JPS62266202A - ディジタル弁クロ−ズドル−プ制御装置 - Google Patents

ディジタル弁クロ−ズドル−プ制御装置

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JPS62266202A
JPS62266202A JP528086A JP528086A JPS62266202A JP S62266202 A JPS62266202 A JP S62266202A JP 528086 A JP528086 A JP 528086A JP 528086 A JP528086 A JP 528086A JP S62266202 A JPS62266202 A JP S62266202A
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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】 (産業上の利用分野) 本発明は、アクチュエータをディジタル弁にて駆動し、
該アクチュエータの動作をフィードバック制御方式によ
り制御するようにしたディジタル弁クローズドループ制
御装置に関する。
(従来例) 従来のクローズドループ制御装置は、第6図に示すよう
なものがある。
同図において、1は演算手段であり、制御すべきアクチ
ュエータの動作を指示するための入力指示信@Sの値と
複連のフィードバック信号Fの値との差を検出し、その
差に相当する差信号Vを出力する。
2は一定の増幅率Aを有するサーボ増幅器であり、差信
号Vをへ倍してなる駆動信号AVを出力する。
3は電気・油圧式のサーボ弁、4は流体圧力源、5はア
クチュエータであり、サーボ弁3は駆動信号AVに応じ
て内部のトルクモータが作動し、ノズルとフラッパーの
組み合せ機構を使って液圧の信号に変換し、その液圧信
号でスプールを移動して流体圧力源4からアクチュエー
タ5に供給する作動液圧を調節する。
6はアクチュエータ5の動作量を検出するセンサであり
、検出結果をフィードバック信号Fとして演算手段1に
供給する。
このようなフィードバック制御方式は、入力指示信号S
とフィードバック信号Fとして電気的アナログ信号を用
い、これらの差信号Vをサーボ増幅器2にてアナログ的
に増幅してサーボ弁3のトルクモータに、供給したり、
又は、入力指示信号Sやフィードバック信号F、差信号
Vをディジタル信号で処理し、不図示のD/A変換器(
digital−analog converter)
等によりアナログ信号に変換してサーボ弁3のトルクモ
ータに供給している。
そして、アクチュエータ5に対し所定の作動を行なわせ
るために供給した入力指示信号Sとアクチュエータ5の
実際の動作量を示すフィードバック信号Fとの差、すな
わち差信号■の値を零にするように制御が行なわれ、入
力指示信号Sで指示した動作をアクチュエータ5に行な
わせる。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような従来のサーボ弁を用いたクロ
ーズドループ制御装置にあっては、サーボ弁内のフラッ
パやスプール等の作動は微小な埃塵によってもスティッ
ク等が発生するため保守管理が煩雑で、しかもサーボ弁
は装置が大きく高価となる等の欠点があった。
尚、上記第6図のサーボ弁に代えてゴミ等に強く、特別
な作動液の管理をする必要がなく且つコストの安いディ
ジタル弁を使用することでこの問題を改善しようとする
ものがあったが、このようなディジタル弁を使用するク
ローズドループ制御装置にあっては、ディジタル弁の応
答特性はパルスモータの最高応答パルス周波数Fmax
で規定されるため応答性が比較的悪く、第4図のサーボ
増幅器2の増幅率を高くするとアクチュエータ出力の発
振等を生じ、該増幅器2の増幅率を下げると入力信号S
とアクチュエータ5の出力との差すなわち定常備差が大
きくなり充分な性能を1qることが出来なかった。
即ち、この種類のディジタール弁を使用したフィードバ
ック制御の手法によれば、第6図における演算手段1か
らの差信号■を一定の増幅率を有するいわゆる線形増幅
器であるサーボ増幅器2で増幅しその指示値にしたがっ
てディジタル弁を開閉している。しかし、アクチュエー
タ5の出力Fと入力指示値Sの定常偏差を少なくして更
に出力の応答時間の向上を図ろうとするためにこの増幅
率を上げ過ぎると、第7図に示すように、例えばステッ
プ状の入力指示信号Sに対し、ディジタル弁の可変絞り
の開度θとアクチュエータの動作ηが不安定となり、い
わゆるオーバーシュート及びアンダーシュートが大きく
なって、整定状態−すなわち入力指示信号Sで示した目
標値H以上の出力を発生して機器に悪影響を及ぼしたり
、該目標値に落ち着くのに時間を要したり、更に最悪の
場合は発振状態となる問題があった。
一方、増幅率を下げることにより動作を安定させオーバ
ーシュート等をなくすようにした場合においては、アク
チュエータ5の出力Fと入力指示値Sとの誤差すなわち
定常偏差δが大きくなり満足な性能を得ることが出来な
いためフィードバック制御による充分な効果を得る事が
できない問題があった。
(問題を解決するための手段) 本発明はこの様な問題点に鑑みてなされたちにであり、
ディジタル弁にてアクチュエータを駆動制御するものと
し、該アクチュエータの動作量を検出しフィードバック
信号を発生するセンサと、該アクチュエータの動作を指
示する入力指示信号と該フィードバック信号との差を検
出して差信号を発生する演算手段とを具備するディジタ
ル弁クローズドループ制御装置である。
ここで、ディジタル弁の応答性能は該ディジタル弁を駆
動するパルスモータ−の最高応答周波数によって規定さ
れる特徴を有し、大娠幅時の応答時間は遅いが小j辰幅
時の応答時間は極めて速く、例えば、パルスモータ−の
応答周波数が最大で4oooppsとすれば200パル
ス分開閉するときは50m5を必要とするが、10パル
ス分の開閉には2.5mS、1パルス分には250μs
となり、開閉量によって応答速度が極めて大きく変化す
る。
こうした特徴に着目し本発明は、上記のディジタル弁ク
ローズドループ制御装置において更に、上記差信号を対
数特性や1/N乗特性等を有する圧縮信号に変換する圧
縮信号変換手段を備えると共に、上記演算手段からの差
信号と該圧縮信号変換手段からの圧縮信号とに基づき開
度制御信号を出力する開度信号発生手段と、該開度信号
発生手段からの開度制御信号に基づいてディジタル弁内
のパルスモータを駆動し弁開度を指示するパルスモータ
駆動手段とを具備したことを技術的要点とする。
即ち、前記圧縮信号変換手段は、前記差信号の値が大き
い場合にはこのクローズドループ装置の動作の安定化を
図るべく圧縮率の大きな圧縮信号を発生し、該差信号が
小ざい場合には圧縮率の小さな圧縮信号を発生すること
で制御系全体の応答性を向上させるようにして定常偏差
の少ないクローズドループ制御系を実現しようと作用す
るものであり、一方、上記演算手段から出力される差信
号を積分し、その積分値に対応するようパルスモータを
開閉する制御をおこなうと、応答速度は低下するが定常
偏差の向上が得られる。これら2者の長所を利用すべく
、上記演算手段から出力される差信号と圧縮信号変換手
段からの圧縮信号とに基づき安定性と応答性とを満足す
る開度制御信号を上記開度信号発生手段より発生するよ
うにしたことを特徴とする。
(実施例) 第1図は本発明によるディジタル弁クローズドループ制
御装置の一実施例を示すブロック図である。
まず構7成を説明すると、10は演算手段であり、アク
チュエータに所定動作を指示するため外部から供給され
た入力指示信号Sと1卦述するフィードバック信号Fと
の差を検出しそれを差信号■として出力する。
11は圧縮信号変換手段であり、差信号Vを増幅して圧
縮信号Wを出力する。
ここで、圧縮信号変換手段11の入出力特性を差信号V
=S−Fに対する圧縮信号Wで示せば、次式(1)、(
2>または(3)のように差信号■が大きいほど圧縮率
が大きく、差信号Vが小さいほど圧縮率が小ざくなるよ
うに設定されている。
1/n w=に−l v l   =に−I S−F l ”0
・・・・(1) w=に−3(Is−Fl/S)”n ・・・・(2)w
= L ・I CyQa (l S  F l /’S
 )  ”(3)ただし、上記式(1)、(2)におい
て、定数S−F≧Oならばに、は正の係数、S−F<O
ならばKは負の係数、nは実定数であり、上記式(3)
において、Lは負の係数、aは実定数であり、これらの
係数を適宜に変更することにより特性を設定する事がで
きる。
そしてこの特性を実現するために、圧縮信号変換手段1
1はマイクロコンピュータ等の演算機能を有する装置を
備えて上記式(1)ないしく3〉のいずれかの式に基づ
いて演算を行ったり、又は、上記式(1)ないしく3)
のいずれかの式に基づく演算を行ったのと同様の結・果
を得るために、予め上記の一つの式の演算結果に等しい
データを記憶するR OM (read only m
emory)を備え、差信号Vの大きざに応じて該RO
Mの記憶アドレスを指定して該データを得るようにする
尚、マイクロコンピュータやROM等のディジタル信号
を扱うものにおいては、差信号VをA/D変換器等でデ
ィジタル信号に変換し、圧縮信号Wもディジタル信号で
ある。
第2図は積分手段12の具体的構成を示し、周波数変換
器12aとアップダウンカウンタ12bを備えている。
周波数変換器12aは差信号Vの正負極性を判別すると
共に、差信号の絶対値の大きさIVIに応じた周波数の
周波数信号を発生し、差信号Vが正の値ならば周波数信
号fw、負ならば周波数信号fcwとして出力する。即
ち、差信号■の値が+φならば、−位時間当たりφパル
スの周波数信号fwを発生し、差信号Vの値が一φなら
ば単位時間当たりφパルスの周波数信号fCWを発生す
る。尚、この周波数信号fw、fcwの最大周波数は、
後述するディジタル弁17に内蔵されたパルスモータP
Mの最大応答速度に等しいか又はそれ以下に設定されて
いる。
アップダウンカウンタ12bは、周波数変換器12aか
らのパルス列fw、fcwを計数し、パルス列fwが供
給されるとアップカウントを、パルス列fcwが供給さ
れるとダウンカウントを行い、計数結果を積分値信号R
として出力する。
13は開度信号発生手段であり、積分値信号Rと圧縮信
号Wを加算演算し、その加算結果に基づいて開度制御信
号S■を発生する。即ち次式(4)に従った演算を実行
する。
5V=k・(W+R)    ・・・・(4)尚、kは
適宜に設定する計数値である。
14はパルスモータ駆動手段で3あり、励磁信号発生回
路15と駆動回路16とを備え、ディジタル弁17のパ
ルスモータPMの動作を制御して可変絞り18の開度を
調節する。
励磁信号発生回路15は開度制御信号S■の大小を判定
を行い、現在のパルスモータ位置すなわちバルブ開度が
指示値より大きい場合は閉じる方向に、その反対なら開
ける方向に正逆転させるべく励磁信号φ1〜φ4を出力
する。
第3図は励磁信号発生回路15の構成を示すブロック図
であり、比較器15a1判別器15b1発撮器15c、
位置カウンタ15d1パルスモータ励磁相変挽回路15
eを備え、比較器15aに圧縮信号Wを入力し、パルス
モータ励磁相変換回路15eからはパルスモータの各励
磁コイルを制御する励磁信号φ1〜φ4が発生するよう
になっている。
尚、詳細は先に本願発明者が出願した「昭和58年特許
願第207207@Jに記載しているが、ここで概要を
説明すると、発振器15cはパルス列からなる基準クロ
ック信@Cしを発生し、パルスモータPMを最大応答速
度で駆動することのできる周波数に等しく設定されてい
る。
比較器15aは、加減算カウンタを用いた位置カウンタ
15dから供給されたパルスモータPMの現在位置信号
Aと開度制御信号S■との大小を検出し、現在位置信号
Aが開度制御信号Sより大きいとき即ちA > S ’
Jの時は出力Q1を発生し、現在位置信号Aが開度制御
信号S■より小さいとき即ちA<SVの時は出力Q2を
発生する。
判別回路15bは出力Ql 、Q2に基づいて位置カウ
ンタ15dの加減算動作を指定する。
出力Q1が入力された場合には、位置カウンタ15dに
対し発振器15cよりの基準クロック信号CLを減算パ
ルスDOWNとして供給し、位置カウンタ15dはA=
SVとなるまで計数動作し、この減算結果IA−3V 
1個のパルスからなる差修正信号CWをパルスモータ励
磁相変換回路15eに出力する。パルスモータ励磁相変
換回路15eは差修正信号CWを4相パルスモータのと
きはφ1〜φ4の励磁信号に変換し、駆動回路16を介
して、ディジタル弁17の可変絞り18を閉じる方向に
パルスモータを回転駆動する。   一方、出力Q2が
入力された場合には、位置カウンタ15dに対し発振器
15Cよりの基準クロック信号CLを加算パルスUPと
して供給し、位置カウンタ15dはA=SVとなるまで
計数動作し、この加算結果I 5V−A 1個のパルス
からなる差修正信号CCWをパルスモータ励磁相変換回
路15eに出力する。パルスモータ励磁相変換回路15
eは4相パルスモータの時は差修正信号CCWをφ1〜
φ4の励磁信号に変換し、駆動回路16を介して、ディ
ジタル弁17の可変絞り18の開度を増加する方向にパ
ルスモータPMを回転駆動する。
更に、判別回路15bは比較器15aからの信号Ql 
、Q2が供給されないとき、即ち、現在位置信号Aと開
度制御信号S■が等しい場合、発振器15Gの基準パル
スCLを位置カウンタ15dに供給するのを停止する。
したがって、位置カウンタ15dは加減算動作せず、パ
ルスモータ励磁相変換回路15eへの励磁信@cw、c
cwの供給が行なわれず、パルスモータPMは駆動され
ない。
尚、第1図において、駆動回路14は駆動信号φ1〜φ
4を電流増幅してパルスモータの各励磁コイルに供給す
る。
この様に、パルスモータPMは、現在位置信号Aと開度
制御信号S■との差だけ駆動するように制御されるので
、常に開度制御信号Svによって指示される開度位置に
追従する。
19は流体圧力源、20はアクチュエータであり、可変
絞り18の開度に応じた作動流圧が流体圧力源19から
アクチュエータ20に供給され、駆動される。
21はアクチュエータ20の動作量を検出し、該検出値
をフィードバック信号Fとして演算手段10に供給する
かかる構成のディジタル弁クローズドループ制御装置の
作動を説明する。
演算手段10において、入力指示信号Sと実際のアクチ
ュエータ20の動作量を示すセンサ21からのフィード
バック信号Fとの差が検出され、その差信号■は圧縮信
号変換手段11により上記式第(1)、(2)または(
3)のいずれかの式、例えば第(1)式に基づいて処理
され、圧縮信号Wとなって出力される。
一方、差信号Vは別途積分手段12により処理され、積
分値信号Rが出力される。
開度信号発生手段13では、積分値信号Rと圧縮信号W
を上記式(4)に基づいて加算演算し、開度制御信号S
■を発生する。
開度制御信号Svは励磁信号発生回路15により、パル
スモータPMの現在位置と比較され、パルスモータPM
を現在位置と開度制御信号SVとの差だけ駆動する為の
励磁信号φ1〜φ4が駆動回路14で電流増幅されてパ
ルスモータPMに供給され、パルスモータPMを開度制
御信号SVに等しく追従させる。
パルスモータPMは励磁信号φ1〜φ4にしたがって正
転または逆転して可変絞り18の開度を調節し、流体圧
力源19からアクチュエータ20へ供給する作動液圧を
調整する。
第4図はこのフィードバック制御によって、入力指示信
号S1こ対するアクチュエータ20の定常偏差及び応答
性が向上したことを示す。
ここで、第4図はこの実施例の特性を示し、第7図と比
較すると、第7図は圧縮信号変換手段11及び開度信号
発生手段13を用いず一定の増幅率を有するサーボ増幅
器を用いて演算手段1からの差信号Vを増幅し、パルス
モータPMの動作を制御する従来のフィードバック制御
手段による特性を示しているが、該増幅器の増幅率Gを
2000、入力指示信号Sを0.4 m/secとし、
該入力指示信号Sをステップ状に供給してた場合である
第7図では、入力指示信号Sに対するディジタル弁17
の可変絞り18の開度θには、大きなオーバーシュート
とアンダーシュートが発生し、一定値に安定するのに長
時間を必要としている。又、この開度θの不安定に伴な
いアクチュエータ20の動作ηも不安定で安定するまで
に長時間を必要とし、しかも、アクチュエータ20が安
定した状態(整定状態)の値と入力指示信号Sで指示さ
れた目標値Hとの差δが極めて大きい。
したがって、アクチュエータ20に速く目的の動作を行
なわせることができず制御性能が悪いと言える。
これに対し、第4図は第7図と同一条件のディジタル弁
17、流体圧力源19、アクチュエータ20等を使用し
、上記式(2)を適応した圧縮信号変換手段11及び開
度信号発生手段13を使用している。尚、上記式(2)
において、n=8、K=400、入力指示信号Sを 0
.4 m/secとし、最低の増幅率でも400となる
ように設定してあり、この時の圧縮信号変換手段11の
増幅率G*=W/Vは一例を示せば次表のように差信号
第3図に示すように、入力指示信号Sに対するディジタ
ル弁17の可変絞り18の開度θ は、極めて短時間で
一定値に安定し、また、この開度θ1も安定なことから
アクチュエータ20の動作η“も短時間で安定する。し
かも、アクチュエータ20が安定した状態(整定状態)
の値と入力指示信号Sで指示された目標値Hとの差すな
わち定常偏差δ が極めて小さい。
このように、従来の増幅器に比べて、差信号■に対する
開度制御信号S■の増幅率を全体的に上昇することがで
きることから、目標値Hとアクチュエータ20の整定値
との差δ9を極めて小さくする事ができる効果が得られ
、又、該増幅率を上昇しても発振等の不安定な状態とな
らないので、アクチュエータ20に速く目的の動作を行
なわせることができ、応答性が改善されている。
尚、この実施例の圧縮信号変換手段11では、上記式(
1)ないしく3)を用いたが、これに限らず、入力され
る差信号の値が大きくなるにしたがい圧縮率が大きく、
該差信号の値が小さくなるにしたがい圧縮率が小さくな
ような特性を有しているものであれば適用することが出
来る。
第5図は伯の実施例を示すブロック図である。
まず、構成を第1図のブロック図に対応して示せば、相
違する点は、センサ21からの検出信号をA/D変換器
22を通してディジタル信号よりなるフィードバック信
号FDに変換し、これを演算手段10Aに供給し、ディ
ジタル信号よりなる入力指示信号SDとの差である差信
号Vをディジタル信号で発生させている。そして、圧縮
信号発生手段11Aは第1図の圧縮信号発生手段11に
、開度信号発生手段13Aは第1図の開度信号発生手段
13に相当し、共に、ROM (Read 0nly 
Hemory)等の記憶素子にて構成されている。
圧縮信号変換手段11Aは差信号■の値(数値)にて指
定されるM謂アドレス領域に上記式(1)等で演算され
た結果の圧縮信号Wに相当する数値データが予め記憶さ
れている。差信号■が供給されると該差信号Vは所謂ア
ドレス信号となり、該アドレス領域からは差信号Vの大
きさに対応した圧縮信号(数値)Wが出力される。
開度信号発生手段13Aも同様に、マトリックス状に配
列された記憶領域を有するROM等で構成され、圧縮信
号変換手段11Aからの圧縮信号Wが記憶領域の列アド
レスを、積分手段12からの積分値信号Rが記憶領域の
行アドレスとなる構成となっている。
圧縮信号Wと積分値信号Rとで指定されるアドレス領域
には、第1図の開度信号発生手段13で求められる所定
の開度制御信号S■が圧縮信号Wと積分値信号Rに対応
して予め記憶されており、圧縮信号Wと積分値信号Rに
応じた開度制御信号SVを出力するようになっている。
この実施例によっても上記第1の実施例と同様の効果が
得られ併せて、回路構成の簡素化及び小形化が実現出来
る。
(発明の効果) 以上説明したようにこの発明例によれば、圧縮信号変換
手段は、フィードバック信号と入力指示信号との差によ
る差信号の値が大きい場合にはクローズドループ装置の
動作の安定化を図るべく圧縮率の大きな圧縮信号を発生
し、該差信号が小ざい場合には圧縮率の小さな圧縮信号
を発生することで制御系全体の応答性を向上させるよう
にして定常偏差の少ないクローズドループ制御系を実現
しようと作用するものであり、一方、上記差信号はその
まま制御信号としてパルスモータに供給すると安定性等
におりる問題があるものの応答速度は速ことから、開度
信号発生手段によりこれら2者の長所を利用すべく最適
となる開度制御信号を発生させ、この開度制御信号に基
づきディジタル弁を駆動制御するので、安定性と応答性
とを満足するディジタル弁クローズドループ制御装置を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による一実施例を示すブロック図、第2
図は第1図の増幅手段の構成を示すブロック図、第3図
は第1図の励磁信号発生手段の構成を示すブロック図、
第4図は本発明による効果を示す特性図、第5図は本発
明による他の実施例を示すブロック図、第6図は従来例
を示すブロック図、第7図は従来例の欠点を説明する特
性図である。 10、IOA:演算手段 11、IIA:圧縮信号変換手段 12:積分手段 13.13A:開度信号発生手段 14:パルスモータ駆動手段 15:励磁信号発生回路 16:駆動回路 17:ディジタル弁 18:可変絞り 19:液体圧力源 20:アクチュエータ 21:センサ 22:A/D変換器

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 パルスモータにより駆動される流体液圧源からの作動液
    体を制御し該作動液体にてアクチュエータを駆動するデ
    ィジタル弁と、 該アクチュエータの動作量を検出しフィードバック信号
    を発生するセンサと、 該アクチュエータの動作を指示する入力指示信号と該フ
    ィードバック信号との差を検出し差信号を発生する演算
    手段とを具備し、 該ディジタル弁によって制御される作動液体により駆動
    されるアクチュエータの動作量を検出して該アクチュエ
    ータをフィードバック制御するディジタル弁クローズド
    ループ制御装置において、前記差信号の値が大きくなる
    にしたがい圧縮率が大きく、該差信号の値が小さくなる
    にしたがい圧縮率が小さい圧縮信号を発生する圧縮信号
    変換手段と、 前記演算手段からの差信号の時間積分演算を行い積分値
    信号を出力する積分手段と、 該圧縮信号と積分値信号とに基づく加算演算を行い開度
    制御信号値を発生する開度信号発生手段と、 該開度信号発生手段からの開度制御信号に基づいてディ
    ジタル弁内のパルスモータを駆動し弁開度を設定するパ
    ルスモータ駆動手段とを具備したことを特徴とするディ
    ジタル弁クローズドループ制御装置。
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