JP2012125038A - Motor control device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電動機のフィードバック制御部での制御パラメータの自動調整機能を有する電動機制御装置に関する。 The present invention relates to an electric motor control device having an automatic adjustment function of a control parameter in a feedback control unit of the electric motor.
この種の制御パラメータの自動調整機能に関する従来技術として、下記特許文献1,2などに記載されているものが知られている。
As a conventional technique related to this type of control parameter automatic adjustment function, those described in
図3は、下記特許文献1の構成を含む従来の電動機制御装置の回路構成図である。
FIG. 3 is a circuit configuration diagram of a conventional motor control device including the configuration of
この電動機制御装置1ではフィードバック制御部として位置制御部11と速度制御部21とを備え、入力される位置指令と負荷7の動力源としての電動機6の回転速度を検出する検出器8の検出値に積分器12を介することにより得られる電動機6の位置検出値との偏差を偏差演算器11aで求め、この偏差を零にするための制御パラメータによる調節演算を位置制御部11で行っており、この調節演算した結果は電動機6の速度指令として速度制御部21に伝達される。
The electric
この速度指令と検出器8からの検出値である電動機6の回転速度との偏差を偏差演算器21aで求め、この偏差を零にするための制御パラメータによる調節演算を速度制御部21で行っており、この調節演算した結果は電動機6のトルク指令としてノッチフィルタ31に伝達される。また、ノッチフィルタ31では前記トルク指令に対し、後述の如き特定の振動周波数の成分を除去し、この除去した値を電動機6の電流指令として電流制御部41へ出力している。さらに、電流制御部41では前記電流指令と電動機6への駆動電流との偏差を偏差演算器41aで求め、この偏差を零にするための調節演算を行い、この調節演算値に見合った出力電圧を電動機6に印加するようにしている。
A deviation between the speed command and the rotational speed of the
図3に示した電動機制御装置1においては、少なくとも位置制御部11での制御パラメータとしての比例ゲインと速度制御部21での制御パラメータとしての比例ゲインとを含む、制御パラメータのセットを複数個備え、測定された電動機6の応答結果に応じて1つのセットを選択する制御パラメータ調整部51を備えている。
The
このとき、検出器8により得られた電動機6の回転速度に含まれる前記特定の振動周波数としての機械振動成分を減衰させるように、ノッチフィルタ31のノッチ周波数を逐次修正するノッチ周波数修正部52を設けている。
At this time, a notch
すなわち、この電動機制御装置1では、制御パラメータの自動調整とノッチ周波数の自動調整を組み合わせて使用している。このとき、ノッチ周波数記憶部53では制御パラメータのセットとノッチ周波数とを記憶し、選択されたセットにノッチ周波数が関連づけられている場合には、このノッチ周波数をノッチフィルタ31に設定することで、過去の調整値での制御動作を復元することを可能にしている。
In other words, the
次に図4は、下記特許文献2の構成を含む従来の電動機制御装置の回路構成図である。
Next, FIG. 4 is a circuit configuration diagram of a conventional motor control device including the configuration of
この電動機制御装置2ではフィードバック制御部として位置制御部13と速度制御部22とを備え、入力される位置指令と負荷7の動力源としての電動機6の回転位置を検出する検出器8の検出値としての位置検出値との偏差を偏差演算器13aで求め、この偏差を零にするための調節演算を位置制御部13で行っており、この調節演算した結果は電動機6の速度指令として速度制御部22に伝達される。
The electric
この速度指令と速度検出器23からの検出値である電動機6の回転速度との偏差を偏差演算器22aで求め、この偏差を零にするための制御パラメータによる調節演算を速度制御部22で行っており、この調節演算した結果は電動機6のトルク指令としてトルクフィルタ部32に伝達される。また、トルクフィルタ部32では前記トルク指令に対し、後述の如き特定の振動周波数の成分を除去するノッチフィルタ機能を有し、この除去した値を電動機6の電流指令として電流制御部41へ出力している。さらに、電流制御部41では前記電流指令と電動機6への駆動電流との偏差を偏差演算器41aで求め、この偏差を零にするための調節演算を行い、この調節演算値に見合った出力電圧を電動機6に印加するようにしている。
A deviation between the speed command and the rotational speed of the
図4に示した電動機制御装置2において、機械振動信号生成部61は速度検出部23から得られる電動機6の回転速度または前記トルク指令に基づいて振動信号を抽出生成し、この振動信号が予め設定された基準振動レベルを超えたか否かを機械振動検出部62で判定し、この基準振動レベルを超えた場合には、振動周波数検出部63において、前記振動信号の周波数解析を行って前記特定の振動周波数としての機械振動成分を検出し、この機械振動成分の周波数をトルクフィルタ部32のノッチ周波数としている。このとき、前記ノッチ周波数の設定が既に有効になっている場合には、振動周波数検出部63により速度制御部22での制御パラメータとしての比例ゲイン,積分ゲインを調整するとともに、位置決め判定部65により、予め設定された位置決め条件を満足しているか否かを判定し、この位置決め条件を満足する範囲で、位置指令を基に位置制御部13および速度制御部22にフィードフォワード信号を入力するフィードフォワード部67での調整ゲインをフィードフォワード調整部66により設定している。
In the
図3に示した電動機制御装置1では、制御パラメータ調整部51の応答結果として、電動機6の回転速度に含まれる所定周波数以上の振動成分を選択した場合には、ノッチ周波数修正部52の振動成分と同じ状態量に基づいて、位置制御部11および速度制御部21における制御パラメータの自動調整を行うことになるため、制御パラメータ調整部51の機械振動検出のために設定された閾値によっては、ノッチ周波数修正部52がノッチフィルタ21のノッチ周波数を設定する前に、制御パラメータ調整部51が前記フィードバック制御部の発振を検知して位置制御部11および速度制御部21での制御応答を遅くするように、前記制御パラメータを設定する恐れがあった。
In the
また、図4に示した電動機制御装置2では、機械振動の検知と速度制御部22での制御パラメータの調整とを同じ状態量で行いつつ、トルクフィルタ部32のノッチ周波数の設定状態を優先させている。従って、上述の電動機制御装置1での問題点は発生しないが、前記機械振動の検出の条件を広く設定した場合、この機械振動に対するトルクフィルタ部32のノッチ周波数が確実に設定されることとなり、その結果、このノッチ周波数の設定後には、前記フィードバック制御部の発振検出の感度が鈍くなるため、最適な前記制御パラメータの調整ができない恐れがあった。逆に、前記振動検出の条件を狭く設定すると、機械振動を誤検出して前記ノッチ周波数を誤って設定する恐れもあった。
In the
この発明の目的は、上記問題点を解消した電動機制御装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an electric motor control apparatus that solves the above problems.
この第1の発明は、電動機の状態量を検出し、この状態量が入力される指令に追従するように制御するフィードバック制御部と、前記フィードバック制御部での演算結果として出力するトルク指令に対し、特定の振動周波数の成分を除去しつつ前記電動機の電流指令として出力するノッチフィルタ部と、この電流指令に追従するように制御された出力電圧を前記電動機に印加する電流制御部とからなる電動機制御装置において、
前記フィードバック制御部の制御パラメータを自動調整する制御パラメータ調整部と、前記ノッチフィルタ部への前記振動周波数に対応したノッチ周波数を調整するノッチフィルタ調整部とを備え、前記ノッチフィルタ調整部での前記ノッチ周波数の自動調整動作が有効の場合には、前記制御パラメータ調整部での発振検出条件を広く設定し、前記ノッチ周波数の自動調整動作が無効の場合には、前記制御パラメータ調整部での発振検出条件を狭く設定することを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention, a feedback control unit that detects a state quantity of an electric motor and performs control so as to follow a command in which the state quantity is input, and a torque command output as a calculation result in the feedback control unit. An electric motor comprising: a notch filter unit that outputs a current command of the motor while removing a component of a specific vibration frequency; and a current control unit that applies an output voltage controlled to follow the current command to the motor In the control device,
A control parameter adjusting unit that automatically adjusts a control parameter of the feedback control unit; and a notch filter adjusting unit that adjusts a notch frequency corresponding to the vibration frequency to the notch filter unit, and the notch filter adjusting unit includes: When the automatic adjustment operation of the notch frequency is valid, the oscillation detection condition in the control parameter adjustment unit is set widely, and when the automatic adjustment operation of the notch frequency is invalid, the oscillation in the control parameter adjustment unit The detection condition is set narrowly.
第2の発明は、前記第1の発明の電動機制御装置において、
前記制御パラメータ調整部が所定の調整動作回数を超えた場合には、前記制御パラメータ調整部の発振検出条件をより狭く設定することを特徴とする。
A second invention is the motor control device of the first invention, wherein
When the control parameter adjustment unit exceeds a predetermined number of adjustment operations, the oscillation detection condition of the control parameter adjustment unit is set narrower.
第3の発明は、前記第1または第2の発明の電動機制御装置において、
前記制御パラメータ調整部の発振検出条件が、前記トルク指令の振動成分であることを特徴とする。
According to a third aspect of the invention, there is provided the electric motor control device according to the first or second aspect of the invention,
The oscillation detection condition of the control parameter adjustment unit is a vibration component of the torque command.
第4の発明は前記第1または第2の発明の電動機制御装置において、
前記制御パラメータ調整部の発振検出条件が、前記フィードバック制御部が検出した状態量の振動成分であることを特徴とする。
A fourth invention is the motor control device of the first or second invention,
The oscillation detection condition of the control parameter adjustment unit is a vibration component of a state quantity detected by the feedback control unit.
第5の発明は前記第4の発明の電動機制御装置において、
前記フィードバック制御部が検出する状態量は、前記電動機の位置検出値であることを特徴とする。
A fifth invention is the motor control device of the fourth invention,
The state quantity detected by the feedback control unit is a position detection value of the electric motor.
第6の発明は前記第4の発明の電動機制御装置において、
前記フィードバック制御部が検出する状態量は、前記電動機の速度検出値であることを特徴とする。
A sixth invention is the motor control device of the fourth invention,
The state quantity detected by the feedback control unit is a speed detection value of the electric motor.
この発明によれば、前記特定の振動周波数としての機械振動の成分に対して、前記ノッチフィルタ部の動作が確実に行われるために、前記機械振動を前記フィードバック制御部の発振状態と誤検出することなく、前記制御パラメータの自動調整を行うことができ、従って、短時間で最適な制御パラメータの調整が可能となる。 According to the present invention, the mechanical vibration is erroneously detected as the oscillation state of the feedback control unit in order to ensure the operation of the notch filter unit with respect to the mechanical vibration component as the specific vibration frequency. Therefore, the control parameter can be automatically adjusted, and therefore, the optimum control parameter can be adjusted in a short time.
図1は、この発明の実施の形態を示す電動機制御装置の回路構成図である。 FIG. 1 is a circuit configuration diagram of an electric motor control device showing an embodiment of the present invention.
この電動機制御装置3では、フィードバック制御部として位置制御部11と速度制御部21とを備え、入力される位置指令と負荷7の動力源としての電動機6の回転位置を検出する検出器9の検出値としての位置検出値との偏差を偏差演算器11aで求め、この偏差を零にするための制御パラメータによる調節演算を位置制御部11で行っており、この調節演算した結果は電動機6の速度指令として速度制御部21に伝達される。
The electric
この速度指令と、検出器9と速度検出部23とにより得られた電動機6の回転速度との偏差を偏差演算器21aで求め、この偏差を零にするための制御パラメータによる調節演算を速度制御部21で行っており、この調節演算した結果は電動機6のトルク指令としてノッチフィルタ部32に伝達される。また、ノッチフィルタ部32では前記トルク指令に対し、後述の如く特定の振動周波数の成分を除去し、この除去した値を電動機6の電流指令として電流制御部41へ出力している。さらに、電流制御部41では前記電流指令と電動機6への駆動電流との偏差を偏差演算器41aで求め、この偏差を零にするための調節演算を行い、この調節演算値に見合った出力電圧を電動機6に印加することで、負荷7としての機械を位置指令に対応した所望の位置に整定する位置決め制御動作を行っている。
The deviation between the speed command and the rotational speed of the
図1に示した電動機制御装置3において、応答状態測定部71は、例えばハイパスフィルタ、絶対値回路、ローパスフィルタ、比較回路などで形成され、後述の制御パラメータ調整部72での位置制御部11および速度制御部21の制御パラメータの変更に伴って、電動機6を新たに駆動し、この駆動動作のたびに電動機6の位置検出値、または電動機6の回転速度、若しくは前記トルク指令から前記フィードバック制御部の発振状態を監視する動作を行っている。
In the
また、制御パラメータ調整部72では、応答状態測定部71が前記発振状態を検知しないときには、現在の前記制御パラメータの設定値から、位置制御部11および速度制御部21の応答速度が速くなるように、前記制御パラメータを再設定して電動機6を駆動するという作業を繰り返す。この作業中に前記フィードバック制御部の発振状態が検知されると、発振状態が無くなるまで位置制御部11および速度制御部21の応答速度が遅くなるように制御パラメータに設定・評価・再設定を繰り返す動作を行っている。そして、この一連の作業を複数回リトライしつつ、前記フィードバック制御部の発振状態が無くなるまで調整した後は、このときの前記制御パラメータとしての比例ゲイン,積分ゲインを位置制御部11および速度制御部21に保持させる動作を行っている。
Further, in the control
また、機械振動検知部73は、例えば応答状態測定部71と同じような構成とし、上述の設定動作のたびに電動機6の位置検出値、または電動機6の回転速度、若しくは前記トルク指令の振動状態を監視し、振動状態を検知した場合には、例えば、適応フィルタ手段またはFFT解析手段などを用いてなるノッチフィルタ調整部74において、その振動周波数を検知し、検知した振動成分を減衰させるようにノッチフィルタ部72のノッチ周波数を設定する動作を行っている。ノッチフィルタ調整部74は、自動調整機能設定部75からの自動調整機能の切り換え信号に基づいてノッチ周波数の自動調整機能を有効にするか無効にするかが設定される。
The mechanical
図2は、応答状態測定部71および制御パラメータ調整部72での処理動作を説明するフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart for explaining processing operations in the response
先ず、ステップS1において、ノッチフィルタ調整部74に設定されている自動調整機能が有効か無効かを判断する。
First, in step S1, it is determined whether the automatic adjustment function set in the notch
このステップS1で、ノッチフィルタ調整部74の自動調整機能が有効(分岐Y)と設定されている場合には、ステップS2に移り、応答状態測定部71の発振検出閾値VthをVth1に設定する。また、ノッチフィルタ調整部74の自動調整機能が無効(ステップS1,分岐N)と設定されている場合には、ステップS3に移り、応答状態測定部71の発振検出閾値VthをVth2に設定する。
If the automatic adjustment function of the notch
上記Vth1およびVth2と、機械振動検出部73での振動検出閾値Vnotch との間には、Vth1 >Vnotch >Vth2の関係が成立するように設定しておく。
A relation of
次に、ステップS4において、ステップS2またはステップS3で設定された発振検出閾値に基づいて、応答状態測定処理を行う。この応答状態測定処理は、検出したフィードバック信号としての電動機6の位置検出値、または電動機6回転速度、若しくは前記トルク指令から、発振検出閾値Vthと比較するための発振検出信号Vm を生成する。
Next, in step S4, response state measurement processing is performed based on the oscillation detection threshold value set in step S2 or step S3. In this response state measurement process, the oscillation detection signal V m for comparison with the oscillation detection threshold V th is generated from the position detection value of the
上述のステップS1からステップS4までの処理は応答状態測定部71にて行われ、また、ステップS5以降の処理は、制御パラメータ調整部72で行われる。
The processing from step S1 to step S4 described above is performed by the response
先ず、ステップS5では、応答状態測定部71で設定・処理された発振検出閾値Vthと発振検出信号Vm とを比較し、Vth>Vm の関係が成立するとき(分岐Y)には、前記フィードバック制御部の発振状態を検出していないと判断し、自動調整機能の終了判定処理または前記制御パラメータとしての比例ゲイン,積分ゲインの設定値を応答速度が速くなるように調整する処理ステップS6に移る。また、Vth≦Vm の関係が成立するとき(ステップS5,分岐N)には、前記フィードバック制御部の発振を検出したと判断し、前記制御パラメータとしての比例ゲイン,積分ゲインの設定値を応答速度が遅くなるように調整する処理ステップS7に移る。
First, in step S5, the oscillation detection threshold V th set and processed by the response
すなわち、ステップS6では、前記制御パラメータの自動調整機能の終了条件を満たしているかどうかを判断し、終了条件を満たしていれば(分岐Y)、調整作業を終了し、終了条件を満たしていなければ(分岐N)、ステップS8に移り、前記制御パラメータとしての比例ゲイン,積分ゲイン(ステップS8では、制御ゲインと称している)の設定値を応答速度が速くなるように設定する。このとき、終了条件としては、例えば、前記制御パラメータとしての比例ゲイン,積分ゲインの設定値が予め定めた値まで増大したかまたは減少したか、若しくはステップS8の処理とステップS9の処理を所定回数繰り返したことなどとすれば良い。 That is, in step S6, it is determined whether or not the termination condition of the control parameter automatic adjustment function is satisfied. If the termination condition is satisfied (branch Y), the adjustment operation is terminated, and if the termination condition is not satisfied. (Branch N), the process proceeds to step S8, and set values of proportional gain and integral gain (referred to as control gain in step S8) as the control parameters are set so as to increase the response speed. At this time, as the end condition, for example, the set values of the proportional gain and the integral gain as the control parameters have increased or decreased to predetermined values, or the processing in step S8 and the processing in step S9 are performed a predetermined number of times. It may be repeated.
また、ステップS7では、前記制御パラメータとしての比例ゲイン,積分ゲイン(ステップS7では、制御ゲインと称している)の現在の設定値がミニマム値(以下、MIN値と称している)であるかどうかを判断し、MIN値であれば(分岐Y)、調整を終了し、MIN値でなければ(分岐N),ステップS9に移り、前記制御パラメータとしての比例ゲイン,積分ゲイン(ステップS9では、制御ゲインと称している)の設定値を応答速度が遅くなるように設定する。このとき、MIN値まで下がって調整を終了した場合は、「異常終了」として警告出力することも行われる。 In step S7, whether the current set value of the proportional gain and integral gain (referred to as control gain in step S7) as the control parameter is a minimum value (hereinafter referred to as MIN value). If it is the MIN value (branch Y), the adjustment is terminated, and if it is not the MIN value (branch N), the process proceeds to step S9, and the proportional gain and integral gain as the control parameters (in step S9, control is performed). Set the setting value (referred to as gain) so that the response speed becomes slower. At this time, when the adjustment is completed after the value is reduced to the MIN value, a warning is output as “abnormal end”.
上述のように、ステップS2,S3において、前記Vth1とVth2とVnotch との間に、Vth1 >Vnotch >Vth2の関係が成立するように設定しておくことで、応答状態測定部71が、機械振動を前記フィードバック制御部の発振であると誤検出することなく、この機械振動成分に対して、確実にノッチフィルタ部72でのノッチ周波数を設定することが可能となる。
As described above, in steps S2 and S3, setting is made so that the relationship of
また、前記制御パラメータの自動調整機能として、ステップS4からS9までの処理を電動機6の一動作毎に繰り返し行うことによって、位置制御部11および速度制御部21の制御パラメータとしての比例ゲイン,積分ゲインの設定値を最適値に設定することが可能になる。
Further, as the control parameter automatic adjustment function, the processing from steps S4 to S9 is repeatedly performed for each operation of the
すなわち、この発明の電動機制御装置3では、ステップS4での応答状態測定処理において、電動機6の位置検出値、または電動機6の回転速度、若しくは前記トルク指令から前記フィードバック制御部の発振状態を検出する閾値をノッチフィルタ調整部74の自動調整機能が有効か無効かによって切り換えるようにした点が、従来の電動機制御装置1,2とは異なっている。
That is, in the
その結果、この発明の電動機制御装置3によれば、前記特定の振動周波数としての機械振動の成分に対して、ノッチフィルタ部22の動作が確実に行われるために、前記機械振動を前記フィードバック制御部としての位置制御部11,速度制御部21の発振状態と誤検出することなく、前記制御パラメータとしての位置制御部11と速度制御部21の比例ゲイン,積分ゲインの設定値の自動調整を行うことができ、従って、短時間で最適な制御パラメータの調整が可能となる。
As a result, according to the
なお、図1に示したで電動機制御装置3の回路構成ではフィードバック制御部として位置制御部11と速度制御部21とを備えた構成にしているが、位置制御部11が省略された、すなわち、フィードバック制御部として速度制御部21のみを備えた構成でも良い。
In the circuit configuration of the
1〜3…電動機制御装置、6…電動機、7…負荷、8,9…検出器、11,13…位置制御部、12…積分器、21,22…速度制御部、23…速度検出部、31…ノッチフィルタ、32…ノッチフィルタ部、41…電流制御部、51…制御パラメータ調整部、52…ノッチ周波数修正部、53…ノッチ周波数記憶部、61…機械振動信号生成部、62…機械振動検出部、63…振動周波数検出部、64…速度制御調整部、65…位置決め判定部、66…フィードフォワード調整部、67…フィードフォワード部、71…応答状態測定部、72…制御パラメータ調整部、73…機械振動検知部、74…ノッチフィルタ調整部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-3 ... Electric motor control apparatus, 6 ... Electric motor, 7 ... Load, 8, 9 ... Detector, 11, 13 ... Position control part, 12 ... Integrator, 21, 22 ... Speed control part, 23 ... Speed detection part, DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記フィードバック制御部の制御パラメータを自動調整する制御パラメータ調整部と、前記ノッチフィルタ部への前記振動周波数に対応したノッチ周波数を調整するノッチフィルタ調整部とを備え、
前記ノッチフィルタ調整部での前記ノッチ周波数の自動調整動作が有効の場合には、前記制御パラメータ調整部での発振検出条件を広く設定し、前記ノッチ周波数の自動調整動作が無効の場合には、前記制御パラメータ調整部での発振検出条件を狭く設定することを特徴とする電動機制御装置。 A component of a specific vibration frequency with respect to a torque control output as a calculation result in the feedback control unit that detects a state quantity of the motor and controls the command so that the state quantity is input, and the feedback control unit In a motor control device comprising a notch filter unit that outputs a current command of the motor while removing the current, and a current control unit that applies an output voltage controlled to follow the current command to the motor,
A control parameter adjustment unit that automatically adjusts the control parameter of the feedback control unit, and a notch filter adjustment unit that adjusts a notch frequency corresponding to the vibration frequency to the notch filter unit,
When the automatic adjustment operation of the notch frequency in the notch filter adjustment unit is valid, set the oscillation detection condition in the control parameter adjustment unit widely, and when the automatic adjustment operation of the notch frequency is invalid, An electric motor control device characterized by narrowly setting an oscillation detection condition in the control parameter adjustment unit.
前記制御パラメータ調整部が所定の調整動作回数を超えた場合には、前記制御パラメータ調整部の発振検出条件をより狭く設定することを特徴とする電動機制御装置。 In the electric motor control device according to claim 1,
When the control parameter adjustment unit exceeds a predetermined number of adjustment operations, the oscillation detection condition of the control parameter adjustment unit is set narrower.
前記制御パラメータ調整部の発振検出条件が、前記トルク指令の振動成分であることを特徴とする電動機制御装置。 In the motor control device according to claim 1 or 2,
An electric motor control device characterized in that an oscillation detection condition of the control parameter adjustment unit is a vibration component of the torque command.
前記制御パラメータ調整部の発振検出条件が、前記フィードバック制御部が検出した状態量の振動成分であることを特徴とする電動機制御装置。 In the motor control device according to claim 1 or 2,
The motor control device according to claim 1, wherein the oscillation detection condition of the control parameter adjustment unit is a vibration component of a state quantity detected by the feedback control unit.
前記フィードバック制御部が検出する状態量は、前記電動機の位置検出値であることを特徴とする電動機制御装置。 In the electric motor control device according to claim 4,
The state quantity detected by the feedback control unit is a position detection value of the motor.
前記フィードバック制御部が検出する状態量は、前記電動機の速度検出値であることを特徴とする電動機制御装置。 In the electric motor control device according to claim 4,
The state quantity detected by the feedback control unit is a speed detection value of the motor.
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Cited By (1)
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WO2014168055A1 (en) * | 2013-04-08 | 2014-10-16 | 富士電機株式会社 | Tuning-assistance device and tuning system |
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