JPH01175603A - 自動制御装置 - Google Patents
自動制御装置Info
- Publication number
- JPH01175603A JPH01175603A JP33480687A JP33480687A JPH01175603A JP H01175603 A JPH01175603 A JP H01175603A JP 33480687 A JP33480687 A JP 33480687A JP 33480687 A JP33480687 A JP 33480687A JP H01175603 A JPH01175603 A JP H01175603A
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- Japan
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- control device
- controlled object
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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。
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、サーボ機構などを制御対象とする自動制御装
置に係り、特に、XYプロッタやロボットの制御に好適
な自動制御装置に関する。
置に係り、特に、XYプロッタやロボットの制御に好適
な自動制御装置に関する。
XYプロッタやロボットの制御のように、可動部での位
置決めについてだけではなく、その移動軌跡自体に対し
ても充分な精度の保持が要求される場合には、従来から
、例えば特公昭58−9441号公報に開示されている
ように、希望する制御特性を与えるのに必要な、目標位
置、目標速度、目標加速度をそれぞれ指令する信号を用
いて制御を遂行させる方法が提案されており、これによ
れば、制御対象の制限値内で、はぼ目標どおりの位置制
御特性が得られると共に、外乱などに対するアンダーシ
ュートも充分に抑えた制御を得ることができる。
置決めについてだけではなく、その移動軌跡自体に対し
ても充分な精度の保持が要求される場合には、従来から
、例えば特公昭58−9441号公報に開示されている
ように、希望する制御特性を与えるのに必要な、目標位
置、目標速度、目標加速度をそれぞれ指令する信号を用
いて制御を遂行させる方法が提案されており、これによ
れば、制御対象の制限値内で、はぼ目標どおりの位置制
御特性が得られると共に、外乱などに対するアンダーシ
ュートも充分に抑えた制御を得ることができる。
上記従来技術は、目標加速度を制御対象に印加し、目標
速度に対する制御対象の速度偏差、及び目標位置に対す
る制御対象の位置偏差とを求め、これら偏差を最小値に
収斂させるのに必要な補償信号がさらに制御対象に印加
されるようにしており、このため、位置偏差に加えて速
度偏差の算出が必要になるという点について配慮がされ
ておらず、制御対象の位1検出と共に、常にその速度検
出を行ない、さらに、これらに基いて位置偏差と速度偏
差を計算しなければならず、構成や処理が複雑化すると
いう問題があった。
速度に対する制御対象の速度偏差、及び目標位置に対す
る制御対象の位置偏差とを求め、これら偏差を最小値に
収斂させるのに必要な補償信号がさらに制御対象に印加
されるようにしており、このため、位置偏差に加えて速
度偏差の算出が必要になるという点について配慮がされ
ておらず、制御対象の位1検出と共に、常にその速度検
出を行ない、さらに、これらに基いて位置偏差と速度偏
差を計算しなければならず、構成や処理が複雑化すると
いう問題があった。
本発明の目的は、制御対象に対する速度偏差と位置偏差
の双方の算出を要せず、しかも充分な制御応答性が得ら
れるようにした自動制御装置を提供することにある。
の双方の算出を要せず、しかも充分な制御応答性が得ら
れるようにした自動制御装置を提供することにある。
上記目的は、制御対象の模擬回路からの信号の伝達系に
フィードフォワード補償器を設け、このフィードフォワ
ード補償器の特性を、上記模擬回路の出力信号が上記制
御対象の制御結果を表わす信号に追従するような特性と
なるようにして達成される。
フィードフォワード補償器を設け、このフィードフォワ
ード補償器の特性を、上記模擬回路の出力信号が上記制
御対象の制御結果を表わす信号に追従するような特性と
なるようにして達成される。
制御対象の模擬回路からの出力信号を入力とするフィー
ドフォワード補償器は、この模擬回路の内部のすべての
信号を考慮して設計できるので、速度偏差、位置偏差の
双方を計算する必要がなく、必要な特性を得ることがで
き、かつ、このフィードフォワード補償器は指令値から
制御対象の出力の伝達関数が指令値から制御系模擬装置
の出力までの伝達関数と一致するように設計できるので
、制御対象の出力を制御対象の模擬回路の出力どおりに
動作させることができる。
ドフォワード補償器は、この模擬回路の内部のすべての
信号を考慮して設計できるので、速度偏差、位置偏差の
双方を計算する必要がなく、必要な特性を得ることがで
き、かつ、このフィードフォワード補償器は指令値から
制御対象の出力の伝達関数が指令値から制御系模擬装置
の出力までの伝達関数と一致するように設計できるので
、制御対象の出力を制御対象の模擬回路の出力どおりに
動作させることができる。
以下、本発明による自動制御装置について、図示の実施
例により詳細に説明する。
例により詳細に説明する。
第1図は、本発明を、モータ駆動によるテーブルの位置
制御に適用した場合の一実施例で、図において、4が制
御対象を表わし、モータ1を駆動することにより、テー
ブル2を位置決めするようになっており、モータ1は電
流アンプ3により駆動されるようになっている。そして
、これらモータ1、テーブル2、電流アンプ3からなる
制御対象4において、その出力信号であるテーブル位置
Xは位置検出器5により検出される。
制御に適用した場合の一実施例で、図において、4が制
御対象を表わし、モータ1を駆動することにより、テー
ブル2を位置決めするようになっており、モータ1は電
流アンプ3により駆動されるようになっている。そして
、これらモータ1、テーブル2、電流アンプ3からなる
制御対象4において、その出力信号であるテーブル位置
Xは位置検出器5により検出される。
次に、6は制御装置で、位置指令発生装置7からの位置
指令x、lを入力とし、テーブル位置Xが定常時に位置
指令xRとなるように、電流指令i″を出力する働きを
する。そして、この電流指令i“が電流アンプ3の入力
となる。
指令x、lを入力とし、テーブル位置Xが定常時に位置
指令xRとなるように、電流指令i″を出力する働きを
する。そして、この電流指令i“が電流アンプ3の入力
となる。
制御装置6は外乱に対する特性を決めるためのフィード
バック制御器8、位置指令xRに対する望ましい応答を
得るための制御系模擬装置9、フィードフォワード補償
器10から構成され、さらに制御系模擬装置9は制御対
象を模擬した制御対象模擬回路11と、制御器模擬回路
12から構成されている。
バック制御器8、位置指令xRに対する望ましい応答を
得るための制御系模擬装置9、フィードフォワード補償
器10から構成され、さらに制御系模擬装置9は制御対
象を模擬した制御対象模擬回路11と、制御器模擬回路
12から構成されている。
第2図は制御系模擬装置9の詳細を示したもので、制御
対象模擬回路11はモータ1の電流iを模擬したモデル
電流19を人力とし、モータ速度ω、テーブル位fix
をそれぞれ模擬したモデル速度ωに、モデル位置xMを
演算している。また、制御器模擬回路12では、位置指
令x、lとモデル位置xMO差により速度指令(dRを
演算する。速度リミッタ13はモータ1の許容できる最
大速度ωWAX以下で動作させるように演算する。そし
て、速度指令ω8とモデル速度ωイの差によりモデル電
流iHを演算している。電流撫、リミッタ14はモータ
1で流せる最大電流i MAX以下で動作させるために
用いられる。
対象模擬回路11はモータ1の電流iを模擬したモデル
電流19を人力とし、モータ速度ω、テーブル位fix
をそれぞれ模擬したモデル速度ωに、モデル位置xMを
演算している。また、制御器模擬回路12では、位置指
令x、lとモデル位置xMO差により速度指令(dRを
演算する。速度リミッタ13はモータ1の許容できる最
大速度ωWAX以下で動作させるように演算する。そし
て、速度指令ω8とモデル速度ωイの差によりモデル電
流iHを演算している。電流撫、リミッタ14はモータ
1で流せる最大電流i MAX以下で動作させるために
用いられる。
このように制御系模擬袋W9を構成することにより、モ
デル位ff1x、4はパラメータ変動、外乱等を考えな
いでよいので、位置指令xRに対して常に望みの応答を
得ることができる。
デル位ff1x、4はパラメータ変動、外乱等を考えな
いでよいので、位置指令xRに対して常に望みの応答を
得ることができる。
次に、フィードバック制御器8の構成例を第3図に示す
。ここで、制御対象4における電流指令i“からテーブ
ル位ixまでの伝達関数Hi”x(S)が のように構成することにより、フィードバック制御器8
の入力i、からテーブル位ixまでの伝達関数HiLx
(s)は次式で表わせる。
。ここで、制御対象4における電流指令i“からテーブ
ル位ixまでの伝達関数Hi”x(S)が のように構成することにより、フィードバック制御器8
の入力i、からテーブル位ixまでの伝達関数HiLx
(s)は次式で表わせる。
ξ Φ(K2S”+に、S+K。)
従って、この(2)式から、第3図の実施例における各
ブロックでのゲインko、に+、kg、ki、L。
ブロックでのゲインko、に+、kg、ki、L。
k、を変えることにより、伝達関数Hitx(S)を任
意に設定できることがわかる。なお、一般に、(2)式
の伝達関数Hi、4x(S)は箭単にするため・・・・
・・・・・(3) とすることが多い。
意に設定できることがわかる。なお、一般に、(2)式
の伝達関数Hi、4x(S)は箭単にするため・・・・
・・・・・(3) とすることが多い。
次に、本発明の特徴であるフィードフォワード補償器1
0の特性の設定方法について説明する。
0の特性の設定方法について説明する。
いま、制御対象模擬回路11におけるモデル電流i14
からモデル位置xMまでの伝達関数Hisxg(s)を に阿 とし、H(tx(s)を(3)式で与えた場合を考える
。このとき、フィードフォワード補償器10の伝達関数
0r(s)を次のように設定する。
からモデル位置xMまでの伝達関数Hisxg(s)を に阿 とし、H(tx(s)を(3)式で与えた場合を考える
。このとき、フィードフォワード補償器10の伝達関数
0r(s)を次のように設定する。
0F(s) = HL+x+(s) / H1tx(s
)kHS”+alS+a。
)kHS”+alS+a。
この(5)式のように設定することにより、モデル電流
iHからテーブル位置Xまでの伝達関数をモデル電流i
、4からモデル位!XMまでの伝達関数Hi14xM(
s )に一致させることができる。
iHからテーブル位置Xまでの伝達関数をモデル電流i
、4からモデル位!XMまでの伝達関数Hi14xM(
s )に一致させることができる。
したがって、テーブル位置Xは過渡時も含めて、常にモ
デル位置X、と一致させることができる。
デル位置X、と一致させることができる。
そのときの位置指令xRに対するステップ応答を第4図
に示す。このとき、制御系模擬装置9においては、モデ
ル位WXMは制御対象の制限値(つまり、最大速度ω□
8.最大電流i、4Ax)内で高速に応答するように設
計できるので、テーブル位gxも第4図に示すような応
答が得られる。また、制御系模擬装置9で理想的な応答
性を持つ特性を与え、この結果、フィードフォワード補
償器10で制御対象のパラメータ変動がない場合に、テ
ーブル位置Xがモデル位置xMに一致するように動作す
るので、パラメータ変動によるテーブル位置Xとモデル
位置x、4の偏差分だけをフィードバック制御器8で補
償すればよい。
に示す。このとき、制御系模擬装置9においては、モデ
ル位WXMは制御対象の制限値(つまり、最大速度ω□
8.最大電流i、4Ax)内で高速に応答するように設
計できるので、テーブル位gxも第4図に示すような応
答が得られる。また、制御系模擬装置9で理想的な応答
性を持つ特性を与え、この結果、フィードフォワード補
償器10で制御対象のパラメータ変動がない場合に、テ
ーブル位置Xがモデル位置xMに一致するように動作す
るので、パラメータ変動によるテーブル位置Xとモデル
位置x、4の偏差分だけをフィードバック制御器8で補
償すればよい。
従って、フィードバック制御器8はパラメータ変動に着
目して制御系を構成でき、パラメータ変動の影響に対し
て特性の変化が少ない制#(いわゆる、ロバスト性のあ
る制′4B)を行うことができる。
目して制御系を構成でき、パラメータ変動の影響に対し
て特性の変化が少ない制#(いわゆる、ロバスト性のあ
る制′4B)を行うことができる。
本実施例によれば、モータ速度ωを検出することなく、
制御対象の制限値内で応答性の良い位置制御を行うこと
ができる。なお、フィードバック制御器8の入力i、は
1つだけであり、複数のマイクロプロセッサで制御器W
6を構成する際、この人力i、の部分で容易に分離でき
る特長を持っている。
制御対象の制限値内で応答性の良い位置制御を行うこと
ができる。なお、フィードバック制御器8の入力i、は
1つだけであり、複数のマイクロプロセッサで制御器W
6を構成する際、この人力i、の部分で容易に分離でき
る特長を持っている。
また、この実施例によれば、制御系模擬装置の内部にリ
ミッタが設けられており、過大な動作をさせようとした
ときでも、このリミッタで制限されるため、制限対象の
制限値内でしか動作せず、安全性が高い。
ミッタが設けられており、過大な動作をさせようとした
ときでも、このリミッタで制限されるため、制限対象の
制限値内でしか動作せず、安全性が高い。
次に、第5図は、フィードフォワード補償器10の別の
一実施例で、この実施例によるフィードフォワード補償
器10では、その入力信号として、モデル電流iHだけ
でなく、このモデル電#i、4を基に得られるモデル位
置xMも用いるようにしたもので、モデル電流1.4を
入力とするモデル電流補償器15と、モデル位ffXM
を入力とするモデル位置補償器16とで構成され、これ
ら両者の出力を加え合せたものをフィードバック制御器
8の入力i、として供給するようになっている。
一実施例で、この実施例によるフィードフォワード補償
器10では、その入力信号として、モデル電流iHだけ
でなく、このモデル電#i、4を基に得られるモデル位
置xMも用いるようにしたもので、モデル電流1.4を
入力とするモデル電流補償器15と、モデル位ffXM
を入力とするモデル位置補償器16とで構成され、これ
ら両者の出力を加え合せたものをフィードバック制御器
8の入力i、として供給するようになっている。
そしてこのとき、テーブル位置xがモデル位置xMに一
致するように、フィードフォワード補償器10の特性を
決める。つまり、(5)式と等価になるように、モデル
電流補償器15及びモデル位置補償器16の伝達関数G
rI(S ) 、 GFX(s)をそれぞれ次のように
設定するのである。
致するように、フィードフォワード補償器10の特性を
決める。つまり、(5)式と等価になるように、モデル
電流補償器15及びモデル位置補償器16の伝達関数G
rI(S ) 、 GFX(s)をそれぞれ次のように
設定するのである。
G rx (s) = 1 ・・・
・・・・・・(7)これにより、モデル電流iイからテ
ーブル位置Xまでの伝達関数Hi、4x(s)と、モデ
ル電流i、4からモデル位置X、までの伝達関数Hi、
xH(s)を一致させることができる。
・・・・・・(7)これにより、モデル電流iイからテ
ーブル位置Xまでの伝達関数Hi、4x(s)と、モデ
ル電流i、4からモデル位置X、までの伝達関数Hi、
xH(s)を一致させることができる。
したがって、本実施例によれば、モデル電流i、4だけ
でなく、モデル位置xMも用いることで、簡単な特性の
フィードフォワード補償器10により応答性の良い位置
制御系を構成できる。
でなく、モデル位置xMも用いることで、簡単な特性の
フィードフォワード補償器10により応答性の良い位置
制御系を構成できる。
次に、第6図は、制御対象に対して既に速度制御系が構
成されている場合における本発明の他の一実施例で、こ
の第6図において、17は速度制御器で、後述する速度
指令ω”と制御対象4からフィードバックするモータ速
度ωとにより、電流指令i″を演算し、この電流指令1
1を制御対象4に入力することで、速度制御系18を構
成している。
成されている場合における本発明の他の一実施例で、こ
の第6図において、17は速度制御器で、後述する速度
指令ω”と制御対象4からフィードバックするモータ速
度ωとにより、電流指令i″を演算し、この電流指令1
1を制御対象4に入力することで、速度制御系18を構
成している。
このような既存の速度制御系18がある場合、フィード
バック制御器8では、その人力i、とテーブル位置Xに
より電流指令11でなく、速度指令ω9を演算する。こ
の演算の一方法を第7図に示す。これにより、最適なフ
ィードバック制御系を構成できる。なお、フィードフォ
ワード補償器10はテーブル位ixがモデル位置XMと
常に一致するように特性を選べばよい。
バック制御器8では、その人力i、とテーブル位置Xに
より電流指令11でなく、速度指令ω9を演算する。こ
の演算の一方法を第7図に示す。これにより、最適なフ
ィードバック制御系を構成できる。なお、フィードフォ
ワード補償器10はテーブル位ixがモデル位置XMと
常に一致するように特性を選べばよい。
従って、本実施例によれば、既存の速度制御装置をその
まま利用しながら、特性の良い位置制御系を構成できる
。
まま利用しながら、特性の良い位置制御系を構成できる
。
ところで、以上の説明では、本発明をXY子テーブル位
置制御に適用した場合について述べたが、本発明は、こ
れに限らず、ロボット、XYプロッタ、工作機械などの
位置制御についても適用でき、さらには、モータの速度
制御装置や、プラントの制御装置にも適用可能なことは
いうまでもない。
置制御に適用した場合について述べたが、本発明は、こ
れに限らず、ロボット、XYプロッタ、工作機械などの
位置制御についても適用でき、さらには、モータの速度
制御装置や、プラントの制御装置にも適用可能なことは
いうまでもない。
また、本発明によれば、制御系模擬装置の出力どおりに
制御対象の出力が動作するので、ロボットなどの移動経
路を制御模擬装置の出力で与えることにより、高精度な
軌跡制御を行うこともできる。
制御対象の出力が動作するので、ロボットなどの移動経
路を制御模擬装置の出力で与えることにより、高精度な
軌跡制御を行うこともできる。
本発明によれば、制御対象の状態量(速度、位置など)
とそれに対応する制御対象模擬回路の状B量の偏差を計
算することなく、目標どおりの出力を得ることができる
ので、すべての状態量を検出しないでも制御系を構成で
きる効果がある。
とそれに対応する制御対象模擬回路の状B量の偏差を計
算することなく、目標どおりの出力を得ることができる
ので、すべての状態量を検出しないでも制御系を構成で
きる効果がある。
第1図は本発明による自動制御装置をXY子テーブル位
置制御に適用した一実施例を示すブロック図、第2図は
制御系模擬装置の一実施例を示すブロック図、第3図は
フィードバック制御装置の一実施例を示すブロック図、
第4図は動作説明用の特性図、第5図はフィードフォワ
ード補償器の他の一実施例を示すブロック図、第6図は
本発明の他の一実施例を示すブロック図、第7図はフィ
ードバック制御装置の他の一構成例を示すブロック図で
ある。 1・・・・・・・・・モータ、2・・・・・・・・・X
Y子テーブル3・・・・・・・・・電流アンプ、4・・
・・・・・・・制御対象、5・・・・・・・・・位置検
出器、6・・・・・・・・・制御装置、7・・・・・・
・・・位置指令発生装置、8・・・・・・・・・フィー
ドバック制御l器、9・・・・・・・・・制御系模擬装
置、10・・・・・・・・・フィードフォワード補償器
、11・・・・・・・・・制御対象模擬回路、12・・
・・・・・・・制御器模擬回路、13・・・・・・・・
・速度リミッタ、14・・・・・・・・・電流リミッタ
、15・・・・・・・・・モデル電流補償器、16・・
・・・・・・・モデル位置補償器、17・・・・・・・
・・速度制御器、18・・・・・・・・・速度制御系。 第1図 !・・・モータ 2・・・XYテーブル3
・・・電流アップ 4・・・制御灯家5・・・
位1検比君 6゛°潅膚ρ裟I7・・・イn ffi
71ヒぐンピヂご背」三1’=ミ@ 8−−
・)s F/l”yりIIイ2,19・・・制mM4梃
1英X tO・・・フ「ドフオワート°ン轡
償名311・帽御君羨〃凝口路 2・憎御恩纜凝口路第
2図 第3図 第4図 I6:モチ”+V角(12崩(’t!!第6図 第7図
置制御に適用した一実施例を示すブロック図、第2図は
制御系模擬装置の一実施例を示すブロック図、第3図は
フィードバック制御装置の一実施例を示すブロック図、
第4図は動作説明用の特性図、第5図はフィードフォワ
ード補償器の他の一実施例を示すブロック図、第6図は
本発明の他の一実施例を示すブロック図、第7図はフィ
ードバック制御装置の他の一構成例を示すブロック図で
ある。 1・・・・・・・・・モータ、2・・・・・・・・・X
Y子テーブル3・・・・・・・・・電流アンプ、4・・
・・・・・・・制御対象、5・・・・・・・・・位置検
出器、6・・・・・・・・・制御装置、7・・・・・・
・・・位置指令発生装置、8・・・・・・・・・フィー
ドバック制御l器、9・・・・・・・・・制御系模擬装
置、10・・・・・・・・・フィードフォワード補償器
、11・・・・・・・・・制御対象模擬回路、12・・
・・・・・・・制御器模擬回路、13・・・・・・・・
・速度リミッタ、14・・・・・・・・・電流リミッタ
、15・・・・・・・・・モデル電流補償器、16・・
・・・・・・・モデル位置補償器、17・・・・・・・
・・速度制御器、18・・・・・・・・・速度制御系。 第1図 !・・・モータ 2・・・XYテーブル3
・・・電流アップ 4・・・制御灯家5・・・
位1検比君 6゛°潅膚ρ裟I7・・・イn ffi
71ヒぐンピヂご背」三1’=ミ@ 8−−
・)s F/l”yりIIイ2,19・・・制mM4梃
1英X tO・・・フ「ドフオワート°ン轡
償名311・帽御君羨〃凝口路 2・憎御恩纜凝口路第
2図 第3図 第4図 I6:モチ”+V角(12崩(’t!!第6図 第7図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、制御対象に対する動作指令値を該制御対象の模擬回
路を含むフイードフオワード制御装置により作成する方
式の自動制御装置において、上記動作指令値の伝達経路
にフイードフオワード補償回路を設け、このフイードフ
オワード補償回路の特性を、上記模擬回路の出力信号が
上記制御対象の制御結果を表わす検出信号に追従するよ
うな特性となるように構成したことを特徴とする自動制
御装置。 2、特許請求の範囲第1項において、上記模擬回路が、
上記制御対象の動作許容範囲に対応した制限機能を含む
ように構成されていることを特徴とする自動制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62334806A JP2672539B2 (ja) | 1987-12-29 | 1987-12-29 | 自動制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62334806A JP2672539B2 (ja) | 1987-12-29 | 1987-12-29 | 自動制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01175603A true JPH01175603A (ja) | 1989-07-12 |
| JP2672539B2 JP2672539B2 (ja) | 1997-11-05 |
Family
ID=18281436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62334806A Expired - Lifetime JP2672539B2 (ja) | 1987-12-29 | 1987-12-29 | 自動制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2672539B2 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62212801A (ja) * | 1986-03-14 | 1987-09-18 | Toshiba Mach Co Ltd | 完全追従形サ−ボシステム |
| JPS62217304A (ja) * | 1986-03-19 | 1987-09-24 | Hitachi Ltd | 自動制御装置 |
-
1987
- 1987-12-29 JP JP62334806A patent/JP2672539B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62212801A (ja) * | 1986-03-14 | 1987-09-18 | Toshiba Mach Co Ltd | 完全追従形サ−ボシステム |
| JPS62217304A (ja) * | 1986-03-19 | 1987-09-24 | Hitachi Ltd | 自動制御装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2672539B2 (ja) | 1997-11-05 |
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