JPS5821284B2 - servo controller - Google Patents

servo controller

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JPS5821284B2
JPS5821284B2 JP50145057A JP14505775A JPS5821284B2 JP S5821284 B2 JPS5821284 B2 JP S5821284B2 JP 50145057 A JP50145057 A JP 50145057A JP 14505775 A JP14505775 A JP 14505775A JP S5821284 B2 JPS5821284 B2 JP S5821284B2
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JP
Japan
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actuator
acceleration
movable part
drive device
servo
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JP50145057A
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平井洋武
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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  • Feedback Control In General (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば一次元、二次元更には多次元の振動試
験機のように、任意の形式の力を発生するアクチュエー
タと制御すべき物体さアクチュエータと物体とを結合す
る連絡部とからなるサーボ系駆動装置lこ関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides a method for coupling actuators and objects to be controlled that generate any type of force, such as one-dimensional, two-dimensional or even multi-dimensional vibration testing machines. The present invention relates to a servo system drive device comprising a communication section.

従来のサーボ系駆動装置として二次元振動試験機の例を
取上げて説明する。
An example of a two-dimensional vibration tester will be explained as a conventional servo-based drive device.

第1図および第2図に示す二次元振動台試験機は水平方
向が2軸、垂直方向が4軸のアクチュエータ1によって
テーブル2を駆動する。
The two-dimensional shaking table testing machine shown in FIGS. 1 and 2 drives a table 2 by an actuator 1 having two axes in the horizontal direction and four axes in the vertical direction.

各アクチュエータ1とテーブル2(!−の間は駆動用静
圧軸受継手3によって結合されており、テーブル2を水
平方向Aと垂直方向Bとに同時加振できるようになって
いる。
Each actuator 1 and the table 2 (!-) are connected by a driving hydrostatic bearing joint 3, so that the table 2 can be simultaneously excited in the horizontal direction A and the vertical direction B.

4はサーボ弁、5はテーブル2の案内用静圧軸受、6は
自重補償用アクチュエータ、7は基礎を示す。
4 is a servo valve, 5 is a static pressure bearing for guiding the table 2, 6 is an actuator for self-weight compensation, and 7 is a foundation.

この例ではテーブル2とアクチュエータ1との継手とし
て駆動用静圧軸受継手を用いたが、このかわりにリンク
継手などを用いてもよい。
In this example, a drive hydrostatic bearing joint is used as a joint between the table 2 and the actuator 1, but a link joint or the like may be used instead.

またアクチュエータの個数は任意でもよい。Further, the number of actuators may be arbitrary.

このアクチュエータ1の1軸系を取出すと、その構成は
第3図に示すようになる。
When the single-axis system of this actuator 1 is taken out, its configuration is shown in FIG.

第3図では、サーボ増幅器8は入力制御信号を電流増幅
し、サーボ弁4に供給する。
In FIG. 3, servo amplifier 8 current amplifies the input control signal and supplies it to servo valve 4. In FIG.

サーボ弁4では、油圧源9から供給される圧油の方向と
流量とを制御する。
The servo valve 4 controls the direction and flow rate of pressure oil supplied from the oil pressure source 9.

それにしたがってアクチュエータ1が駆動される。Actuator 1 is driven accordingly.

しかし、ここで根本の問題はどのような制御信号をサー
ボ増幅器8に与えるかである。
However, the fundamental problem here is what kind of control signal should be given to the servo amplifier 8.

第1図および第2図に示すような二次元振動試験機の場
合は、フィードバック要素として用いられるアクチュエ
ータ1の変位、速度および加速度などの状態量を検出す
るのは比較的容易であるが、テーブル2が二次元運動す
るために、実際に制御すべき量であるテーブル2の変位
信号の検出が困難となり、十分なサーボ系4を組むこと
ができない。
In the case of a two-dimensional vibration testing machine as shown in Figs. 1 and 2, it is relatively easy to detect state quantities such as displacement, velocity, and acceleration of the actuator 1 used as a feedback element, but Since the table 2 moves two-dimensionally, it becomes difficult to detect the displacement signal of the table 2, which is the amount that should actually be controlled, and it is not possible to assemble a sufficient servo system 4.

従来の一次元の振動試験機ではアクチュエータとテーブ
ルの間は剛的に結合されていたため、テーブルの動きを
検出するかわりにアクチュエータの動きを検出してフィ
ードバック信号として利用しても実際上問題は生じなか
った。
In conventional one-dimensional vibration testing machines, the actuator and table are rigidly connected, so there is no practical problem in detecting the movement of the actuator and using it as a feedback signal instead of detecting the movement of the table. There wasn't.

しかし、前述した二次元振動試験機の場合にはアクチュ
エータ1とテーブル2との間に、静圧軸受継手あるいは
リンク継手などの継手を設ける必要がある。
However, in the case of the two-dimensional vibration testing machine described above, it is necessary to provide a joint such as a hydrostatic bearing joint or a link joint between the actuator 1 and the table 2.

そしてその剛性が制御性能に及ぼす影響は無視できない
問題となっている。
The influence of the rigidity on control performance has become a problem that cannot be ignored.

前記継手の連結部をモデル化すると、第4図に示すよう
に、アクチュエータ1とテーブル2との間の等価ばね定
数をに1制御係数をB1アクチュエータ1およびテーブ
ル2の等価質量をそれぞれm、Mと表わすことができる
When the connecting part of the joint is modeled, as shown in Fig. 4, the equivalent spring constant between actuator 1 and table 2 is 1, the control coefficient is B1, the equivalent mass of actuator 1 and table 2 is m and M, respectively. It can be expressed as

そして振動試験機の規模が大きくなってくると、アクチ
ュエータ1とテーブル2との間の前記連結部の剛性が低
くなり、その固有振動数が振動試験機の使用周波数範囲
内に入る位に小さくなるため、制御性能に及ぼす影響が
顕著に現われる。
As the scale of the vibration testing machine increases, the rigidity of the connection between the actuator 1 and the table 2 decreases, and its natural frequency becomes so small that it falls within the operating frequency range of the vibration testing machine. Therefore, the influence on control performance becomes noticeable.

このことを、具体的に述べると、いま従来の振動試験機
の入力信号としてステップ入力を加えると、第5図に示
すように、アクチュエータ1の変位は比較的良い応答を
示しているが、テーブル2の変位は非常に振動的となる
To explain this more specifically, when a step input is added as an input signal to a conventional vibration tester, the displacement of the actuator 1 shows a relatively good response as shown in Figure 5, but the table The displacement of 2 becomes very oscillatory.

このような事情にも拘らず従来の多次元振動試験機には
、アクチュエータの変位、速度および加速度の状態量を
制御系のフィードバック要素としているのみであり、こ
の問題に対してこれまでに何等の解決策も取られていな
いのが現状である。
Despite these circumstances, conventional multidimensional vibration testing machines only use the state quantities of displacement, velocity, and acceleration of the actuator as feedback elements of the control system, and no efforts have been made to date to address this problem. At present, no solution has been taken.

本発明は、上記の点にかんがみ、アクチュエータとテー
ブルなどの可動部とを結合する連結部の剛性が低い場合
でも可動部の動きを高性能に制御。
In view of the above points, the present invention controls the movement of a movable part with high performance even when the rigidity of the connecting part that connects an actuator and a movable part such as a table is low.

することができるサーボ系駆動装置を提供することを目
的とするものである。
The object of the present invention is to provide a servo system drive device that can perform the following functions.

そして本発明者は、上記目的を達成するために研究開発
を行った結果、可動部の変位、速度、加速度等の状態量
もしくはアクチュエータと可動部との相対変位、相対速
度、。
As a result of research and development in order to achieve the above object, the present inventors have discovered that state quantities such as displacement, velocity, and acceleration of the movable part, or relative displacement and relative velocity between the actuator and the movable part.

相対加速度等の相対状態量のフィードバックがその効果
を大きく発揮することが分ったものである。
It has been found that feedback of relative state quantities such as relative acceleration is highly effective.

本発明の1つは、制御指令によって力を発生するアクチ
ュエータと、該アクチュエータによって駆動される可動
部と、該可動部とアクチュエータ・とを結合する剛性の
低い柔構造の連結部とを備えたサーボ系駆動装置におい
て、前記アクチュエータの状態量と、アクチュエータの
駆動力が剛性の低い柔構造の連結部を介して伝達される
可動部の状態量もしくは、その状態量に相当する信号と
を、前記サーボ系駆動装置のフィードバック要素として
備えたことを特徴とするサーボ系駆動装置にある。
One aspect of the present invention is a servo control system that includes an actuator that generates force according to a control command, a movable part that is driven by the actuator, and a connecting part that has a flexible structure with low rigidity that connects the movable part and the actuator. In the drive system, the state quantity of the actuator and the state quantity of the movable part to which the driving force of the actuator is transmitted via the connection part of the flexible structure with low rigidity, or the signal corresponding to the state quantity, are transmitted to the servo drive system. A servo system drive device characterized in that it is provided as a feedback element of a system drive device.

本発明のもう1つは、制御指令によって力を発生するア
クチュエータと、該アクチュエータによって駆動される
可動部と、該可動部とアクチュエータとを結合する剛性
の低い柔構造の連結部とを備えたサーボ系駆動装置にお
いて、前記アクチュエータの状態量と、アクチュエータ
とアクチュエータの駆動力が剛性の低い柔構造の連結部
を介して伝達される可動部との相対状態量とを、前記サ
ーボ系1駆動装置のフィードバック要素として備えたこ
とを特徴とするサーボ系駆動装置にある。
Another aspect of the present invention is a servo system that includes an actuator that generates force in response to a control command, a movable part driven by the actuator, and a connecting part of a flexible structure with low rigidity that connects the movable part and the actuator. In the servo system drive system, the state quantity of the actuator and the relative state quantity between the actuator and the movable part to which the driving force of the actuator is transmitted via the connection part of the flexible structure with low rigidity are calculated as follows. A servo drive device characterized by being provided as a feedback element.

以下図面について本発明の詳細な説明する。The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第6図は本発明の装置の第1実施例を備えた振動試験機
の制御構成図を示すもので、図において第3図と同符号
のものは同一部分である。
FIG. 6 shows a control configuration diagram of a vibration testing machine equipped with a first embodiment of the apparatus of the present invention, and in the figure, the same reference numerals as in FIG. 3 are the same parts.

10は加算器、11はアクチュエータ1の加速度を検出
しこれを加算器10にフィードバックする加速度検出器
、12はアクチュエータ1の速度を検出しこれを加算器
10にフィードバックする速度検出器、13はアクチュ
エータ1の変位を検出しこれを加算器10にフィードバ
ックする変位検出器、14はテーブル2の加速度を検出
しこれを加算器10にフィードバックする加速度検出器
、15はテーブル2の速度を検出しこれを加算器10に
フィードバックする速度検出器、16はテーブル2の変
位を検出しこれを加算器10にフィードバックする変位
検出器である。
10 is an adder, 11 is an acceleration detector that detects the acceleration of actuator 1 and feeds it back to adder 10, 12 is a speed detector that detects the speed of actuator 1 and feeds it back to adder 10, and 13 is an actuator. A displacement detector 14 detects the displacement of table 2 and feeds it back to the adder 10, an acceleration detector 14 detects the acceleration of table 2 and feeds it back to the adder 10, and 15 detects the velocity of table 2 and feeds it back to the adder 10. A speed detector 16 that feeds back to the adder 10 is a displacement detector that detects the displacement of the table 2 and feeds it back to the adder 10.

この本発明の第1実施例は、検出器11〜13によって
アクチュエータ1の変位、速度および加速度を検出しこ
れをフィードバックすると共に、検出器14〜16によ
ってテーブル2の変位、速度、加速度を検出し、これを
フィードバックするようにしたものであり、入力信号と
してステップ信号を加えた吉きのテーブル2およびアク
チュエータ1の応答状態を第7図に示す。
In the first embodiment of the present invention, the displacement, velocity, and acceleration of the actuator 1 are detected and fed back by the detectors 11 to 13, and the displacement, velocity, and acceleration of the table 2 are detected by the detectors 14 to 16. , this is fed back, and FIG. 7 shows the response state of the table 2 and actuator 1 to which a step signal is added as an input signal.

この第7図から明らかなように、テーブル2の振動はな
くなり、テーブル2は非常に良い応答を示している。
As is clear from FIG. 7, the vibration of the table 2 has disappeared and the table 2 has shown a very good response.

第8図は本発明の装置の第2実施例を備えた振動試験機
の制御構成図を示すもので、この図において第6図と同
符号のものは同一部分である。
FIG. 8 shows a control configuration diagram of a vibration testing machine equipped with a second embodiment of the apparatus of the present invention, and in this figure, parts with the same symbols as in FIG. 6 are the same parts.

この第2実施例はアクチュエータ1の変位、速度および
加速度のフィードバックを有する制御系に、補償用とし
て加速度検出器14によって検出されたテーブル2の加
速度と、その加速度を積分回路17によって1回積分し
て得たテーブル2の速度に相当する速度信号とをフィー
ドバックするようにしたものである。
In this second embodiment, the acceleration of the table 2 detected by the acceleration detector 14 and the acceleration are integrated once by the integrating circuit 17 for compensation in a control system having feedback of the displacement, velocity, and acceleration of the actuator 1. A speed signal corresponding to the speed of table 2 obtained by the above calculation is fed back.

そしてこの実施例において、ステップ入力信号を加えた
ときのアクチュエータ1とテーブル2との応答状態は第
9図に示すようになる。
In this embodiment, the response state of the actuator 1 and table 2 when a step input signal is applied is as shown in FIG.

この場合の結果は上述の第1実施例の応答結果とほとん
ど一致している。
The results in this case almost match the response results of the first embodiment described above.

このことよりテーブル2の変位のフィードバックがなく
、更にテーブル2の速度もテーブル2の加速度の1回積
分した信号を代用しても、その効果は変らないことが分
かる。
From this, it can be seen that even if there is no feedback of the displacement of the table 2 and a signal obtained by once integrating the acceleration of the table 2 is used instead of the velocity of the table 2, the effect does not change.

第10図は、本発明の装置の第3実施例を備えた振動試
験機の制御構成図を示すもので、図において第6図と同
符号のものは同一部分である。
FIG. 10 shows a control configuration diagram of a vibration testing machine equipped with a third embodiment of the apparatus of the present invention, and in the figure, the same reference numerals as in FIG. 6 are the same parts.

この第3実施例はアクチュエータ1の変位、速度および
加速度のフィードバックを有する制御系に、補償用とし
て加速度検出器14によって検出されたテーブル2の加
速度のみをフィードバックするようにしたものである。
In this third embodiment, only the acceleration of the table 2 detected by the acceleration detector 14 is fed back for compensation to a control system having feedback of the displacement, velocity, and acceleration of the actuator 1.

そしてこの実施例において、ステップ入力信号を加えた
ときのアクチュエータ1およびテーブル2の応答状態は
、第11図に示すようになる。
In this embodiment, the response states of the actuator 1 and the table 2 when a step input signal is applied are as shown in FIG.

この場合もテーブル2の振動。を抑えることができるが
、前述した2つの実施例の場合にくらべて応答性は幾分
悪くなっている。
In this case too, the vibration of table 2. However, the responsiveness is somewhat worse than in the two embodiments described above.

しかし制御系の応答性をある程度犠牲にしても良い場合
には、テーブル2からのフィードバック要素として加速
度だけを用いるだけでも、ある程度1の目的を達成する
ことができる。
However, if it is acceptable to sacrifice the responsiveness of the control system to some extent, the objective 1 can be achieved to some extent by simply using acceleration as the feedback element from Table 2.

第12図は本発明の装置の第4実施例を備えた振動試験
機の制御構成図を示すもので、図において第8図と同符
号のものは同一部分である。
FIG. 12 shows a control configuration diagram of a vibration testing machine equipped with a fourth embodiment of the apparatus of the present invention, and in the figure, the same reference numerals as in FIG. 8 are the same parts.

この第4実施例は、テーブル2からのフィードバック。This fourth example is feedback from Table 2.

手段は第8図に示す第2実施例の場合と同様であるが、
アクチュエータ1からのフィードバックのうち、アクチ
ュエータ1の変位および加速度はそれぞれ検出器13.
11により検出した信号をフィードバックし、アクチュ
エータ1の速度として・検出器11からの加速度を積分
回路18によって積分して求めた速度信号をフィードバ
ックするようにしたものである。
The means are the same as in the second embodiment shown in FIG.
Of the feedback from the actuator 1, the displacement and acceleration of the actuator 1 are detected by the detector 13.
A signal detected by the detector 11 is fed back, and a velocity signal obtained by integrating the acceleration from the detector 11 by an integrating circuit 18 is fed back as the velocity of the actuator 1.

そしてこの実施例において、ステップ入力信号を加えた
ときのアクチュエータ1とテーブル2との応答状態は第
13図に示すようになる。
In this embodiment, the response state of the actuator 1 and table 2 when a step input signal is applied is as shown in FIG.

この応答結果は、第7図に示される第1実施例の応答結
果と、第9図に示される第2実施例の応答結果とほとん
ど一致している。
This response result almost coincides with the response result of the first embodiment shown in FIG. 7 and the response result of the second embodiment shown in FIG.

このことから速度信号としては、アクチュエータ1およ
びテーブル2共にそれぞれの加速度信号を1回積分した
信号を用いてもよいことが分かる。
From this, it can be seen that a signal obtained by integrating the acceleration signals of both the actuator 1 and the table 2 once may be used as the speed signal.

二次元振動試験機では水平方向、垂直方向とも多数のア
クチュエータ1によって駆動されるが、その基本となる
制御系例えば第6図に示すような系であり、多軸駆動の
場合はこの系をもとにして同期の制御を行なうように構
成される。
A two-dimensional vibration testing machine is driven by a large number of actuators 1 in both the horizontal and vertical directions, and its basic control system is, for example, the system shown in Figure 6. In the case of multi-axis drive, this system is also required. It is configured to control synchronization according to the following.

また上述の場合には第1図および第2図に示すような電
気油圧式の二次元振動試験機を例にとって説明したが、
本発明は一次元の振動台の場合あるいはさらに多次元の
振動台にも適用され、一般的には任意の形式のアクチュ
エータが何らかの負荷を駆動し、その負荷の動きを高性
能に制御したい場合にも適用することができる。
Furthermore, in the above case, an electro-hydraulic two-dimensional vibration tester as shown in FIGS. 1 and 2 was used as an example.
The present invention is applicable to one-dimensional shaking tables or even multi-dimensional shaking tables, and is generally applicable when any type of actuator drives some kind of load and the movement of the load is desired to be controlled with high performance. can also be applied.

以上詳述したように、本発明は、アクチュエータとこれ
により駆動される可動部とこれらを結合する剛性の低い
柔構造の連結部とを備えるサーボ系駆動装置において、
その連結部の剛性が低い場合でもアクチュエータの変位
、速度、加速度の状態量の他に、可動部の変位、速度、
加速度の状態量を入力側にフィードバックすることによ
って、可動部の動きを従来にくらべて高性能に制御する
ことができる。
As described in detail above, the present invention provides a servo drive device including an actuator, a movable part driven by the actuator, and a connecting part having a flexible structure with low rigidity that connects these parts.
Even if the rigidity of the connecting part is low, in addition to the state quantities of displacement, velocity, and acceleration of the actuator, the displacement, velocity, and
By feeding back the state quantity of acceleration to the input side, the movement of the movable part can be controlled with higher performance than in the past.

また本発明は多次元振動試験機に適用すれば、その制御
性能を高めることができる。
Furthermore, if the present invention is applied to a multidimensional vibration testing machine, its control performance can be improved.

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

第1図は従来のサーボ系駆動装置の一例である二次元振
動試験機の平面図、第2図は第1図の正面図、第3図は
第1図に示される二次元振動試験機のアクチュエータ1
軸制御系を示す図、第4図は第1図に示される二次元振
動試験機の連結部をモデル化した図、第5図は従来の二
次元振動試験機のステップ応答を示す図、第6図は二次
元振動試験機に適用した本発明の装置の第1実施例を示
す制御構成図、第7図はそのステップ応答を示す図、第
8図は本発明の装置の第2実施例を示す制御構成図、第
9図はそのステップ応答を示す図、第10図は本発明の
装置の第3実施例を示す制御構成図、第11図はそのス
テップ応答を示す図、第12図は本発明の装置の第4実
施例を示す制御構成図、第13図はそのステップ応答を
示す図である。 1・・・・・・アクチュエータ、2・・・・・・テーブ
ル、3・・・・・・静圧軸受継手、4・・・・・・サー
ボ弁、8・・・・・・サーボ増幅器、10・・・・・・
加算器、11.14・・・・・・加速度検出器、12.
15・・・・・・速度検出器、13,16・・・・・・
変位検出器、17.18・・・・・・積分回路。
Figure 1 is a plan view of a two-dimensional vibration testing machine, which is an example of a conventional servo drive system, Figure 2 is a front view of Figure 1, and Figure 3 is a diagram of the two-dimensional vibration testing machine shown in Figure 1. Actuator 1
Figure 4 is a diagram showing the axis control system; Figure 4 is a model of the connection part of the two-dimensional vibration tester shown in Figure 1; Figure 5 is a diagram showing the step response of the conventional two-dimensional vibration tester; Fig. 6 is a control configuration diagram showing a first embodiment of the device of the present invention applied to a two-dimensional vibration tester, Fig. 7 is a diagram showing its step response, and Fig. 8 is a second embodiment of the device of the present invention. FIG. 10 is a control configuration diagram showing the third embodiment of the apparatus of the present invention, FIG. 11 is a diagram showing the step response, and FIG. 12 is a diagram showing the step response. 13 is a control configuration diagram showing a fourth embodiment of the apparatus of the present invention, and FIG. 13 is a diagram showing its step response. 1... Actuator, 2... Table, 3... Hydrostatic bearing joint, 4... Servo valve, 8... Servo amplifier, 10...
Adder, 11.14... Acceleration detector, 12.
15... Speed detector, 13, 16...
Displacement detector, 17.18...Integrator circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 制御指令によって力を発生するアクチュエータと、
該アクチュエータによって駆動される可動部と、該可動
部とアクチュエータとを結合する剛性の低い柔構造の連
結部とを備えたサーボ系駆動装置において、前記アクチ
ュエータの状態量と、アクチュエータの駆動力が剛性の
低い柔構造の連結部を介して伝達される可動部の状態量
もしくはその状態量に相当する信号とを前記サーボ系駆
動装置のフィードバック要素として備えたことを特徴と
するサーボ系駆動装置。 2 制御指令によって力を発生するアクチュエータと、
該アクチュエータによって駆動される可動部と、該可動
部とアクチュエータとを結合する剛性の低い柔構造の連
結部とを備えたサーボ系駆動装置において、前記アクチ
ュエータの状態量と、アクチュエータとアクチュエータ
の駆動力が剛性の低い柔構造の連結部を介して伝達され
る可動部との相対状態量とを、前記サーボ系駆動装置の
フィードバック要素として備えたことを特徴とするサー
ボ系駆動装置。
[Claims] 1. An actuator that generates force according to a control command;
In a servo-based drive device comprising a movable part driven by the actuator and a connecting part having a flexible structure with low rigidity that couples the movable part and the actuator, the state quantity of the actuator and the driving force of the actuator are rigid. A servo system drive device comprising, as a feedback element of the servo system drive device, a state quantity of a movable part or a signal corresponding to the state quantity, which is transmitted through a connecting part having a flexible structure with a low resistance. 2 an actuator that generates force according to a control command;
In a servo-based drive device comprising a movable part driven by the actuator and a connecting part having a flexible structure with low rigidity that couples the movable part and the actuator, the state quantity of the actuator and the driving force of the actuator and the actuator are provided. A servo system drive device, characterized in that the servo system drive device comprises, as a feedback element of the servo system drive device, a relative state quantity with respect to a movable part that is transmitted through a connecting part of a flexible structure with low rigidity.
JP50145057A 1975-12-08 1975-12-08 servo controller Expired JPS5821284B2 (en)

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