JPS60183607A - 位置決め制御方法 - Google Patents

位置決め制御方法

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JPS60183607A
JPS60183607A JP3868784A JP3868784A JPS60183607A JP S60183607 A JPS60183607 A JP S60183607A JP 3868784 A JP3868784 A JP 3868784A JP 3868784 A JP3868784 A JP 3868784A JP S60183607 A JPS60183607 A JP S60183607A
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JP
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control
input
time
human power
section
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JP3868784A
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Inventor
Toshiaki Katagiri
片桐 敏昭
Haruhisa Kawasaki
晴久 川崎
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/19Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
    • G05B19/21Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an incremental digital measuring device
    • G05B19/23Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an incremental digital measuring device for point-to-point control
    • G05B19/231Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an incremental digital measuring device for point-to-point control the positional error is used to control continuously the servomotor according to its magnitude
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/41Servomotor, servo controller till figures
    • G05B2219/41434Feedforward FFW

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕 こσ〕発明は、高速で高JflW、かつ、良好な応4波
形を実現1゛ることがでキる位置決め制御力法(tζ関
するものである。 〔従来技術〕 デッドビート制御11法を用いjは、有限時間でd1差
が零になったり、あるいは制御清か目標値VC達する環
4v的な応答が得らjる。テッドビート制御法は、理論
的には相当進歩しているが、応用的にG工、文献rB、
IJoden、 Automatica、 13.18
5/188(1977)Jに見らlする実験プラントの
温度制御に適用し定のが唯一σ〕例であり、応用面で停
滞している。 このデッドビー) 1i11j御法で第1K問題]・で
なるのは、ザンブル時間を短かくてると6快となる制j
ilil入力は入力装置の最大出力を大幅に超えたり、
逆に長(すると整定時間が延びるなど、割QLl 局外
が、Wlくなる点である。 この問題を解決−[るため1文献1’M、 Tomi 
7.uka+e ta 1. 、 Trans、 AS
ME、 J、 of Dynamic Systcms
+Measurement and ControL 
I 00−1.5 o158(14178Nをで見られ
るごとく、@Jンブル時間を比較的短かく保ったまま、
過大な制御入力の糸幅をソフトニング・フィルタでなら
している方法があるが、必要な制餌1人カを加えていな
い問題がカ、つた。 第2して問題になるC)は、応答波形であるが、文献l
 T、 Mita、 IEEE Trans、+ AC
−25,603/604 (+ 980)J にお(・
て、→Jンプル時間と行き過ぎ址の関係が報告さ1てい
るように、サンプル時間を短かくとるとき大西な行き過
ぎ11にとともしζ応答が撮動的になる点である。 ところで、文献IJu目us T、Tou;Moder
nControl Theory”、 PwicGra
w H目1(1964)Jしζ吃らtするごとく、飽和
離散値系にナベいて、系を最小サンプル周期数で平衡状
態にもっていく最適側ril1列を事1jil 請求め
ておく方法があるが、初期値−差があるときや系に外乱
が加わるとき、実If、kl必要な制御入力と相違する
問題がある。 〔発明の低重〕 この発明は、オゾザーバを用いて次θ)−リンプル時点
の51111 御入力’a? 111定し、こV)入力
が入力1肖゛、の最大飽和出力以下になると同時に、比
例微分制御からデフ1ヒート制#に切り換える制御方法
fj!:特徴とし、さらに、制御久方VC飽和があると
きの比例微分制御において、整定時間を最小とし、かつ
、目標値における振動を所定値以内に抑制する極配置方
法を特徴とし、その目的は、テンドビート制御において
比例微分制御と全く同じの知がいサンプル時間を用いて
制御特性を向上する一方、初期値誤差や系への外乱があ
っても比例微分制御からテソドヒー) iIl制御に最
も効率的、かつ、円滑に切り換え、また、比例微分制御
中も整定時間を短かくし、特11c、目標1直近傍で入
力装幀の最大出力を利用して高梢り財、かつ、振動のな
い良好な応答波形を実現する位1煮決め制御方法を提供
−イーるもσ)である。以下、この発明7図面にっ(・
て説りJ−1イ)。 7x、ふ;、テンI・ヒー) i1i制御そり)ものけ
周知であるの一〇+:σ)説明は・6略する。 (発明の実施例1 彫1図はこび)発明σ)一実施例を示すフロック図−(
゛ある。こび)実施例9丁、一体負荷をもつ屯励磯σ)
位置決め制(++l系に通用した場分である。この図で
、1は位1〆一゛・速度倹1flエンコータ、2はこの
位置・速度検出エンコ−り1乞汗む電動機負荷系、3け
喪」4部で、G7: ;、ニ一覧゛(ふjC−検出エン
コーダ1からσ)ノ(ルスk 2 fA化する。4はi
ffすIIル人力装的1ジけ[)/A !l: (A 
ifl!、6は演算処理k i:’j、 (CP U 
) −(: ;h 7w 。 CP U 6は、−F 、+ピσ)61〜69σ)各部
からする。 イなわら、61 &t 1lill ?I゛fll入力
v (it t(rH口’t、−f−るfilF一部、
62け比較部、63はIeil Ql:” ’i托動機
負荷示2L〕)オプリーバ、64は?ノコのリーングル
時点の制<11人入力(111)ケ性定−するl1li
、定電、65は比較部、66は条件!It、67げテッ
ドヒート1lill 1utl入力設定部、68は比例
微分!If tdi1人力設定部、69は飽和fli制
御人力設足部である。比例微分制御人力設定部6BVC
入力さtIる7−て−ドバンクゲインKpdけ、図示し
ない下記σ)各手段でイ!lら才するもθ)でk・4・
1、すなわち、制イ卸入力に飽オI」が、D、ろかと5
かを・f(1別する飽和人力判別手段と、こθ月−利入
力R1別十段で飽オ11人力があると判11)iさf1
7こ錫イ;−、z′1′面にお(する4枳と目標に遂−
4−るサンフ゛ル周)υjの鈴々との)め1糸をめる惨
・サンプル周期1f 1lJf14 ”f・段と、こり
)伶・→ノーンプル周期故特性手↓夕からWiL:足T
るよでのテンプル周期の数を最小、!−1−る極をめる
最小h(検出手段とであイ)う 次に゛動作に関−fる各関係式について説明−1−4,
。 剛体負荷をもつ電#J機σ)位置決め1tii制御糸に
tgいて、位IK・速度検出エンコーダ1を含む1li
動機丁」菌糸2は、zl をH1f記′rば動機負荷系
20回転角、Zl’a”そσ)角岨度、u k fii
ll ta41人力 y%”出力、Cを出力行列、Tm
 を系の機械的時足数、KEを−FJtJiJJ機の、
透起1「圧頑数とし、出力yが回転角2.σ)とぎ、連
続時間tの状態方程式でター[と、次式〇)ようになる
。 い?、、lIンブル時間t、+ 11位111決め角を
ZOとし、C+ L=r。r+ X(=” 、 X2” T” Z2+z
o z。 とおいて、i’1H11式、第(2)人を、I!!(次
元化し、さ「〕
【てリリンプル時間でxi f!女化−
[4)と+llI fiill糸は2人のように挽−「
二とがでなる。 x (1+1 )−Ax(il+b v(i) −−−
−=(↓1v(il=−1(x(il・・−・・・・・
・・・())y(il二Cx(il ・・・・・・ ・
・ ・・・ ・・・IRIただし、 b = (r −I A e’−r、l−e ”) T
−−・+−tsl上fil、’で、K1ゴフィートバノ
クゲイン、Tは%: II4付列??モし2 口j、 
N、4数で、ザンブルσ)何部[]かを7j’ 4’−
n 、+ムコ1亀!!IIJ機負荷系20オブリ1−・=6
3(丁、次のように構成した。 x Ci +1 ):l:A x(il+bv(ilモ
L(y(it−Cx(il) ・i!+1ここで、x 
(ilはx(ilσ)推定値、Lはオフサーバ63Cゲ
4フ行列である。 いよ、2平面における極配置を2極ともλと−[ると、
フィードバックゲインには、 ・・・ ・ −(1(り であり、ま1こ、デッドビートオブザーバとなるゲイン
行列i、 +ゴ、 L = (1+e r、e ”/(1−e ”)ン7 
・・・ ・ −・(1りである。 次に、開側)入力装置4に飽和人力V、がある場合の比
例微分制御について、整定時間をMJ小とし、目標値に
おける振動址な所定値以下とするよう1工2平而におけ
る極配置1悔方法を考える。第(5)式を第(4)式に
代入すると、 fこノ、二1−2、l(、、に2はフィードバックゲイ
ンにで決まる係れである。 とプfす、第(12)代からx、 が目標移動距離σ】
95〜105%、■なわち、目標値の5%以内に入る±
(:の整定時間・とめ7.)ことができる。 (142しlしく、r =l)、 19 Nu述する実
験条件)の場合に゛ついて、飽和人力V、をパラメタに
しTこ、惨装置と整定時間の関係を示す。1こだし、第
2図で、極2け(1,05ステツプで計量?、 L T
こ。一般に飽和人力V、があり、かつ、極λが小さいと
き糸け11I)動的(てなり、一方、4セλが太きいと
と系は−i4 (1歳杖σ)状態となろfこめ、整定時
間げ長くなイ)。L、 ;fこがって、第2図σ)場合
、一定塾α1用(′)飽411人力v6に対しては、整
定時間を最小とする極λか4在する。 り13図((飽和人力V、?バフメクシこし、て、整定
時間を最小とする極λσ)F限fu’fとリンプル時間
rの関係を示−4−9γこだし、第3図で俤λは005
ステップ−(二、fに、−リンプル時間r 4j (1
,05≧r≦05の輪重では0.(15スナツプでmt
 3’L L−fこ。第;3図から飽オロ入力v、l 
とザンブル時間γが与えら]またとぎ、罹λの下限値を
めることかで勾、余裕を見てやや大きい極λを設定丁7
1は、系の振動が小さくなるため応答波形を改醐で般る
。 以上の関係式を用いて、オブザーバ63fX:用し・定
テン1′ビート制御方法を具体的に説り4″′□rる。 1なわら、iti制御入力がパワーアツプである制伺1
人力装藻4&てよつ−C装R的に飽411人カV、に制
限さハる場合、比例微分制御からデッドヒート制御Qて
切1.1換える制御ト順を第4図のフローチャートに示
す。第4図で(1)〜(11)は各ステツプを示す。 この切換条件は第1図において、位i?(・連続検出エ
ンコーダ1からのパルスを変換(先3で2 (1fl(
ヒしγこx (ilをめ、計算部61で、−rなゎち、
第(5)式から得rv 111こ措時点の制御人力v 
(ilおよびオブザーバ63から・の推定1直x(i+
1)を用いて]1ト)已f$64で1(Iらtまた次σ
)ザンノル時点の制御入力V(H−1)σ)両I制御入
力σ)大きさが、ともに比ノトシ部62および65Cζ
おいス飽111人力V6以内であること、かつ、オブザ
ーバ63から正しい+It定値x (i−tl)を得る
ため条件部66においてI≧2であること、の2条件を
満足する場合であり、このとき制御人力V(出まデッド
ビート制御入力設定部67でデッドビート制御入力−K
ab x (i)となる。ただし、ic、bは極λ=0
を第(10)弐に代入して得らnる。 iた、比較部62で1v(iN<v、なら、v(1)は
飽和制御入力設定w669で飽和人力の±V、となる。 ただし、v(ilとV、は同符号とする。また、条件部
66でl≦2なら、V(出;比例機会制御入力設定部6
8で比例微分制御入力−K p4 x (llとなる。 ただし、K□は第2図と第3図から決定した惨λを第(
10)大忙代入して得らする。 以上の制御人力v (11は2値化さnているが、D/
A変換部5で7すpグ信号になり、制御人力装置4で増
幅さjる。ただし、この実施例で制御入力装置4のゲイ
ンは”ビとした。 第5図に第4図のフローチャー)K従って制御したとき
の制御モデルな示す。#45図において、第■の範囲は
サンプル時間τと極λによって第(5)式から決定され
る制御六方マO)が飽和式カマ、を超えるため、電動機
は+V、あるいは−V、で駆動さnる。ただし、第(5
)式のフィードバックゲインには、上記極配置方法から
めに極λに基づき、第(lO)式からに、dK決定さn
る。第■の範囲は、第(5)式から決定される制御人力
v(ilの大きさが飽和人力7.以内になると、電動機
は第(5)式から得られる制御人力v(i)で駆動され
、過減衰応答になる。ただし、第(5)式のフィードバ
ックゲインKkt、mlの範囲で使用したKlと同じで
ある。 第1の範囲は、回転角Xl が目標値近傍Wなり、上記
切換条件を満足しデッドビート制御に切り換わった場合
であり、回転角X、は最短時間で振動することな(目標
値に収束さjる。ただし、第(5)式のフィードバック
ゲインには第00ン式にλ=0を代入してに、bK決定
される。したがって、飽和人力V、がある場合の比例微
分制御の極配置を上記方法で行うことKより、比例微分
制御の場合も最短時間で状態を整定できるため、高速な
制御となる。また、各サンプル時点ごと忙切換条件をチ
ェックしているため、初期値誤差があっても、あるいは
系に外乱が加わっても、その時点で適切な制御入力がF
J動機Vc141加さn、系が発振することはない。ま
だ、サンプル時間τを短がくしてもテンドビート制御を
利用fることができる。 次に、この切換条件を実際に適用したときの制御結果を
第6図に示す。この実験では、1v、1≦3、fi、r
=0.19. 第2図から極λを余裕を見てλ=0.3
とし、また、X+ (01” 0である。ただし、位置
決め角z0=πrad + 電kJJ機の機械的時定数
”rm =0.0526s、誘起電圧定数に!= 0.
074/V/(rad/s)である。この制御方法によ
り、回転単 角Xl はサンプル周期の数は6でlx+ 1 < 0
.05内VC整定している。4− 一方、第6図と全く同じ系について、プントビート制御
だけkよる制御結果の一例を第7図に示す。この場合、
回転角x1 はサンプル周期の数は111M!で、l 
x + I < 0.05内VcM定L テu’る。 第6図、第7図の場合とも、比例微分制御(λ=0.3
)だけの場合と比較し工、デッドビート制御を用いた場
合には、目標値近傍において最大制御入力を利用でき、
定常偏差は数分の1以下となり、回転角検出分屏能ある
いは七tl!lc近い値が得られた。また、515図と
第6図を比較すると、上記切換制御法によると、lR5
図の場合、高速で振動の極めて小さい応答が得らjてい
る。 なお、振動を抑えたいとき、例えば目標値に対し±1%
以内の振動、丁なわち、lx+I <o、o 1のよ5
K)1定時間との兼ね合いで、整定条件を小さく丁nば
よい。また1位置・速度検出エンコーダ1から得らj、
る実測値x(itがオブザーバ63から得らiる推定値
x (1)とよ(一致する場合、デッドビート制御入力
は−Kdbx(llを用いてもよい。 〔発明の効果〕 以上説明したように、この発BAVCよる位置決め制御
方法は、各サンプル時点ごとK、オブザーバを用いて次
のサンプル時点の制御人力をめその大きさに基づき、デ
ッドビート制御への切換可否を常にチェックするようV
CI、7.ので、初期値誤差があっても系に外乱が加わ
っても、系が発振しない利点がある。 t y、−1ilill fi“1t1人カシCJq 
411かある場合に関する足車て決定し、さらにテンド
ヒート制御化用いるfこめJ7.速、かつ、撤動の極め
て小さい応答が得らtする利点がある。付Vζ、制御(
1i′がt−1椋11〆(近傍にある場合、デツドヒー
) flill ml ’、!’用い、かつ、;5す御
人力装置の最大出力を利用で般る1こめ、糸の摩擦力な
どの外力に対して高4’+を度な位11′L決め系を月
現でキ。 定常(1iJ l”Eを4夕めて小さく抑えることがで
キる利点かに1ろ。 しfこかつて、トJ動1eσ)位置決め糸し【1.ユσ
)艷明&Cよる位置決めHill岬方法足ノ死用1オ1
ば、高速Q指動の極めて小さい応答、かつ、j鷺iメカ
K i」L、て高精度な制御結果がa+らrする。
【図面の簡単な説明】
第1図は剛木玖荷欠もつ′1d、動磯の位置決め制御系
σ〕一実施例を示T図、〜)、2図はザンブル時間r二
〇lりの場fについて、飽和人カケバラメクにして極配
置1′イと帳定時間との関係を示−[図、第3し1ぽ1
;咀和人力乞/クフメタ(でして整′iど時間を最小と
−(る極の下限値とザンブル時111Jとの関係を示す
図、第4NIITiUll f卸人力に飽和がある場合
σ)比1ull微分1iil制御からプントビート制−
Kl、71り換エフ:l 1lill ti+lI 手
1ifff te示したフローチャー■・、第5図は迅
4図のフロー千ヤー トVc従って制伶引したとキσ1
 ’+1ill n’lυeデル図、第6図はこの発明
を実際にコs4用したととの1シ11仰結果σ)−例な
示−下図、tバフ図は第6図と全く同じ系シζ関Tろデ
ッドビート制御だけしてよる1tilj御、清果の一例
を斥τ図である。 1/1中、1け位i+ff、・速度検出エンコータ、2
は76゜!l1機負荷系、3は変換部、4は制御入力製
置、5はD/A変49部、6はCPLI、61−うJ計
算tτlt、62゜65は比較部、63はオブザーバ、
64は41を駕1+i〜、66は条件部、67はテッド
ビート制御人力設定部、6日は比例微分制仰入力設尾部
、69は飽和制御人力1没定部である。 第2図 Ij入− 第3図 ワシフ日ノシグq門1−− 第4図 第5 図 ’−= 、−− 57−+o’i 第7図 n5 +蜀 J巧問

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (II 現時点の制御人力およびオブヂーバで推定し1
    こ次のナンブル時点の1両人力σ)両1fllj御入力
    がともVcN >IJ ill’l Hill1人力以
    内であること、およびザンプル周期の数がHill 1
    illl系の次元以上であることの2桑件を’7Q’を
    足Tる場合&n、比例倣分制−からデソトヒソト制61
    1にt、IJり換えろことを、1、Y徴とする位(1q
    、決め市If 1illl方?7j 。 (2)几1シllj・・・ン分制fill糸σ)位的゛
    決めflillが11方法において、1ii11出1人
    JJしCf11す7111がある場f)、Z半面しτお
    ける((Lと目標iIiに達−→−るり゛ンクル周期の
    数とび)関係?求め、1−りに−1ろSEでの前記サン
    プル14期σ)数を最小と−「る44Iを用(・て1l
    lll f+11 L、現+v7点の制御;…入力およ
    びオフザーバでIll、定しへ二次σ)ザンブル時点の
    ;も1」1+lu人力σ〕両1tl!I 11141人
    力がともに飽和制御人力以内でル・ること、およびす゛
    ンゾル周期の数が制イ卸系の次几以」、でk・ろ〜こと
    σ)2宋件を満足−[る楊合しく、比例畝分制−力らツ
    ーノドヒート制御に切り侠えることな特徴と−[る位置
    決め制御方法。
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