on (k)), and the calculation result is output to the adder 3b.

【0009】この加算器3bには、上記PI制御部2の
出力の他、フィードフォワードスイッチ4がONの場
合、スイッチ4bを介してモデル同定部5の出力U*
(k)が入力される。加算器3bは、上記両入力を加算
し、その加算出力U(k)を機械1、モデル同定部5及
び減算器3cに入力する。又、上記フィードフォワード
スイッチ4がOFFの場合、上記PI制御部2の出力を
そのままU(k)として上記機械1に出力する。機械1
は上記U(k)に従って動作し、応答Y(k)を、上述
したように上記減算器3aに出力し、更に、モデル同定
部5にも同様に出力する。
In addition to the output of the PI control section 2, the adder 3b outputs the output U * of the model identifying section 5 via the switch 4b when the feedforward switch 4 is ON.
(K) is input. The adder 3b adds the above two inputs and inputs the addition output U (k) to the machine 1, the model identification unit 5 and the subtractor 3c. When the feedforward switch 4 is off, the output of the PI control unit 2 is output as it is to the machine 1 as U (k). Machine 1
Operates in accordance with U (k), outputs the response Y (k) to the subtractor 3a as described above, and also outputs it to the model identifying unit 5 in the same manner.

【0010】モデル同定部5は、上記応答Y(k)及び
加算器3bの出力U(k)を入力すると共に、上記フィ
ードフォワードスイッチ4がONの場合、スイッチ4b
を介して目標値Yd (k)を入力する。上記フィードフ
ォワードスイッチ4のON/OFFの各状態において、
モデル同定部5は、入力信号に基づいて算出したU*
(k)をフィードフォワードスイッチ4に送る。
The model identifying unit 5 inputs the response Y (k) and the output U (k) of the adder 3b, and when the feedforward switch 4 is ON, the switch 4b is turned on.
The target value Yd (k) is input via. In each ON / OFF state of the feedforward switch 4,
The model identification unit 5 calculates U * based on the input signal.
(K) is sent to the feedforward switch 4.

【0011】減算器3cは、上記加算器3bからの出力
U(k)と上記モデル同定部5の出力U* (k)を入力
して、U(k)−U* (k)演算を実行し、この演算結
果を上記フィードフォワードスイッチ4に送る。
The subtractor 3c inputs the output U (k) from the adder 3b and the output U * (k) of the model identifying unit 5 and executes a U (k) -U * (k) operation. Then, the calculation result is sent to the feedforward switch 4.

【0012】フィードフォワードスイッチ4は、スイッ
チ4a,4bを有し、これらスイッチ4a,4bは、等
しいタイミングでON又はOFFに動作する。スイッチ
4aは、ONの場合、上記U* (k)を加算器3bに送
り、スイッチ4bは、ONの場合、目標値Yd (k)を
上記モデル同定部5に送る。次に上記モデル同定部5の
動作を説明する。モデルの伝達関数を GP (Z) = (b0 +b1 Z-1+…+bm Z-m) /(1+a1 Z-1+…+an Z-n) ・・・(2) 但し、GP (Z)=Y(Z)/U(Z) とする。この時、出力Y(k),入力U(k)とすると
(kは正の整数)、 U(k)=(1/b0 )Y(k)+(a1 /b0 )Y(k−1) +…+(an /b0 )Y(k−n) −(b1 /b0 )U(k−1)−…−(bm /b0 )U(k−m ) ・・・(3) このモデル同定部5は、フィードフォワードスイッチ4
のON/OFFによって実行する計算式が異なる。フィ
ードフォワードスイッチ4がOFFの場合、 (1/b0 ,a1 /b0 ,…,an /b0 ,−b1 /b
0 ,…,−bm /b0 ) は未知であるため、これを推定パラメータとして PA = (P0 ,P1 ,…,Pn+m ) ・・・(4) とおく。この時、推定パラメータによって計算される推
定入力をU* (k)とすると、上記(3)式より、 U* (k)=PO Y(k)+P1 Y(k−1)+…+Pn+m U(k−m) =PA ・XA ・・・(5) 但し、 XA =(Y(k),Y(k−1),…,Y(k−n), U(k−1),…,U(k−m)) ここで、実際の入力U(k)と推定入力U* (k)の差
がなくなるようにパラメータPA を調整する。調整法と
して最急降下法を使用する。即ち、評価関数を J=(U(k)−U* (k))2 /2 ・・・(6) として、パラメータ(i番目)による変微分は、 δJ/δPi =(δJ/δU* )・(δU* /δPi ) =−(U(k)−U* (k))Xi ・・・(7) ここで、Pi =PA (i),Xi =XA (i)である
(0≦i≦n+m)。よって、パラメータの修正式は、 Pi (k+1)=Pi (k)+(U(k)−U* (k))Xi ・・・(8) 又、収束をはやめるためにゲインGL をかける Pi (k+1)=Pi (k)+GL (U(k)−U* (k))Xi ・・・(9) 上記(5)式,(9)式がフィードフォワードスイッチ
4がOFFの場合のモデル同定部5が実行する演算式で
ある。
The feedforward switch 4 has switches 4a and 4b, and these switches 4a and 4b are turned on or off at the same timing. When the switch 4a is ON, the U * (k) is sent to the adder 3b, and when the switch 4b is ON, the target value Yd (k) is sent to the model identifying unit 5. Next, the operation of the model identifying unit 5 will be described. The transfer function of the model is G P (Z) = (b0 + b1 Z -1 + ... + bm Z -m ) / (1 + a1 Z -1 + ... + an Z -n ) (2) where G P (Z) = Y (Z) / U (Z). At this time, if the output is Y (k) and the input is U (k) (k is a positive integer), U (k) = (1 / b0) Y (k) + (a1 / b0) Y (k-1) + ... + (an / b0) Y (k-n)-(b1 / b0) U (k-1) -...- (bm / b0) U (km) ... (3) This model identification unit 5 is a feedforward switch 4
The calculation formula to be executed differs depending on ON / OFF of. When the feedforward switch 4 is OFF, (1 / b0, a1 / b0, ..., An / b0, -b1 / b
Since 0, ..., -bm / b0) is unknown, PA (= P0, P1, ..., Pn + m) (4) is used as an estimation parameter. At this time, assuming that the estimated input calculated by the estimated parameter is U * (k), from the above equation (3), U * (k) = PO Y (k) + P1 Y (k-1) + ... + Pn + m U (km) = PA.XA ... (5) However, XA = (Y (k), Y (k-1), ..., Y (k-n), U (k-1) ,. , U (km)) Here, the parameter PA is adjusted so that there is no difference between the actual input U (k) and the estimated input U * (k). The steepest descent method is used as the adjustment method. That is, the evaluation function is J = (U (k) −U * (k)) 2 / 2 (6), the differential differentiation by the parameter (i-th) is as follows: δJ / δPi = (δJ / δU *) · (δU * / δPi) =-(U (k) -U * (k) ) Xi (7) where Pi = PA (i) and Xi = XA (i) (0≤i≤n + m). Therefore, the correction formula of the parameter is as follows: Pi (k + 1) = Pi (k) + (U (k) -U * (k)) Xi (8) Also, the gain GL is applied to stop the convergence Pi (K + 1) = Pi (k) + GL (U (k) -U * (k)) Xi (9) The above equations (5) and (9) are model identification when the feedforward switch 4 is OFF. It is an arithmetic expression executed by the unit 5.

【0013】一方、上記フィードフォワードスイッチ4
がONの場合、目標値をYd (k)とし、これを上記
(3)式の右辺において、Y(k)=Yd (k)として
代入すると、フィードフォワード入力が得られる。即
ち、 U* (k)=PO Yd (k)+P1 Y(k−1)+…+Pn+m U(k−m) =PA ・XAd ・・・(10) 但し XAd=(Yd (k),Y(k−1),…,Y(k
−n),U(k−1),…,U(k−m)) 上記(10)式がフィードフォワードスイッチ4がON
の場合のモデル同定部5が実行する演算式である。
On the other hand, the feedforward switch 4
When is ON, the target value is set to Yd (k) and this is substituted in the right side of the above equation (3) as Y (k) = Yd (k) to obtain the feedforward input. That is, U * (k) = PO Yd (k) + P1 Y (k-1) + ... + Pn + m U (k-m) = PA.XAd ... (10) where XAd = (Yd (k), Y (k-1), ..., Y (k
-N), U (k-1), ..., U (k-m)) In the above formula (10), the feedforward switch 4 is ON.
It is an arithmetic expression executed by the model identification unit 5 in the case of.

【0014】次に上記フィードフォワードスイッチ4の
動作を説明する。フィードフォワードスイッチ4は、モ
デルが同定されたと判断したとき、スイッチがONとな
る。この判断は以下の条件式によって求められる。 |U(k)−U* (k)|<δ の場合 スイッチON }…(11) |U(k)−U* (k)|≧δ の場合 スイッチOFF
Next, the operation of the feedforward switch 4 will be described. The feedforward switch 4 is turned on when it is determined that the model has been identified. This judgment is obtained by the following conditional expression. | U (k) -U * (k) | <δ switch ON} (11) | U (k) -U * (k) | ≧ δ switch OFF

【0015】次に上記実施例の動作を立ち上げ時より説
明する。まず、このモデル同定機能付きサーボ装置が立
ち上げられたとき、フィードフォワードスイッチ4はO
FFである。ここで、目標値Yd (k)及び応答Y
(k)は、減算器3aに入力され、所定の演算処理(Y
d (k)−Y(k))が施される。この演算結果は、P
I制御部2に送られる。PI制御部2では、入力に従っ
て、上記(1)式の演算が実行され、出力はU(k)と
して加算器3bを介し、制御対象とする機械1に送られ
る。そして、上記機械1は上記U(k)を入力し、Y
(k)を出力する。尚、この立ち上げ状態においては、
フィードフォワードスイッチ4がOFFであるため、上
記加算器3bにおいてPI制御部の出力にモデル同定部
5の出力は加算されない。
Next, the operation of the above embodiment will be described from the start-up. First, when the servo device with the model identification function is started up, the feedforward switch 4 is turned off.
It is FF. Here, the target value Yd (k) and the response Y
(K) is input to the subtractor 3a and subjected to a predetermined calculation process (Y
d (k) -Y (k)) is applied. The result of this operation is P
It is sent to the I control unit 2. In the PI control unit 2, the calculation of the above formula (1) is executed according to the input, and the output is sent as U (k) to the machine 1 to be controlled via the adder 3b. Then, the machine 1 inputs the U (k), and Y
Output (k). In this startup state,
Since the feedforward switch 4 is OFF, the output of the model identification unit 5 is not added to the output of the PI control unit in the adder 3b.

【0016】モデル同定部5では、フィードフォワード
スイッチ4がOFFであるため、上記(5),(9)式
の演算が実行され、U* (k)が出力される。この際、
上記モデル同定部5には、上記U(k)及びY(k)が
入力される。上記U* (k)は、減算器3cにおいて所
定の演算処理(U(k)−U* (k))が施される。演
算結果は、フィードフォワードスイッチ4に送られる。
フィードフォワードスイッチ4は、入力した(U(k)
−U* (k))に基づいて上記(11)式の演算を実行
する。上記(11)式の左辺の値が予め設定された値δ
より小さいとき、フィードフォワードスイッチ4はON
となる。
In the model identifying section 5, since the feedforward switch 4 is off, the operations of the above equations (5) and (9) are executed and U * (k) is output. On this occasion,
The U (k) and Y (k) are input to the model identifying unit 5. The U * (k) is subjected to a predetermined arithmetic processing (U (k) -U * (k)) in the subtractor 3c. The calculation result is sent to the feedforward switch 4.
The feedforward switch 4 inputs (U (k)
Based on −U * (k)), the operation of the above equation (11) is executed. The value on the left side of the above equation (11) is a preset value δ
When it is smaller, the feedforward switch 4 is ON
Becomes

【0017】フィードフォワードスイッチ4がONとな
ると、目標値Yd (k)がスイッチ4bを介してモデル
同定部5に送られる。このとき、モデル同定部5は、上
記(10)式の演算を実行し、U* (k)を出力する。
U* (k)は、上記フィードフォワードスイッチ4がO
Nであるので、スイッチ4aを介して加算器3bに送ら
れ、ここで、上記PI制御部2の出力に加算される。こ
の演算結果は、U(k)として機械1に入力される。以
上により、モデルに基づくフィードフォワード制御を行
なうことができ、常に高速で高精度なサーボ駆動が可能
となる。
When the feedforward switch 4 is turned on, the target value Yd (k) is sent to the model identification section 5 via the switch 4b. At this time, the model identification unit 5 executes the calculation of the above equation (10) and outputs U * (k).
U * (k) is when the feedforward switch 4 is O
Since it is N, it is sent to the adder 3b via the switch 4a, where it is added to the output of the PI control unit 2. The calculation result is input to the machine 1 as U (k). As described above, the feedforward control based on the model can be performed, and the servo drive can always be performed at high speed and with high accuracy.

【0018】[0018]

【発明の効果】以上詳記したようにこの発明によれば、
制御対象とする機械の特性が未知のものであったり変化
した場合であっても、モデル同定部5によりモデルを同
定し、更にフィードフォワードスイッチ4により高精度
にフィードフォワード制御ができる。これにより、PI
制御部2の負担を軽減できると共に現場調整がほとんど
不要となる。
As described above in detail, according to the present invention,
Even if the characteristics of the machine to be controlled are unknown or have changed, the model identification unit 5 can identify the model and the feedforward switch 4 can perform feedforward control with high accuracy. This allows PI
The load on the control unit 2 can be reduced, and on-site adjustment is almost unnecessary.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の一実施例に係るモデル同定機能付き
サーボ装置の構成を示すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a servo device with a model identification function according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来のサーボ装置の構成を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a conventional servo device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…機械(制御対象),2…PI制御部,3a,3c…
減算器,3b…加算器,4…フィードフォワードスイッ
チ,5…モデル同定部。
1 ... Machine (control target), 2 ... PI control unit, 3a, 3c ...
Subtractor, 3b ... Adder, 4 ... Feedforward switch, 5 ... Model identification unit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 機械系を制御するサーボ装置において、 上記機械系の伝達関数を同定するモデル同定部と、 このモデル同定部の出力と上記機械系の入力との差の絶
対値が、予め定められた値より小さいときONとなり、
これにより上記機械系の目標値を上記モデル同定部に、
上記モデル同定部の出力を上記機械系の入力に加えるフ
ィードフォワードスイッチと、 上記目標値に追従するように上記機械系を制御するPI
制御部とを具備することを特徴とするモデル同定機能付
きサーボ装置。
1. In a servo device for controlling a mechanical system, a model identification unit for identifying a transfer function of the mechanical system, and an absolute value of a difference between an output of the model identification unit and an input of the mechanical system is predetermined. When it is smaller than the specified value, it turns on,
Thereby, the target value of the mechanical system to the model identification unit,
A feedforward switch that adds the output of the model identification unit to the input of the mechanical system, and a PI that controls the mechanical system so as to follow the target value.
A servo device with a model identification function, comprising: a control unit.
JP4141587A 1992-06-02 1992-06-02 Servo device containing model identifying function Withdrawn JPH05333935A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023030409A (en) * 2021-08-23 2023-03-08 いすゞ自動車株式会社 Information processing device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023030409A (en) * 2021-08-23 2023-03-08 いすゞ自動車株式会社 Information processing device

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