JPS6322324B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6322324B2 JPS6322324B2 JP57201144A JP20114482A JPS6322324B2 JP S6322324 B2 JPS6322324 B2 JP S6322324B2 JP 57201144 A JP57201144 A JP 57201144A JP 20114482 A JP20114482 A JP 20114482A JP S6322324 B2 JPS6322324 B2 JP S6322324B2
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- JP
- Japan
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- amplifier
- proportional
- control
- integral
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- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 9
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 12
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 6
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
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- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B11/00—Automatic controllers
- G05B11/01—Automatic controllers electric
- G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
- G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は制御増幅器に係り、特にフイードバツ
ク制御に用いる制御増幅器に関する。
ク制御に用いる制御増幅器に関する。
フイードバツク制御の基本的な構成を第1図に
示す。指令値(目標値)eiと制御対象2の出力値
(制御値)eoが制御増幅器1により比較増幅さ
れ、その出力(操作値)ecにより制御対象2の入
力が制御され、出力値eoが指令値eiに近い値とな
るように制御される。
示す。指令値(目標値)eiと制御対象2の出力値
(制御値)eoが制御増幅器1により比較増幅さ
れ、その出力(操作値)ecにより制御対象2の入
力が制御され、出力値eoが指令値eiに近い値とな
るように制御される。
第2図にフイードバツク制御の例として電動機
の速度制御の場合を示す。以下、この速度制御を
例に説明する。この速度制御系では電動機4の速
度noを制御するのが目的であり、指令値は速度
指令値niで与えられる。速度指令値niと速度検出
器5により検出された速度noは制御増幅器1に
より比較増幅され、その出力ecは電力増幅器3に
入力される。電力増幅器3はその入力ecに応じた
電流iを電動機4に流すために電力増幅を行な
う。電動機は電流に比例したトルクを発生し、こ
のトルクに応じて速度が増減して、速度偏差(ni
−no)が小さくなるように制御される。
の速度制御の場合を示す。以下、この速度制御を
例に説明する。この速度制御系では電動機4の速
度noを制御するのが目的であり、指令値は速度
指令値niで与えられる。速度指令値niと速度検出
器5により検出された速度noは制御増幅器1に
より比較増幅され、その出力ecは電力増幅器3に
入力される。電力増幅器3はその入力ecに応じた
電流iを電動機4に流すために電力増幅を行な
う。電動機は電流に比例したトルクを発生し、こ
のトルクに応じて速度が増減して、速度偏差(ni
−no)が小さくなるように制御される。
電動機に負荷が加わつた場合、電動機の速度
noが減少し、速度偏差が増加するとともに、制
御増幅器の出力ec、電動機電流iが増加し、電動
機の発生トルクが増加し、結局速度noが大きく
変化しない様に制御される。
noが減少し、速度偏差が増加するとともに、制
御増幅器の出力ec、電動機電流iが増加し、電動
機の発生トルクが増加し、結局速度noが大きく
変化しない様に制御される。
第3図に制御増幅器としてもつとも簡単な比例
増幅器を示す。6は減算器、7は増幅器で入力を
Kp倍に増幅する。指令値niと出力の検出値noと
の偏差が減算器6により求められ、これを単に
Kp倍に増幅するだけである。制御増幅器1の出
力ecがある値を持つためには必ず偏差がなければ
ならず、電動機がトルクを発生している場合、速
度指令や負荷トルクが一定の定常状態でも速度は
指令値に対して偏差(定常偏差)を持つことにな
る。
増幅器を示す。6は減算器、7は増幅器で入力を
Kp倍に増幅する。指令値niと出力の検出値noと
の偏差が減算器6により求められ、これを単に
Kp倍に増幅するだけである。制御増幅器1の出
力ecがある値を持つためには必ず偏差がなければ
ならず、電動機がトルクを発生している場合、速
度指令や負荷トルクが一定の定常状態でも速度は
指令値に対して偏差(定常偏差)を持つことにな
る。
定常偏差をなくすために使用される制御増幅器
として第4図に示す比例積分増幅器がある。8は
比例積分増幅器で、偏差をKp倍した量と、偏差
の積分量に比例した量の和が出力される。比例積
分増幅器の入力に対する出力の伝達関係数G
(PI)は(1)式で示される。
として第4図に示す比例積分増幅器がある。8は
比例積分増幅器で、偏差をKp倍した量と、偏差
の積分量に比例した量の和が出力される。比例積
分増幅器の入力に対する出力の伝達関係数G
(PI)は(1)式で示される。
G(PI)=Kp+KI/S ……(1)
ただしKP,KIは比例定数
Sはラプラス演算子
定常偏差が生じようとすると、この偏差が積分
されて、制御増幅器1の出力ecが増減し、結局、
定常的な偏差を発生することがない。定常状態で
は速度指令値niと速度noは一致することになる。
されて、制御増幅器1の出力ecが増減し、結局、
定常的な偏差を発生することがない。定常状態で
は速度指令値niと速度noは一致することになる。
しかしがら比例積分増幅器を用いた場合は、第
5図に示すように、速度指令値niの変化に対して
速度が一度指令値を越えるいわゆるオーバーシユ
ートを生ずる。フイードバツク制御においては必
らず制御の遅れがあり、この遅れの間に積分され
る量(図示のAの面積に比例)とオーバーシユー
トした部分で負に積分される量(図示のBの面積
に比例)が等しくなくてはならないことから生ず
る。
5図に示すように、速度指令値niの変化に対して
速度が一度指令値を越えるいわゆるオーバーシユ
ートを生ずる。フイードバツク制御においては必
らず制御の遅れがあり、この遅れの間に積分され
る量(図示のAの面積に比例)とオーバーシユー
トした部分で負に積分される量(図示のBの面積
に比例)が等しくなくてはならないことから生ず
る。
このオーバーシユートを防止するために、第6
図に示すように比例積分増幅器にオーバーシユー
ト防止補償回路9が付加される。これは、フイー
ドバツク回路に一種の微分回路(一次進み回路)
を付加し、制御の遅れにより積分される量を検出
値の変化分で打消させるものである。オーバーシ
ユート防止補償回路の入力に対する出力の伝達関
数G(A)は(2)式で示される。
図に示すように比例積分増幅器にオーバーシユー
ト防止補償回路9が付加される。これは、フイー
ドバツク回路に一種の微分回路(一次進み回路)
を付加し、制御の遅れにより積分される量を検出
値の変化分で打消させるものである。オーバーシ
ユート防止補償回路の入力に対する出力の伝達関
数G(A)は(2)式で示される。
G(A)=KAS/S+〓A ……(2)
ただしKAは比例定数
Sはラプラス演算子
第7図にオーバーシユート防止補償付比例積分
増幅器を用いた場合の速度指令値niに対する各部
の応答を示す。斜線で示した部分がオーバーシユ
ート防止補償回路によつて発生される信号Naの
大きさである。この斜線部の面積と制御の遅れに
より積分される量(図示のAの面積)が等しくな
るように定数KA,ωAを調整することによつて速
度noのオーバーシユートを防止できる。この制
御増幅器は定常偏差もなくオーバーシユートも発
生せず非常にすぐれた特性を持つ。
増幅器を用いた場合の速度指令値niに対する各部
の応答を示す。斜線で示した部分がオーバーシユ
ート防止補償回路によつて発生される信号Naの
大きさである。この斜線部の面積と制御の遅れに
より積分される量(図示のAの面積)が等しくな
るように定数KA,ωAを調整することによつて速
度noのオーバーシユートを防止できる。この制
御増幅器は定常偏差もなくオーバーシユートも発
生せず非常にすぐれた特性を持つ。
しかしオーバーシユート防止補償付比例積分増
幅器は調整しなければならない定数がKP,KI,
KA,ωAの4つあり、調整がやつかいである。
幅器は調整しなければならない定数がKP,KI,
KA,ωAの4つあり、調整がやつかいである。
また従来、これらの制御増幅器は演算増幅器を
用いたアナログ回路で構成されていたため、理論
的には定常偏差を生じない積分要素を持つ制御増
幅器でも演算増幅器の誤差に起因する定常偏差を
生じていた。
用いたアナログ回路で構成されていたため、理論
的には定常偏差を生じない積分要素を持つ制御増
幅器でも演算増幅器の誤差に起因する定常偏差を
生じていた。
これに対して最近は、マイクロコンピユータな
どを使用してデジタル的にこれらの制御増幅を行
なつて精度の改善が行なわれ始めた。デジタル的
な積分は誤差のない積分が行なえ比例積分増幅器
の場合、定常偏差を全つたく無くすことができ
る。しかしオーバーシユート防止補償を付加して
微分演算を行なう場合、定常状態に近くなると微
分量は無限に小さくなり、デジタル演算では演算
の打切りを行なわざるを得ない。このためオーバ
ーシユート防止補償付比例積分増幅ではデジタル
演算を行なつても定常偏差を完全に無くすことが
できない。制御の高性能、高精度化のためデジタ
ル化に適した制御増幅器の開発が望まれていた。
どを使用してデジタル的にこれらの制御増幅を行
なつて精度の改善が行なわれ始めた。デジタル的
な積分は誤差のない積分が行なえ比例積分増幅器
の場合、定常偏差を全つたく無くすことができ
る。しかしオーバーシユート防止補償を付加して
微分演算を行なう場合、定常状態に近くなると微
分量は無限に小さくなり、デジタル演算では演算
の打切りを行なわざるを得ない。このためオーバ
ーシユート防止補償付比例積分増幅ではデジタル
演算を行なつても定常偏差を完全に無くすことが
できない。制御の高性能、高精度化のためデジタ
ル化に適した制御増幅器の開発が望まれていた。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、オ
ーバーシユート防止補償付比例積分増幅器を容易
にし、デジタル化した場合に定常偏差を完全に無
くす優れた特性の制御増幅器を得ることを目的と
する。
ーバーシユート防止補償付比例積分増幅器を容易
にし、デジタル化した場合に定常偏差を完全に無
くす優れた特性の制御増幅器を得ることを目的と
する。
本発明は制御対象の出力に対する指令値と前記
制御対象の出力の検出値を入力して比較増幅し、
前記制御対象の入力を制御する制御増幅器に於
て、前記指令値と前記検出値との偏差値に比例し
た量に前記偏差値を積分した量を加えた比例積分
値を得る第1の演算手段と、前記比例積分値から
前記検出値に比例した補償量を減じた値を出力し
て前記制御対象の入力を制御する第2の演算手段
を設け調整が容易で優れた応答特性が得られる様
にした制御増幅器である。
制御対象の出力の検出値を入力して比較増幅し、
前記制御対象の入力を制御する制御増幅器に於
て、前記指令値と前記検出値との偏差値に比例し
た量に前記偏差値を積分した量を加えた比例積分
値を得る第1の演算手段と、前記比例積分値から
前記検出値に比例した補償量を減じた値を出力し
て前記制御対象の入力を制御する第2の演算手段
を設け調整が容易で優れた応答特性が得られる様
にした制御増幅器である。
第8図に本発明の実施例を示す。11,14は
減算器、12は比例積分増幅器、13は比例増幅
器であり、これらによつて制御増幅器10が構成
されている。指令値niとフイードバツク値noは減
算器11に入力され偏差(ni−no)が求められ
る。この偏差は比例積分増幅器12に入力され
る。一方、フイードバツク値noは比例増幅器1
3にも入力される。減算器14により比例積分増
幅器12の出力から比例増幅器13の出力が減算
されて制御増幅器10の出力としてのecが求めら
れる。
減算器、12は比例積分増幅器、13は比例増幅
器であり、これらによつて制御増幅器10が構成
されている。指令値niとフイードバツク値noは減
算器11に入力され偏差(ni−no)が求められ
る。この偏差は比例積分増幅器12に入力され
る。一方、フイードバツク値noは比例増幅器1
3にも入力される。減算器14により比例積分増
幅器12の出力から比例増幅器13の出力が減算
されて制御増幅器10の出力としてのecが求めら
れる。
指令値niに対する制御増幅器出力ecの伝達関数
Gciは(3)式で示され、第6図に示した従来例と全
つたく同一である。
Gciは(3)式で示され、第6図に示した従来例と全
つたく同一である。
Gci=KP+KI/S ……(3)
一方、フイードバツク値noに対する制御増幅
器出力ecの伝達関数Gcoは(4)式で示される。
器出力ecの伝達関数Gcoは(4)式で示される。
Gco=−(KP+KI/S+KB) ……(4)
第6図に示した従来例の場合のフイードバツク
値noに対する制御増幅器出力ecの伝達関数
Gco′は(5)式で示される。
値noに対する制御増幅器出力ecの伝達関数
Gco′は(5)式で示される。
Gco′=−(KP+KI/S)(1+KAS/S+ωA)……
(5) しかしながら従来例の場合、一般に(KI/KP)
とωAをほぼ等しく選ぶと良い特性となることが
経験的に知られている。ωAに(KI/KP)を代入
すると(6)式となる。
(5) しかしながら従来例の場合、一般に(KI/KP)
とωAをほぼ等しく選ぶと良い特性となることが
経験的に知られている。ωAに(KI/KP)を代入
すると(6)式となる。
Gco′=−(KP+KI/S+KPKA) ……(6)
したがつてKBをKPKAと等しく選べは従来例と
同一の伝達関数となり、全つたく同一の特性の制
御増幅器とすることができ、調整が必要な定数は
従来例のKP,KI,KA,ωAの4つからKA,KI,
KBの3つに減少させることができる。
同一の伝達関数となり、全つたく同一の特性の制
御増幅器とすることができ、調整が必要な定数は
従来例のKP,KI,KA,ωAの4つからKA,KI,
KBの3つに減少させることができる。
また、第8図から容易にわかるようにデジタル
演算において演算打切り誤差を生ずる微分演算を
必要とせず、デジタル化した場合には定常偏差を
完全になくしたオーバーシユート防止補償付比例
積分増幅が行なえる。
演算において演算打切り誤差を生ずる微分演算を
必要とせず、デジタル化した場合には定常偏差を
完全になくしたオーバーシユート防止補償付比例
積分増幅が行なえる。
第9図に演算増幅器を用いた場合の具体的な本
発明の構成を示す。15〜22は抵抗器、23は
コンデンサ、24〜26は演算増幅器である。抵
抗器15,17〜21の抵抗値をRとした時の定
数KP,KI,KBに対する抵抗器16,22の値を
KPR,R/KBコンデンサ23の値を1/KIRと
すれば同様の伝達関数が得られる。一般的に広く
使われている演算増幅器の基本的な構成を組合せ
たものなので詳しい説明は省略するが、抵抗器1
9,20、演算増幅器24で構成される部分は信
号の極性反転を行ない、抵抗器15,16,2
1、コンデンサ23、演算増幅器25で構成され
る部分は加算と比例積分増幅を行ない、抵抗器1
7,18,22、演算増幅器26で構成される部
分は加算を行なつている。演算増幅器の入力と出
力との間で信号の極性が反転されることに注意す
れば第8図に示した実施例と同一の伝達関数とな
ることがわかる。
発明の構成を示す。15〜22は抵抗器、23は
コンデンサ、24〜26は演算増幅器である。抵
抗器15,17〜21の抵抗値をRとした時の定
数KP,KI,KBに対する抵抗器16,22の値を
KPR,R/KBコンデンサ23の値を1/KIRと
すれば同様の伝達関数が得られる。一般的に広く
使われている演算増幅器の基本的な構成を組合せ
たものなので詳しい説明は省略するが、抵抗器1
9,20、演算増幅器24で構成される部分は信
号の極性反転を行ない、抵抗器15,16,2
1、コンデンサ23、演算増幅器25で構成され
る部分は加算と比例積分増幅を行ない、抵抗器1
7,18,22、演算増幅器26で構成される部
分は加算を行なつている。演算増幅器の入力と出
力との間で信号の極性が反転されることに注意す
れば第8図に示した実施例と同一の伝達関数とな
ることがわかる。
第10図に本発明の制御増幅をマイクロコンピ
ユータで実現したアルゴリズムを示すフローチヤ
ートの例を示す。ステツプ27で割込みが入ると
ステツプ28で指令値ni、フイードバツク値no、
定数KP,KI,KBを読み込む。この割込は所定の
時間(例えば1ms)ごとに実行する。次にステツ
プ29で指令値niとフイードバツク値noの偏差値
X1を引き算によつて求める。ステツプ30で偏
差値X1と定数KPを乗算して比例分X2を求める。
ステツプ31で偏差値X1を割込みによるサンプ
リング周期に応じた値((例えば1000)で割り算
してX3を求め、これにステツプ32で定数KIを
乗算して1回のサンプリング当りの積分量X4を
求める。ステツプ33で前回に積分された値X5
にX4を加えて新しい積分値X5が積分分として求
まる。ステツプ34で積分分X5と比例分X2を加
えて比例積分分X6を求める。次にステツプ35
でフイードバツク値noに定数KBを乗算してオー
バーシユート防止補償分X7を求める。ステツプ
36で比例積分分X6からオーバーシユート防止
補償分X7を減じてX8を求め、ステツプ37でこ
のX8を制御増幅出力ecとして出力する。ステツ
プ38で一連の割込みプログラムを終える。
ユータで実現したアルゴリズムを示すフローチヤ
ートの例を示す。ステツプ27で割込みが入ると
ステツプ28で指令値ni、フイードバツク値no、
定数KP,KI,KBを読み込む。この割込は所定の
時間(例えば1ms)ごとに実行する。次にステツ
プ29で指令値niとフイードバツク値noの偏差値
X1を引き算によつて求める。ステツプ30で偏
差値X1と定数KPを乗算して比例分X2を求める。
ステツプ31で偏差値X1を割込みによるサンプ
リング周期に応じた値((例えば1000)で割り算
してX3を求め、これにステツプ32で定数KIを
乗算して1回のサンプリング当りの積分量X4を
求める。ステツプ33で前回に積分された値X5
にX4を加えて新しい積分値X5が積分分として求
まる。ステツプ34で積分分X5と比例分X2を加
えて比例積分分X6を求める。次にステツプ35
でフイードバツク値noに定数KBを乗算してオー
バーシユート防止補償分X7を求める。ステツプ
36で比例積分分X6からオーバーシユート防止
補償分X7を減じてX8を求め、ステツプ37でこ
のX8を制御増幅出力ecとして出力する。ステツ
プ38で一連の割込みプログラムを終える。
以上述べたように本発明によればフイードバツ
ク制御において調整箇所が少なくなり、調整が容
易となる。またデジタル化した場合、定常偏差を
完全になくすことができ、従来にない精度の高い
制御が行なえる。電動機の速度制御を例に説明し
たが、フイードバツク制御は広くあらゆる分野に
利用されており、本発明の効果は絶大である。
ク制御において調整箇所が少なくなり、調整が容
易となる。またデジタル化した場合、定常偏差を
完全になくすことができ、従来にない精度の高い
制御が行なえる。電動機の速度制御を例に説明し
たが、フイードバツク制御は広くあらゆる分野に
利用されており、本発明の効果は絶大である。
第1図、第2図はフイードバツク制御を説明す
るためのブロツク図、第3図、第4図、第6図は
従来の制御増幅器の例、第5図、第7図は制御応
答を説明する図、第8図は本発明の制御増幅器の
一実施例、第9図は本発明の制御増幅器の具体的
な回路構成図、第10図は本発明をマイクロコン
ピユータで実施したアルゴリズムを示すフローチ
ヤートである。 1,10……制御増幅器、2……制御対象、3
……電力増幅器、4……電動機、5……速度検出
器、6,11,14……減算器、7,13……比
例増幅器、8,12……比例積分増幅器、9……
オーバーシユート防止補償回路、15〜22……
抵抗器、23……コンデンサ、24〜26……演
算増幅器。
るためのブロツク図、第3図、第4図、第6図は
従来の制御増幅器の例、第5図、第7図は制御応
答を説明する図、第8図は本発明の制御増幅器の
一実施例、第9図は本発明の制御増幅器の具体的
な回路構成図、第10図は本発明をマイクロコン
ピユータで実施したアルゴリズムを示すフローチ
ヤートである。 1,10……制御増幅器、2……制御対象、3
……電力増幅器、4……電動機、5……速度検出
器、6,11,14……減算器、7,13……比
例増幅器、8,12……比例積分増幅器、9……
オーバーシユート防止補償回路、15〜22……
抵抗器、23……コンデンサ、24〜26……演
算増幅器。
Claims (1)
- 1 制御対象の出力に対する指令値と前記制御対
象の出力の検出値を入力して比較増幅し前記制御
対象の入力を制御する制御増幅器に於て、前記指
令値と前記検出値との偏差値に比例した量に前記
偏差値を積分した量を加えた比例積分値を得る第
1の演算手段と、前記比例積分値から前記検出値
に比例した量を減じた値を出力して前記制御対象
の入力を制御する第2の演算手段を設けたことを
特徴とする制御増幅器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20114482A JPS5991503A (ja) | 1982-11-18 | 1982-11-18 | 制御増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20114482A JPS5991503A (ja) | 1982-11-18 | 1982-11-18 | 制御増幅器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5991503A JPS5991503A (ja) | 1984-05-26 |
JPS6322324B2 true JPS6322324B2 (ja) | 1988-05-11 |
Family
ID=16436124
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20114482A Granted JPS5991503A (ja) | 1982-11-18 | 1982-11-18 | 制御増幅器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5991503A (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5413036B2 (ja) * | 2009-08-04 | 2014-02-12 | 株式会社安川電機 | モータ制御装置及びモータ制御システム |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5543647A (en) * | 1978-09-21 | 1980-03-27 | Toshiba Corp | Plant control system |
-
1982
- 1982-11-18 JP JP20114482A patent/JPS5991503A/ja active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5543647A (en) * | 1978-09-21 | 1980-03-27 | Toshiba Corp | Plant control system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5991503A (ja) | 1984-05-26 |
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