WO1987002485A1 - Speed control system - Google Patents

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WO1987002485A1
WO1987002485A1 PCT/JP1986/000527 JP8600527W WO8702485A1 WO 1987002485 A1 WO1987002485 A1 WO 1987002485A1 JP 8600527 W JP8600527 W JP 8600527W WO 8702485 A1 WO8702485 A1 WO 8702485A1
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motor
controller
observer
speed control
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Keiji Sakamoto
Yukio Toyosawa
Original Assignee
Fanuc Ltd
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    • G05D13/62—Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover characterised by the use of electric means, e.g. use of a tachometric dynamo, use of a transducer converting an electric value into a displacement
    • G—PHYSICS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
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    • G05B19/21—Numerical 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
    • G05B19/23—Numerical 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
    • G05B19/231—Numerical 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
    • G05B19/232—Numerical 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 with speed feedback only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/16—Controlling the angular speed of one shaft
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    • G05B2219/42—Servomotor, servo controller kind till VSS
    • G05B2219/42055—Pi control for speed

Definitions

  • the present invention relates to a speed control method, and in particular, estimates a speed using an observer from position information from a mouthpiece encoder, and thereby performs speed control. This is related to the speed control method.
  • a ⁇ -taliencoder is used.
  • Such a ⁇ -talien encoder is configured to divide a rotation of the motor from several thousands to about 20,000 to generate a pulse, and to generate a pulse.
  • the output pulse frequency is proportional to the rotation speed of the motor.
  • the pulse trains are very widely spaced and discrete, and this is used as the motor speed information as it is. If you use it, it will appear as a rotating blur.
  • Figure 2 is a block diagram of such a speed control system.
  • 1 to 3 indicate a sound generator
  • 5 is a motor
  • 6 is an I-I: P controller, which is composed of an integral element KiZS and a proportional element K2.
  • Vc is the speed command
  • U is the torque command
  • I is the motor current
  • I is the current indicating the load torque
  • ⁇ is the position
  • k2 is the feed
  • Km are the motor constants
  • Tm is the motor winding resistance
  • Ra is the inductance of the motor when La is the inductance.
  • Kt is the torque constant
  • J is the inertia of the load plus the motor
  • KP is the conversion coefficient by the tally encoder
  • S is d / dt.
  • the observer itself is generally used, and a combination of the observer and a speed detector has been proposed as Japanese Patent Application No. 59-5155. .
  • a difference between the speed reference value and a speed estimation value V described later is output from the arithmetic unit 1.
  • This output signal is integrated and output to arithmetic unit 2.
  • the speed estimation value V The back gain k 2 is applied to the arithmetic unit 2, the difference between the input signals is output as the torque finger U, and the motor 5 is controlled. Is done.
  • the motor speed is output as V, and position 0 is detected by the oral encoder.
  • the information at the position 0 includes the result of the addition of the current l indicating the load torque (Coulomb friction) in the computing unit 3.
  • A In such a speed control method, a speed estimation value is obtained using the observer 4, but a steady estimation error is generated at this time. Simultaneously estimate the load torque that causes the load. Immediately, the observer 4 inputs the motor current I and the position information 0 in consideration of the load torque I, and outputs the speed reference value V.
  • ⁇ i, ⁇ 2, and ⁇ 5 are the observer gains, which are inversely proportional to the time required for the estimated value to converge to the true value.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the information processing for obtaining the speed estimation value V.
  • FIG. 3 (a) shows a motor current loop processing level (j), and
  • FIG. 3 Figure (b) illustrates the speed processing level (m).
  • a counter for storing the number of pulses from the rotary entrepreneur at the sampling time T is provided as a hard disk.
  • the gain of the observer ⁇ , 2, ⁇ 5 such that the estimation error becomes 0 in 5 steps shall be calculated and given in advance.
  • Fig. 4 shows the flow of processing by the observer 4 at the motor current loop processing level
  • Fig. 5 shows the flow of velocity loop processing. It is.
  • the speed estimation value V obtained by the observer and the bar 4 is converted to the input side of the integral element ZS of the I-P controller. , And feed back to each of the proportional elements K 2 . For this reason, if an error occurs in the estimated speed value due to loss of digits in the operation of the observer due to loss of digits, etc., the torque finger U has an offset amount that is accurate. There was a problem that speed control might not be possible.
  • the above-mentioned problems of the prior art are solved, and the speed estimation value obtained by the observer is fed back to the proportional element of the I- ⁇ controller, and the integral element is integrated.
  • the purpose is to feed back the position information itself to provide an accurate speed control method.
  • the invention is mounted on a servo motor that moves the mechanical load.
  • a speed control method that feeds back the position information from the obtained rotary encoder and generates a torque command to the support motor. Therefore, the position information from the rotary encoder is fed back to the integral element of the IP controller, and the position information and the An observer for estimating the speed based on the current of the motor is provided. In the observer, the load torque is included in the estimated speed value, and the estimated speed value is included in the IPC. It is possible to obtain torque command information to the servo motor from the output side of the I-P con- Speed control method '.
  • Fig. 1 is a schematic block diagram of the invention
  • Fig. 2 is a block diagram of a conventional example
  • Fig. 3 is an explanatory diagram
  • Fig. 4 and Fig. 5 are flow charts. It is.
  • Fig. 1 is a schematic block diagram of Honoki. Oite the end invention, the speed estimated value V obtained in O buzzer bar 4, I one P Control This setup Q - the proportional element K 2 La 6 off I over Dono click, mouth one data Li Position information of motor 5 obtained by encoder
  • the velocity estimate V obtained by observer 4 is The feedback is performed only on the proportional element K2 of the I-I: P controller, and the I-I! 1 Since the position information 0 is fed back to the input side of the integral element of the controller, the offset amount of the torque command U can be removed. Wear .
  • the present invention since the offset amount of the torque command obtained on the output side of the controller is removed, accurate and stable speed control can be achieved. You can do it. For this reason, if the invention is used for a motor control circuit for driving an arm of an industrial port, accurate arm position control can be performed. In addition, the present invention can be applied to a servomotor circuit of a machine tool. 9 / 8df / l) d _

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Description

明 細 書
速 度 制 御 方 式
技 術 分 野
术発明 は 、 速度制御方式 に 係 リ 、 特 に 口 一 タ リ ェ ン コ ー ダか ら の位置情報か ら オブザーバを 用 い て速度を推 定 し て:、 これに よ り 速度制御を行な う 、 速度制御方式 に 関する 。
背 景 技 術
技術の急速 な進展 に ょ リ 、 各種モー タ を マ イ ク ロ コ ン ピュ ー タ に よ り デ ィ ジ タ ル的に フ ィ ー ド バ ッ ク 制御す る こ と が普通 に な っ た 。 そ して こ のマ イ ク ロ コ ン ピ ュ ー タ を用い てモー タ の フ ィ 一 ドバ ッ ク制御を行な う 場合に 、 実速度 を検出す る 必要がぁ リ 、 そのため に 、 従来か ら例 えば π— タ リ エ ン コ ー ダが用い られてい る 。 かかる π — タ リ エ ン コ ー ダはモ ー タ の 1 回転当 り を数千か ら 2 万程 度 ま で分割 し てパ ル ス を発生させる よ う に構成 されて お り 、 そ の出力パ ル ス周波数はモー タ の回転速度 に比例す る こ と に な る 。
しか し なが ら 、 特 に 、 モー タ の低速回転時、 そ のパル ス列は非常に 間隔がひ らいて離散的 と な リ 、 こ れを そ の ま ま モ ー タ の速度情報 と して使用する と 回転 ム ラ と な つ て表われ る こ と に な る 。
こ の よ う に位置の検出用 と しての ロ ー タ リ エ ン コ ー ダ を速度検出 に も使用 し よ う と する と アナ ロ グ型 の検出器 に比 し て速度分解能が低いこ と に起因 し て精度の高い円 滑な速度 御 を行な い得ない どい う 問題があ っ た。
こ の た め 、 口 一 タ リ ヱ ンコ ー ダか らの位置情報に基づ い てオ ブザーバを用 いて速度を推定する 場合に 、 定常的 な推定誤差を生ずる 原因 と なる負荷 ト ル ク を同時に推定 して、 精度の高い円滑な速度制御を行な い得 る 速度制御 方式.が提案されてい る 。
第 2' 図 は こ の よ う な速度制御方式 の プ D ッ ク 図で あ る 。 図 中 、 1 乃至 3 は演箕器、 4. ほ オ ブザー バ、 5 は モー タ 、 6 は I 一 ： P コ ン ト ロ ー ラ で、 積分要素 K i Z S と 比例要素 K 2 で構成 される。 V c は速度指令、 U は ト ル ク 指令、 I はモー タ 電流、 I は負荷 ト ル ク を示す電 流 、 V ほ速度 、 ø は位置 、 は積分ゲ イ ン 、 k 2 は フ ィ ー ド、バ ッ ク ゲ イ ン 、 K mはモー タ の定数、 T mは R a を モー タ巻線抵抗、 L a を イ ンダク タ ン ス と す る と き に L a と R a と の比 、 つ ま り L a Z R a 値で あ る 。 ま た、 K t は ト ル ク 定数、 J ほ負荷と モー タ を加え合せた イ ナ一 シ ャ 、 K P は 口 一 タ リ エ ンコ ー ダ に よ る 換算係数 で あ り 、 S は d / d t を表わ し ている 。 尚 、 こ こ でォ ブ ザ一バ 自体は一般的 に用い られてお り 、 それを速度検出 器 と 組み合せた も の が特願昭 5 9 — 5 5 1 1 4 号 と し て 提案 されてい る 。
次に 、 こ の速度制御方式の動作につい て説明する 。 まず、 速度指今値 と 後述する速度推定値 V の差が演算 器 1 か ら 出力 される 。 こ の出力信号は積分 され演算器 2 に 出力 される 。 一方、 後述する速度推定値 V に フ ィ 一 ド バ ッ ク ゲ イ ン k 2 を かけたも めが演算器 2 に入力 され 、 そ れ ら の入力信号間 の 差が ト ル ク 指今 U と し て出力 さ れ、 モ ー タ 5 が制御 される。 そ して、 モ ー タ の速度は V と し て 出力 され、 口 一 タ リ エ ン コ ー ダに よ っ て位置 0 が 検出 され る 。 こ こ で位置 0 の情報には演算器 3 に おい て 負荷 ト ル ク （ ク ー ロ ン摩擦） を示す電流 l が加え られ た結果が含まれ る 。
そ：こ で 、 こ.の よ う な速度制 ¾方式 に おいて は、 ォ ブ ザ一バ 4 を用 い て速度推定値を得るが、 こ の時 に定常的 な推定誤差を生ず る 原因 と なる 負荷 ト.ル ク を同時に推定 す る 。 即 ち 、 オ ブザ ーバ 4 にはモー タ電流 I と 負荷 ト ル ク を示す I し を考慮 し た位置情報 0 を入力 し 、 速度推疋 値 V を 出力す る 。
こ の点について、 更に詳細に説明する と 、 刖 ai モー タ 電流 I 、 速度 V 、 位'置 Θ 、 負荷 ト ル ク に よ る電流 I と し て、 同一次元 オ ブザーバを構成する と 、 次の よ う に な る 。
Figure imgf000005_0001
Figure imgf000005_0003
実際 に検出 し 、 ォ ブザ一.バ 4 に入力す る も の はモ タ 電流 I と 位置 0 であ り 、 デ ィ ジ タル処理する為の同 次 元オ ブザー バは
r 、
入 i
ナ λ ζ 丁 I
Figure imgf000005_0002
/ 、ク こ こ で、 T は サ ン プ リ ング周期、 λ i , λ 2 , λ 5 は オ ブザ ー バの ゲ イ ン でぁ リ 、 推定値が真値に収束する た めの時間に反比例す る 。
そ こ で、 こ れを マ イ ク ロ プロ セ ッ サで処理す る 為に上 記の オ ブザー バを下記のアルゴ リ ズムで実現す る 。
- (1 )
Figure imgf000006_0001
第 3 図は こ の速度推定値 V を得る ため の情報処理を 説 明する 説明図 でぁ リ 、 第 3 図 （ a ) はモ ー タ 電流ルー プ の処理 レ ペル （ j ) を 、 第' 3 図 （ b ) は速度処理 レ ぺ レ ( m ) を それぞれ説明 し ている。
尚、 上記サ ン プ リ ン グ時間 T に き た ロ ー タ リ エ ン ゴ 一 ダか ら のパ ル ス数 を積箕する カ ウ ン タ を ハ一 ド ゥ エ ァ的に備え、 上記の場合は、 5 ステ ッ プ に推定誤差が 0 と な る よ う な オ ブザー バのゲ イ ン 人 丄 ， 2 ， λ 5 を予 め計算 し て与えてお く も の と する。
第 4 図 は モ ー タ 電流ル ー プ処理 レ ベル に おけ る ォ ブ ザ一バ 4 に よ る処理 の流れを示すも の で あ り 、 第 5 図 は 速度ルー プ処理の流れを示すも のであ る 。
まず、 モー タ 電流ルー プについては、 ォ ブザ一バ 4 に 位置情報 j 及びモー タ電流 I mを取込み、 次い で 、 そ れ ら の積分 を 行 な う 。 次 に 、 前記 （ 1 ) 式 に基づい て、 位置推定情報 Δ 、 速度推定情報 、 ト ル ク 負 荷を示す電流推定情報 IUK÷ 1 を計算する 。 そ し て、 5 回 目 の処理がで き た ら 、 Vw+lを速度処理プ ロ グ ラ ム へ渡す よ う に する 。 こ の関係は第 3 図 （ a ) 及び第 3 図 （ b ) 力 ら明 らかで あ る 。
次に 、 速度ルー プ処理ほ第 5 図の フ ロ ーか ら 明 らか な よ う に 、 まず、 速度指今 V 5 mを取込み、 次い でそれ ら の積分 を行な う 。 次 に 、 そ の積分値に積分ゲ イ ン を 掛算 し 、 そ の積か ら速度推定情報 V 5 m と フ ィ ー ドバ ツ ク ゲ イ ン k 2 と の積 を減算 して ト ルク 指 4 U 5 m を得 る よ う に す る 。
こ の よ う な オ ブザーバを用いた従来の速度制御は、 ォ ブ ザ ー，バ 4 で得 ら れ た速度推定値 V を 、 I 一 P コ ン ト ロ ー ラ の積分要素 Z S の入力側 と 、 比例要素 K 2 の そ れぞれ に フ ィ ー ド バ ッ ク し て い た 。 こ のた め、 ォ ブ ザーバの演算 に おい て桁落ち等に よ リ 速度推定値 に誤差 が生 じ る と 、 ト ル ク 指今 U に オ フ セ ッ ト 量が存在 し て正 確 な速度制御 が 出来 な い場合が あ る と い う 問題があ つ た。
本発明 ほ、 上記従来技術の問題点を解消 し 、 ォ ブザ ー バ で得 られる 速度推定値は I — Ρ コ ン ト ロ ー ラ の比例要 素 に フ ィ ー ドバ ッ ク し 、 積分要素の入力側 に は 、 位置情 報そ の も の を フ ィ ー ドバ ッ ク し て、 精度の良い速度制御 方式を提供す る こ と を 目 的と する も ので あ る 。
発 明 の 開 示
术発明は、 機械負荷を翳動するサ一 ボ モー タ に取付け ら れ た ロ ー タ リ エ ン コ ー ダか ら の位置情報を フ ィ ー ド パ ッ ク し 、 該サ一 ポ モー タへの ト ル ク指令を生成する よ ラ に し た速度制御方式であ っ て、 ロ ー タ リ エ ン コ ー ダか ら の位置情報 を I - P コ ン ト ロ ー ラ の積分要素 に フ ィ 一 ドパ ッ ク する と 共に 、 該位置情報と サ一 ボ モ ー タ の電流 と に基づい て速度を推定する オブザーバ を設け 、 該ォ ブ ザ一バ に おい ては負荷 ト ルク を速度推定値に含 ませ、 該 速度 推 定値 を 前記 I 一 P コ ン ト 口 一 7 の 比例要素 に フ ィ — ド ノく ッ ク し 、 I 一 P コ ン ト 口 一 ラ の出 力側 よ り サーボ モ ー タ への ト ル ク 指令情報を得る よ う に した速度 制御方式'であ る 。
図面の簡単な説明
第 1 図は太発明の概略のプ ロ ッ ク 図、 第 2 図は従来例 の ブ ロ ッ グ 図 、 第 3 図 は説明 図 、 第 4 図、 第 5 図は フ ロ ー チ ヤ 一 ト であ る 。
発明 を実施するための最良の形態 以下、 図に よ り *発明の一実施例について説明する 。 第 1 図は、 本癸明の概略のブロ ッ ク 図で あ る 。 末発明 に おいて は、 オ ブザー バ 4 で得 られた速度推定値 V を 、 I 一 P コ ン ト Q — ラ 6 の比例要素 K 2 に フ ィ ー ド ノ ッ ク し 、 口 一 タ リ エ ン コ ー ダで得 られるモ 一 タ 5 の位置情報
0 は、 I — Ρ コ ン ト ロ ー ラ 6 の積分要素 Κ 1 Z S の入力 側 に設けた演箕器 1 に フ ィ 一 ドバッ ク す る 。 そ の他の構 成は、 第 2 図の従来例 と 同 じであ る。
こ の よ う に 、 オ ブザ ー バ 4 で得 ら れた速度推定値 V は 、 I 一 ： P コ ン ト ロ ー ラ の比例要素 K 2 に の み フ ィ ー ド バ ッ ク し 、 I 一 ！1 コ ン ト ロ ー ラ の 積分要素の入力側 に は、 位置情報 0 を フ ィ ー ドバ ッ ク してい る ため 、 ト ル ク 指令 U の オ フ セ ッ ト 量 を除去する こ と 力 で き る 。
これは、 積分要素 に誤差信号が入力され る と 、 誤差信 号が積分'されて、 誤差が更に累積され、 積分要素の出 力 信号は誤差が増大 されて し ま う こ と があ る が、 本発明 に おいて は、 平均速度 と みな し得る 、 誤差の ない位置信号 を積分要素に フ ィ 一 ドバ ッ ク し てい る の で、 積分要素の 出力信号に誤差分が合まれない こ と と な る 。 な お、 比例 要素は、 積分要素に比較する と安定要素 と 考え られる の で上記の よ う な問題は生 じ ない。
こ の発 ¾ を あ る程度詳細に そ の最も好 ま し い実施態様 に つい て説明 し たが、 そ の好ま しい実施態様の説明 ほ 、 構成の詳細な部分 に ついての変形、 請求の範囲 に記載 さ れた本発明の精神に 反 し ない限 り での種 々 な変形、 あ る いほ それ ら を 組み合せた もの に変更する こ と が で き る こ と は明 ら 力、な こ と で あ る 。
産業上の利用可能性
本発明 に よれば、 I 一 ： Ρ コ ン ト ロ ー ラ の 出力側で得 ら れ る ト ル ク 指令の オ フ セ ッ ト 量を除去す る の で 、 精度の 良い安定な速度制御 を行な う こ とができ る 。 こ のため 、 *発明 を産業用 ロ ポ ッ ト のアー ム駆動用 の モ ー タ 制御回 路 に用 いれば、 正確 な ア ー ム の位置制御が可能 と な る 。 こ の外、 工作機搣 の サ一 ボモー タ 回路に適用す る こ と も 9/8df/l〕d _
^? 9 ϋ-
I
00
I
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Claims

請 求 の 範 囲
C l ) モ ー タ に取付 け られた ロ ー タ リ ヱ ン コ 一 ダカ、 ら の 位置情報 を フ ィ 一 ド バ ッ ク し て該モー タ への ト ル ク 指令 を 生成す る 速度制御方式は次を含む ：
― タ リ ヱ ン コ 一 ダ カ ら の 位 置情報 を I 一 Ρ コ ン ト
D ―.ラ の積分要素 に フ ィ ー ドバ ッ ク す る 手段 と ；
該位置情報 と モ ー タ の電流 と に基づい て速度 を推定 す る ォ ブザ一 バ手段 と ；
該 ォ ブザ ー バ手段か ら得 られ る速度推定値 を 、 前記 I 一 ： P コ ン ト ロ ー ラ の 比例要素に フ ィ 一 ド バ ッ ク す る 手段 と ί
- Ρ コ ソ ト 口 一 ラ の 出 力 と 該速 度推定'値か ら 、 モ ー タ へ の ト ル ク 指令情報を演算す る 手段。
( 2 ) I — Ρ コ ン ト ロ ー ラ の積分要素の 出 力 と 該速度推 定値か ら 、 モ ー タ へ の ト ルク 指令情報を 演算す る こ と を 特徴 と す る 請求の範 囲第 （ 1 ) 項記載の速度制御方式。
( 3 ) 少 な く と も 、 口 一 タ リ エ ン コ ー ダ か ら の位置情報 を I 一 ： Ρ コ ン ト ロ ー ラ の積分要素に フ ィ ー ド バ ッ ク す る 手段 と 、 該位置情報 と モ ー タ の電流 と に 基づい て速度 を 推定す る オ ブザー バ手段 と 、 該 オブザー バ手段か ら 得 ら れ る 速度推定値 を 、 前記 I - ： Ρ コ ン ト ロ ー ラ の比例要 素 に フ ィ ー ド、 バ ッ ク す る 手段 と 、 該 I 一 Ρ コ ン ト ロ ー ラ の 出 力 と 該速度推定値か ら 、 モ ー タ への ト ル ク 指今情報 を 演箕す る手段 をマ イ 口 コ ン ピ ュ ー タ よ リ な る 制御手段 に て構成する こ と を特徵 とする請求の範囲第 （ 1 ) 項記 載の速度制襌方式。
PCT/JP1986/000527 1985-10-17 1986-10-17 Speed control system WO1987002485A1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019870700521A KR920002347B1 (ko) 1985-10-17 1986-10-17 속도 제어 시스템
DE8686906433T DE3683845D1 (de) 1985-10-17 1986-10-17 Regelungssystem der geschwindigkeit.
EP86906433A EP0241563B2 (en) 1985-10-17 1986-10-17 Speed control system

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60231847A JPS6294249A (ja) 1985-10-17 1985-10-17 速度制御方式
JP60/231847 1985-10-17

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Publication Number Publication Date
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