DE3001012C2

DE3001012C2 - Elektrisches Servopositioniersystem

Info

Publication number: DE3001012C2
Application number: DE3001012A
Authority: DE
Inventors: Dan La Habra Calif. Slater
Original assignee: Magicam Inc
Current assignee: Magicam Inc
Priority date: 1979-01-15
Filing date: 1980-01-12
Publication date: 1985-01-03
Also published as: DE3001012A1; EP0014065A1; EP0014065B1; US4245298A; CA1127743A; JPS5595111A

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Servopositioniersystem mit unterlagerter Geschwindigkeitsregelung für ein bewegliches Ausgangsteii, mit einem System zum Erzeugen eines Geschwindigkeits-Sollsignals.

Das erfindungsgemäße Servopositioniersystem kann mit besonderem Vorteil zur Lagesteuerung einer Kamera gemäß in zeitlicher Folge gespeicherter Digitalinformation Verwendung finden und wird nachfolgend im Zusammenhang mit diesem bevorzugten Anwendungszweck näher erläutert. Es sei aber angemerkt, daß das Servopositioniersystem mit Vorteil auch bei anderen ferngesteuerten Geräten zur Anwendung kommen kann, wobei die Momentanstellung eines Ausgangsteils der Servovorrichtung genau gesteuert werden muß, ohne daß dabei mechanische Verbindungsgetriebe od. dgl. benötigt werden.

Elektrische Servopositioniersysteme sind in verschiedenen Ausführungen und für unterschiedliche Verwendungszwecke bekannt. Beispielsweise ist eine Vorrichtung zur Steuerung von mehrdimensionalen Bewegungsabläufen bei Masc!rnen, insbesondere Werkzeugmaschinen, in Gestalt einer sogenannten Playback-Maschinensteuerung bekannt, bei der ein Soli-Bewegungswert in X-Richtung während eines bestimmten Zeitraums in einen X-Speicher und ein Sollbewegungswt-rt in Y-Richtung für einen Zeitraum in einen Y-Speicher eingegeben wird (DE-AS 20 08 204). Die beiden Speicherwerte steuern Ausgangssignale, durch die an Binärzählern Ausgangs-Impulsfolgen erzeugt werden, welche die entsprechende Arbeitsbewegung herbeiführen. Es handelt sich hier um eine Geschwindigkeitssteuerung mit Linearinterpolation zwischen bestimmten Punkten, wobei die Ausgangssignale während des betreffenden Zeitraums konstant sind.

Bekannt ist ferner ein Lageregelkreis mit einem reversiblen Antriebsmotor und einem unterlagerten Drehzahlregelkreis (DE-PS 12 73 043). Es handelt sich hier um eine Werkzeugmaschineri-Lagesteuerung mit einer Rückkopplungsschleife und einem Begrenzer, der die Ist-Geschwindigkeit des Werkzeugs von Punkt zu Punkt möglichst gleichmäßig halten soll. Bei elektrischen Anhieben für Industrieroboter werden zur Programmsteuerung von Antriebsmittel und für das Zusammenwirken mehrerer Freiheissgrau-Regelkomponenten Koordinatensysteme verwendet, wobei Servoverstärker als Geschwindigkeitsregler und Diffcrenzzähler als numerische Sollwert-Lageregler zur Anwendung kommen können (Zeitschrift »Elektrische Ausrüstung«, Nr. 3, Juni 1977, Seiten 9 bis 11).

Bekannt sind darüber hinaus Nachlaufsteuerungen, bei denen Sollwerte für Geschwindigkeit und Position übermittelt werden, ohne daß eine direkte Verbindung zwischen Servo- und Hauptvorrichtung erforderlich ist (US-PS 37 31 175).

Schließlich gehört es auch bei Kamerasystemen schon zum Stand der Technik, für die Aufnahme des Vordergrundes und des Hintergrundes einer Spielszene getrennte Kameras vorzusehen und dabei durch fotografische oder elektronische Verbindung des Vordergrundes mit dem Hintergrund ein zusammengesetztes Bild oder Videosignal aufzunehmen (US-PS 39 02 798 und 39 14 540). Bei diesen bekannten Systemen wird die Vordergrundkamera auf einem Wagen zur Aufnahme des Vordergrundes Jbewegt, der gewöhnlich von einer Schauspieler-Szenerie gebildet wird. Um die Vordergrundaufnahme mit einer Hintergrundszene benutzen zu können, ist es notwendig, daß die Hintergrundkamera entsprechend der Bewegung der Vordergrundkamera bewegt wird, wobei die Größenunterschiede der Szenarien und die Halterungsgeometrie der beiden Kameras in Betracht gezogen werden müssen. Es handelt sich bei diesen bekannten Systemen um eine Nachlaufsteuerung mit einem kontinuierlichen Analogsystem, bei dem die Position einer Leitkamera mit Analogschaltungsmitteln und -Signalen über em Rechenwerk an die Folgekamera übertragen wird.

Bei den vorgenannten Kamerasystemen ist es in der Praxis zumeist notwendig, daß die Kameras koordiniert bewegt werden, damit die gewünschten zusammengesetzten Filmaufnahmen erzielt werden. Die Koordination der beiden Kt.neras ist beim Einsatz für das Fernsehen nicht so kritisch wie bei der Verwendung des Systems für Breitwand-Kinofilme mit hoher optischer Auflösung. Es besteht ein Bedarf an der Entwicklung eines Systems, mit dem die Folge- oder Hintergrundkamera entsprechend der Vordergrundkamera gesteuert werden kann, ohne aa3 es erforderlich ist, beide Kameras gemeinschaftlich oder auch gleichzeitig zu betreiben. Die Verwendung eines Steuerteils (Master-Einheit) auf der Vordergrundkamera, das ein ferngesteuertes

Servogerät auf der Hintergrundkamera steuert, stellt nicht in jeder Hinsicht zufrieden, obgleich solche Systeme durchaus Verbreitung gefunden haben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrisches Servopositioniersystem der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine direkte Verbindung zwischen der Servovorrichtung und einer Hauptvorrichtung (Master-Einheit) nicht benötigt wird und mit dem eine genaue Fernsteuerung insbesondere in Abhängigkeit von einer Sollgeschwindigkeit und der Ist-Stellung der Servovorrichtung gemäß einem Programm möglich ist, das bevorzugt digital aufgebaut ist und aus aufeinanderfolgenden codierten Binärwörtern bestehen kann. Dabei soll das Servopositioniersystem zweckmäßig Digitalschaltungen aufweisen, um den Analogeingang der Servovorrichtung datenabhängig zu steuern, und zwar mittels eines während aufeinanderfolgender kurzer Zeitintervalle extern erzeugten Steuersignals.

Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Anspruchs i angegebenen Merkmalen gelöst.

Bei dieser Ausgestaltung des elektrischen Servopositioniersystems wird demgemäß unabhängig von einem Hauptteil (Master-Einheit) ein erstes festes Analogsignal mit Hilfe eines Generators erzeugt, das einer bekannten, in Form eines Binärcodes vorliegenden Geschwindigkeit des beweglichen Ausgangsteils während eines vorbestimmten Zeitraums entspricht. Dieser Zeitraum läßt sich mit der Dauer eines Teilbildes eines kinematografischen Films oder beliebig anderen, sehr kurzen Realzeiten koordinieren. Das Servopositioniersystem umfaßt ferner jine Einrichtung, mit der ein zeitbezogenes Sollstellungsprofil während dieses Zeitraums erzeugt wird. Dabei ist im gleichen Zeitraum das zeitbezogene Iststellungsprofil des beweglichen Ausgangsteils des Servogeräts abtastbar. Die Anordnung ist so getroffen, daß ein zweites Analogsigna! erzeugt wird, das zu einer Anzahl von Zeitpunkten während des vorbestimmten Zeitraums allgemein der algebraischen Differenz zwischen den zeitbezogenen Soll- und Iststellungsprofilen proportional ist. In Abhängigkeit von den beiden Analogsignalen ist dann das Geschwindigkeits-Sollsignal herstellbar. Das erste feste Analogsignal kann hierbei der Soll-Geschwindigkeit und das zweite Analogsignal der algebraischen Differenz zwischen der SoII- und Iststellung des Ausgangsteils proportional sein. Mit dieser Ausgestaltung des Servopositioniersystems können Digitalwörter, wie sie in einem Digitalrechner gespeichert und der Reihe nach ausgegeben werden, zur Steuerung der Sollgeschwindigkeit und der SolLstellung während der verfügbaren kurzen Zeiträume dienen. Im jeweils nachfolgenden Zeitraum kann das nächste Digitalwort erzeugt werden, das die Geschwindigkeits- und Stellungssignale liefert Dadurch, daß diese Geschwindigkeits- und Stellungsversetzungssignale aufeinanderfolgend in sehr kurzen Zeiträumen erzeugt werden, wird ein ferngesteuertes Ausgangsteil, dem ein Steuersignal zugeführt wird, gemäß einer Anzahl von nacheinander binär gespeicherten Datenwörtern bewegt. Gespeicherte Daten dieser Art können auf einem Band, einer Platte oder einer anderen Vorrichtung in Form von Zahleneinheiten oder durch Momentanablesung der Steuerfunkiion eines früher betätigten Gerätes erzeugt werden, beispielsweise einer Vordergrundkamera eines kombinierten Kamerasystems gemäß den obengenannten US-Patentschriften.

Bei dem erfindungsgemäßen Servopositioniersystem wird, wie erwähnt, durch Abtastung der Sollwerte von Lage und Geschwindigkeit zu vorgegebenen Zeitpunkten ein zeitbezogenes Sollstellungsprofil hergestellt, das mit dem gleichzeitig abgetasteten iststellungsprofil verglichen und zur Erzeugung des Geschwindigkeits-Sollsignals benutzt wird. Zugleich wird mit der Erfindung gewährleistet, daß während eines jeden Zeitraums fortlaufend eine Abtastung der beiden Stellungsprofile stattfindet, insbesondere zwischen den Zeiträumen, in denen die Sollstellungsinformation der Servovorrichtung zugeführt wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß

ίο das Positioniersystem die Leistungsfähigkeit einer digitalen Schaltungsanordnung mit der kontinuierlichen Regelbarkcit von Analogschaltungen verbindet.

In zweckmäßiger Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Servopositioniersystems weist der Generator für das erste Analogsignal eine Speicherzelle, in der ein der bekannten, als Binärcode vorliegenden Geschwindigkeit bzw. dem Bewegungsausmaß im vorbestimmten Zeitraum entsprechender Wert, insbesondere eine Digitalzahl, einspeicherbar ist. sowie einen Digital-Analog-Wandler auf, mit dem der Wert bzw. die Digitalzahl in das erste Analogsignal umsetzbar ist. Zur Erzeugung des zeitbezogenen Sollstellungsprofils ist zweckmäßig ein Vor-Rückwärts-Zähler vorgesehen, der während des vorbestimmten Zeitraums mit einer durch die Bekannte Geschwindigkeit bedingten Frequenz periodisch hinauf- oder herunterrückbar ist. Um Abtasten des zeitbezoganen Iststellungsprofils kann ein weiterer Vor-Rückwä-ts-Zähler Verwendung finden, der während des vorbestimmten Zeitraumes entsprechend der Richtungs- und Stellungsänderung des beweglichen Ausgangsteils periodisch hinauf- ode^r herunterrückbar ist, um die Sollstellung mit dem Betrag des Geschwindigkeitssignals zu koordinieren, das für die Fernsteuerung des Servogeräts bzw. seines Ausgangsteils benutzt wird.

J5 An Letzterem wird das zeitbezogene Iststellungsprofil abgetastet, das in dem genannten Vor-Rückwärts-Zähler zum Vergleich mit dem ebenfalls in einem Vor-Rückwärts-Zähler gespeicherten Sollprofil festgehalten wird. In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Servopositioniersystems sind zum Erzeugen des zweiten Analogsignals ein von den beiden Zählern gesteuerter Digitalkomparator sowie eine Einrichtung zum Erzeugen eines digitalen Differenzsignals vorgesehen, welches in das zweite Analogsignal umwandelbar ist Es empfiehlt sich ferner, Speicher für aufeinanderfolgende Digitalwörter vorzusehen, welche jeweils der Geschwindigkeit in einem der aufeinanderfolgenden Zeiträume entsprechen, wobei während letzteren das erste Signal durch die aufeinanderfolgenden Wörter beein-

so flußbar ist Das feste Analogsignal ist vorzugsweise während eines gegebenen Zeitraumes multiplikativ aus einem Binärcode, der dem Bewegungsausmaß in diesem Zeitraum entspricht, und aus einem Bezugspegel steuerbar, welcher der Dauer dieses Zeitraumes entspricht Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß bei der Erzeugung des zeitbezogenen Sollstellungsprofils eine Sollstellung in dem Vor-Rückwärts-Zähler gespeichert und darin gemäß der bekannten Geschwindigkeit sowie der Frequenz eines Zeitgebers hinaus- oder herunterrückbar ist wobei der Bezugspegel sowie die Frequenz direkt proportional steuerbar sind. Zur Steuerung des Vorzeichens des festen Analogsignal dient zweckmäßig eine durch wenigstens ein Bit des Binärcodes betätigbare Binärschalteinrichtung, mittels deren das Hinauf- oder Herunterrücken des Zählers wählbar ist

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßen Servopositioniersystems mit unterlagerter Geschwindigkeitsregelung für ein bewegliches Aus-

gangsteil unter Verwendung eines Systems zum Erzeugen eines Geschwindigkeits-Sollsignals sind in den Ansprüchen 10 bis 15, 16 und 17 sowie im Anspruch 18 angegeben.

Mit dem erfindungsgemäßen Servopositioniersyslcm läßt sich eine erhebliche Verbesserung der Fernsteuerung elektrischer Geräte durch Verwendung gespeicherter Daten erreichen, wodurch zugleich die Synchronisierung des ferngesteuerten Ausgangsteils verbessert wird. Das ferngesteuerte Ausgangsteil oder Gerät kann zu einer anderen Zeit oder an einem entferntliegenden Ort benutzt bzw. betätigt werden. Das Servopositioniersystem erfordert nicht eine direkte Kommunikation zwischen dem steuernden Hauptteil und dem gesteuerten Teil. Dabei verwendet das System eine Reihe aufeinanderfolgender, kurzer und vorzugsweise veränderlich einstellbarer Zeitintervalle zur Steuerung des Ausgangsteils. Durch Kombination der durch Digitalschaltungseinrichtungen erzeugten feststehenden und variablen Anaiogsignaie wird das Geschwindigkeits-Soiisignal als Steuersignal für das Ausgangsteil erzeugt. Die Geschwindigkeitsinformation wird in digitaler Form zugeführt, die für jeden einzelnen Zeitraum konstant bleibt, so daß während des betreffenden Zeitraumes das zeitbezogene Sollstellungsprofil erzeugbar ist.

Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 in einem vereinfachten Blockschaltbild ein elektrisches Servopositioniersystem zur Darstellung gewisser Betriebseigenschaften desselben;

Fig. 2 ein Blockschaltbild mit kombinierter perspektivischer Darstellung einer bevorzugten Anwendungsund Ausführungsform zur Erzielung der bei dem erfindungsgemäßen Servopositioniersystem verwendeten Daten;

F i g. 3 in einem Blockschaltbild und einer perspektivischen Ansicht sine Ausführungs- und Anwendungsform der Servopositioniersystems zur Erläuterung des Ausgangsteils desselben unter Verwendung der Daten des Systems nach F i g. 2 oder einer anderen Datenquelle;

F i g. 4 bis 7 jeweils in einem Blockschaltbild verschiedene Ausführungs- und Anwendungsformen des erfindungsgemäßen Servopositioniersystems;

Fig.8A und 8B ein kombiniertes Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des Servopositioniersystems nach der Erfindung;

F i g. 9 ein vereinfachtes Flußdiagramm zur Darstellung der Betriebsvorgänge des in den Fig.8A und 8B gezeigten Servopositioniersystems;

Fig. 10 in Kombination ein Impulsdiagramm und ein Blockschaltbild für eine Codiereinrichtung, wie sie gemäß den F i g. 8A und 8B Verwendung findet;

Fig. 11 ein vereinfachtes Teilschaltbild zur Darstellung bestimmter Phasen- und Impulsbeziehungen des Systems nach den F i g. 8A und 8B;

Fig. 12 ein Schaubild mit einer Anzahl Impulsdiagramme zur Erläuterung bestimmter Betriebseigenschaften des in den F i g. 8A, 8B und 11 gezeigten Systems;

F i g. 13 ein weiteres vereinfachtes Teilschaltbild.

Das elektrische Servopositioniersystem A nach F i g. 1 umfaßt ein ferngesteuertes Gerät bzw. eine Servovorrichtung B und einen Steuerkreis bzw. einen Steuermodul C, der vereinfacht nur teilweise dargestellt ist. Die Servovorrichtung S weist einen Gleichstrommotor A/auf, der ein bewegliches Ausgangsteil L in entgegengesetzten Richtungen antreiben kann, sei es in Drehbewegung, Linearbewegung oder in Kombination beider Bewegungen. Die Motorwcllc ireibi zugleich ein Tachometer Tan, dessen elektrischer Ausgang der Drehzahl des Motors M proportional ist. Diese Anordnung cntspricht herkömmlichen Scrvosystcmcn. Eine Optowcllen-Codiereinrichtung E liefert rechteckige Stcllungs-Schrittimpulse, wenn ein Teil des Codierers Edurch die Welle des Motors M in Umdrehung versetzt wird. Im Steuerkreis Cdienen diese Impulse zur Erzeugung einer

ίο Iststellungs-Angabe, wie weiter unten näher beschrieben wird.

Der Codierer E liefert an eine Leitung 36 Informationen bezüglich der Stellung des Motors M und des beweglichen Ausgangsteils L Ein Servo-Fehlervorverstärker 10 verstärkt die Differenz zwischen der Soll-Servogeschwindigkeit in Form eines auf der Leitung 12 stehenden Analogsignals und der Ist-Servogeschwindigkeit, die gesteuert durch den Tachometer Tals Analogsignal über die Leitung 14 übertragen wird. Die Differenz zwischen diesen beiden Analogsignalen wird einem Motorspeiseverstärker 20 herkömmlicher Art zugeführt, der die Drehzahl des Motors M steuert, so daß der Ausgang des Tachometers T den Regelkreis schließt und das Ausgangsteil L nach Maßgabe der auf der Eingangsleitung 12 anstehenden Analogspannung bewegt wird. Diese dient als Bezugspegei im Vorverstärker 10 und wird jeweils in einem Steuerkreis C für jede Bewegung erzeugt, die dem beweglichen Ausgangsteil L erteilt werden soll. Jeder Steuerkreis C führt gemäß F i g. 1 auf einer Leitung 22 ein Soll-Geschwindigkeitssignal, das periodisch von einem Zeitraum bzw. Zeitrahmen zum nächsten wechselt. Natürlich können in aufeinanderfolgenden Zeiträumen auch dieselben Soll-Geschwindigkeitssignale anstehen, wenn dies der Sollbev/egung der Servovorrichtung B bzw. des ferngesteuerten Ausgangsteils L entspricht. Die Leitung 22 führt also ein festes Analogsignal, das von Zeitraum zu Zeitraum

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kann durch Einstellung der Länge des Zeitraums gesteuert werden. Bei Verwendung in einem Kinofilmsystem hat beispielsweise der Zeitraum eine Dauer, die dem Zeitabstand der einzelnen Film-Teilbilder entspricht. Für die Anwendung im Fernsehbereich kann das Auflösungsvermögen davon erheblich abweichen; allgemein ist der Zeitraum bzw. Zeitrahmen jedoch kürzer als etwa 30 s. Seine Dauer kann in einem weiten Bereich verändert werden, um die Sollbewegung des Ausgangsteils L abhängig vom Betrieb des Steuerkreises C zu bewirken.

Das Analogsignal, welches die Sollgeschwindigkeit während eines bestimmten Zeitraumes darstellt, wird eimm Summierkreis bzw. -verstärker 5 herkömmlicher Art zugeführt, dem von einem Digital-Differenzkreis 30 her über eine Leitung 24 ein zweites Eingangs-Analogsignal zugeführt wird. Der Digital-Differenzkreis 30 wird weiter unten im Zusammenhang mit den Fig.8A und 8B näher erläutert; er ist hier in zwei Komponenten 30a und 30Ä gegliedert, die eine Digitaldifferenz aufzeichnen und diese in ein an der Leitung 24 anstehendes Analogsignal umwandeln. Der Differenzkreis 30 wird mit zwei Digitaleingängen beaufschlagt. Der erste Digitaleingang ist eine Sollstellung, welche während jedes Zeitraums Änderungen erfährt oder erfahren kann und allgemein der Sollstellung des Ausgangsteils L zu verschiedenen Zeitpunkten innerhalb des jeweiligen Zeitraums entspricht Dieses Soiisteilungssignai für das Ausgangsteil L wird dem Differenzkreis 30 über einen Leitungsstrang 32 zugeführt, welcher der Einfachheit hai-

ber als Einzelleitung gezeichnet ist. In ähnlicher Weise wird der Ausgang des Codierers E, der die Iststellurig des Ausgangsteils L abtastet, digital erfaßt und dem Differenzkreis 30 über einen Leitungsstrang 34 zugeführt, der ebenfalls als Einzelleitung gezeichnet ist. Mithin ist ein auf der Leitung 24 dem Summierkreis 5 zugeführtes Analogsignal repräsentativ für die Differenz zwischen der jeweiligen Iststellung des Ausgangsteils L und seiner Soiisfellung, die im Differenzkreis 30 unabhängig von der Servovorrichtung B speicher- und veränderbar ist. Diese Zusammenhänge werden weiter unten anhand der F i g. 8A und 8B noch näher erläutert.

Der Steuerkreis wird durch digitale Speicherdaten gesteuert. Die vom Steuerkreis C zu verarbeitenden Daten können auf verschiedene Weise gewonnen werden. Eine geeignete Anordnung ist in F i g. 2 dargestellt. Sie entspricht weitgehend dem Vordergrundkamera-System gemäß den US-PS 39 02 798 und 39 14 540, auf deren Offenbarung hiermit Bezug genommen wird. Nach diesen Patentschriften wird eine Vordergrundkamera dazu verwendet, auf einer farbmaskierten Bühne eine Schauspielszene als Bestandteil einer Kombinationsaufnahme zu filmen. Dabei werden elektrische Signale erzeugt, die der Bewegung verschiedener Elemente entsprechen, welche mit der Stellung der Kamera zur Bühne in Zusammenhang stehen. Derartige elektrische Signale können in Digitaldaten umgewandelt und zur Verwendung im Steuerkreis C gespeichert werden. Die Speicherdaten lassen sich verändern, um geometrische und Größen-Unterschiede zwischen der Vordergrund- und der Hintergrundkamera auszugleichen. Die Digitalinformation könnte allerdings auch numerisch erstellt oder mit anderen Anordnungen gewonnen oder für Systeme benutzt werden, die nicht zur Kamera-Koordination dienen.

Gemäß F i g. 2 hat eine Bühne 50 eine nicht zur Aufzeichnung gelangende Farbe, Ein Darsteller 52 tritt auf der Bühne 50 auf. Eine Vordergrundkamera ist an dem Ausleger 58 eines Wagens 56 angeordnet. Ein Kameramann 60 steuert die Kamera 54 und mithin die Bewegung des Auslegers 58, der Kamera 54 und des Wagens 56. Elektrische Signale, di° diesen Bewegungen entsprechen, werden einem geeigneten Steuerkasten oder »Anpasser« 64 zugeführt, der die Information in eine Folge von Geschwindigkeitswörtern verwandelt, welche auf einem geeigneten Speicher festgehalten werden, beispielsweise einem Band, einer Platte od. dgl. Die Leitung 66 deutet schematisch den Informationsübergang vom Steuerkasten 64 zu einem Datenspeicher 68 an. In herkömmlicher Art kann eine Videoleitung 70 die Video-Information einem Videosteuergerät 72 zuführen, das die Wiedergabe auf einem Wiedergabegerät 74 zeigt und/ oder die Aufnahme auf einem Bandaufnahmegerät 76 aufzeichnet.

Wie dargestellt entspricht die im Datenspeicher 68 vorhandene Information der Bewegung der Kamera 54 in bezug auf die Bühne 50. Hierbei sind, wie in den genannten US-Patentschriften angegeben, gewisse geometrische Anpassungen vorzunehmen. Das vorstehend beschriebene System ist eine mögliche Quelle für die Digitalinformation, die bei dem erfindungsgemäßen Servopositioniersystem nach F i g. 1 und insbesondere nach den F i g. 8A und 8B verwendet werden kann.

Werden die Steuerungssignale von der Vordergrundkamera des Aufnahmesystems nach F i g. 2 gewonnen, so können sie gemäß F i g. 3 zur Steuerung einer Hintergrundkamera 80 dienen, die auf einem Steuerpult 82 beweglich, und mitteis eines Periskops 83 auf eine verkleinerte Szene 84 gerichtet ist. Die Kamera 80 ist in drei zueinander orthogonalen Richtungen X, Y, Z beweglich; sie kann in bezug auf die Szene 84 gemäß den zuvor aufgenommenen Daten, die der Bewegung der Vordergrundkamera 54 entsprechen, gekippt oder geschwenkt werden. Jede Bewegung der Kamera 80 wird durch einen separaten Modul oder Steuerkreis C gesteuert, so daß Vielfach-Leitungen 12,36 entsprechend der gewünschten Anzahl von Bewegungen der Kamera

ίο 80 gegenüber der Szene 84 vorzusehen sind. Nach einem weiter unten beschriebenen Verfahren wird die geeignete Digitalinformation von einer Vorrichtung 90 in den Steuerkreis C eingegeben. Beispielsweise kann Information der Vorrichtung 90 aus dem Datenspeicher 68 stammen und aus einer Reihe von Digitalwörtern bestehen, welche der Soll-Geschwindigkeit der Kamerr 80 während aufeinanderfolgender, vorgewählter Zeiiräume entsprechen. Auch andere Anordnungen können zi'm Erzeigen von Sollsteuerun^s-SiT.alen oder -Wertern vorgesehen und erfindungsgemäß verarbeitet werden, wie weiter unten beschrieben wird. Eine Videoleitung 92 führt zu einem Videosteuergerät 94, das die beispielsweise von Bandaufnahmegerät 76 stammende Aufnahme über das Wiedergabegerät 96 abspielt und mit dem Videosignal auf der Leitung 92 verbindet, um auf dem Bildschirm 98 eine Kombinations-Wiedergabe bzw. in einem Aufnahmegerät 99 eine Kombinations-Aufnahme zu ermöglichen.
Während die F i g. 2 und 3 nur zur beispielhaften Erläuterung von Anwendungen des erfindungsgemäßen Servopositioniersystems dienen sollen, zeigt Fig.4 schematisch in einem Blockschaltbild ein erfindungsgemäßes System als solches. In einem Datenspeicher 100 kann Information in Form einer Anzahl von Digitalwörtern gespeichert sein, die der Soll-Geschwindigkeit des Ausgangsteils L entsprechen, das als entlang einer Achse X bewegte Kamera dargestellt ist. Ein herkömmlicher Digitalrechner 102 übernimmt die Speicherdaten und gibt sie nacheinander sowie parallel an den Steuerkreis C ab, der in aufeinanderfolgenden Zeiträumen oder -abschnitten das Ausgangsteil L in be;'ig auf ein geeignetes Objekt 104 entlang der Achse X bewegt.

Während in F i g. 4 eine Steuerung für eine einachsige Bewegung dargestellt ist, zeigt F i g. 5 ein Servopositioniersystem mit zwei Steuerkreisen Cl und CI für die Fernsteuerung von zwei getrennten Ausgangsteilen L 1 und LI. Die Steuerkreise Ci und C2 werden von einem Digitalrechner 102a nach Maßgabe der in einem Datenspeicher 101a gespeicherten Digitalwörter gesteuert Das Ausgangsteil L 1 kann hier eine Vordergrundkamera und das Ausgangsteil LI eine Hintergrundkamera sein, wobei die Datenwörter zu den beiden Kameras in einer inneren geometrischen Beziehung zueinander stehen, wie dies in den beiden genannten US-Patentschriften beschrieben ist

Bei der Ausführungsform nach F i g. 6 sind drei gesonderte Steuerkreise C3, C4 und C5 zur Steuerung von drei Ausgangsteilen L 3, L 4 und L 5 vorgesehen, die jeweils eine Bewegung eines Einzelgerätes, z. B. einer Kamera 110 steuern, welche ein Objekt 1046 aufnimmt Man erkennt daß ein erfindungsgemäß ausgebildeter Steuerkreis C für die Fernsteuerung eines Gegenstandes Verwendung findet und daß, falls mehrere Gegenstände oder Ausgangsteiie bewegt werden sollen, für jedes Ausgangsteil ein eigener Steuerkreis Verwendung finden kann. Falls ein einziger Gegenstand in unterschiedlichen Richtungen bewegt werden soll, kann für jede Bewegungsachse und Bewegungsrichtung ein ge-

sonderter Steuerkreis C verwendet werden. Auch eine Drehung oder Schwenkung des Gegenstandes ist möglich, wie in Fig. 7 schematisch veranschaulicht ist, wo der Gegenstand bzw. das Ausgangsteil L eine auf ein Objekt 104c gerichtete Kamera ist. Zum Drehen oder Schwenken des Ausgangsteils L in Pfeilrichtung dient das Fernsteuergerät B in gleicher Weise wie bei der in Fig.4 gezeigten linearen Bewegung des Ausgangsteils L.

Die vorstehend beschriebenen Servosteuervorrichtungen und Steuerkreise C weisen vorzugsweise die in den F i g. 8A und 8B gezeigte Ausgestaltung auf. Bei diesem System werden vom Datenspeicher 100 nacheinander Digitaldaten abgerufen und dem Steuerkreis C zugeführt, der beispielsweise aus einer Leiterplatte besteht. Der Steuerkreis C umfaßt eine Systemsteuereinrichtung 200, die eine Folge von Signalen erzeugt, wie in den F i g. 12 und 13 gezeigt. Diese Signale könnten auch direkt von einem Computer erstellt werden, beispielsweise im Faiie vor programmierbaren Äniagesteuergeräten oder in Verbindung mit einem Programmierer. Gleichgültig aus welcher Quelle, werden im Zusammenwirken des Rechners 102 und der Einrichtung 200, ggf. mit notwendigen bzw. ohnehin vorhandenen, auch herkömmlichen Bauteilen bzw. Bauteilgruppen und wenigstens einem Zeitgeber, Steuersignale erzeugt, die bei dem Servopositioniersystem verarbeitet werden.

In F i g. 8A links unten sind gewisse Grundfunktionen der bevorzugten Ausführungsform angegeben. Hierzu gehört ein Rückstellimpuls auf Wner Leitung 201a für e'jien numerisch gesteuerten Osziilator 210, ein Löchungsimpuls auf einer Leitung 212a für eine Iststellungszelle bzw. Zähler 212, ein Setzimpuls auf einer Leitung 214a für eine SoHstellungszelle oder Zähler 214 und ein Setzimpuls auf einer Leitung 218 für eine Geschwindigkeits- bzw. Speicherzelle 216. Diese Impulse dienen zur Folgesteuerung in der nachstehend beschriebenen Weise

Der numerisch gesteuerte Oszillator 210, welcher durch einen Impuls auf der Leitung 210a zurückgestellt wird, empfängt jeweils für einen Zeitraum oder Zeitrahmen ein Digitalwort, das der Geschwindigkeit bzw. der Deltastellung entsprechen kann. Anschließend wird auf einer Ausgangsleitung 250 eine Impulsfolge erzeugt, die in binärer Weise zum Inhalt des Digitalzählers 214 addiert bzw. von ihm subtrahiert wird. Der Zähler 212 ist ein 20-Bit-Register mit der Möglichkeit der Vor- oder Rückwärtszählung. Die Digitaldarstellung der Iststellung wird durch Impulse vom Codierer E des ferngesteuerten Geräts B gesteuert und jeweils auf den neuesten Stand gebracht. Die SoHstellungszelle bzw. der Zähler 214 ist ebenfalls ein als 20-Bit-Register ausgebildeter Vor- und Rückwärtszähler herkömmlicher Art. Durch Bereitstellung ¹On 2er-Ergänzungs-Information in dem Zähler 214 kann als Komparator 230a ein üblicher 20-Bit-Digitaladdierer benutzt werden, welcher die Iststellung zum 2er-Komplement der Sollsteliung addiert, so daß eine Differenz gebildet wird, die dem Absolutwert bzw. dem algebraischen Stellungsfehler in. Digitalform entspricht Auch andere Digital-Vergieicher können Verwendung Finden. Statt der 2er-Ergänzung kann ein direkter Digitalvergleich mit verschiedenen Systemen erfolgen, beispielsweise einem Netzwerk aus Vergleicher-Gattern, um den Differenzbetrag zwischen der in einem Zähler gespeicherten Iststellung des Ausgangsteüs L und der in einem anderen Zähler gespeicherten Solisteilung zu ermitteln.

Im gezeichneten Ausführungsbeispiel wird während eines Zeitraums in der 12-Bii-Geschwindigkeits-Spei cherzelle 216 ein Digitalcode gespeichert, welcher der Sollstellungs-Änderung entspricht. Während des gleichen Zeitraums bringt der numerisch gesteuerte Oszillator 210 gemäß Betrag und Vorzeichen des gespeicherten Geschwindigkeitscodes die Sollstellur g -iuf den neuesten Wert. Dies bewirkt in jedem Zeitraum einen Wiederaufbau der Abtastung. Das Lageabweichungssignal wird geändert, während im gleichen Zeitraum ein

ίο allgemein festes Geschwindigkeitssignal dem Summierverstärker S zugeführt wird. In dieser Weise bewirkt der numerisch gesteuerte Oszillator 210 die Aktualisierung der Daten in der digitalen Vergleicherschaltung während eines Zeitraums, dessen Dauer durch Impulse von <ter Systemsteuereinrichtung 200 bestimmt wird. Die ^-Bit-Geschwindigkeits-Speicherzelle 216 enthält in jedem Zeitraum nur einen einzigen Geschwindigkeitscode, so daß das Geschwindigkeitssignal auf einer Leitung 232 konstant bleibt.

im gezeichneten Auslührungsbeispiel bildet die Systemsteuereinrichtung 200 ausgangsseitig einen Zeitgeber 220 zur Fakt-Eingabe für den numerisch gesteuerten Oszillator 210. In ähnlicher Weise erzeugt die Systemsteuereinrichtung 200 den Zeitmaßstab in Form eines Verstärkungspegel- oder Multiplikations-Analogsignais auf eine Leitung 222 für einen Digital-Analog-Wandler240,derein herkömmliches 12-Bit-Element zur Multiplikation von 2er-Ergänzungen sein kann. Dieses Analogsignal und die Zeitgabe werden von der Systemsteuereinrichtung 200 unmittelbar so koordiniert, daß mit rascherer Zeitgabe das Verstärkungs-Analogsignal auf Leitung 222 proportional anwächst. Ferner ist die Anordnung so getroffen, daß die zeitlichen Abstände zwischen den Anlauf- oder Setzimpulsen auf Leitung 218 zur Speicherzelle 216 umgekehrt proportional zu diesen beiden Signalen der Systernsteuereinrichtung 200 sind. Diese empfängt aus einer Speicherzelle 224 information bezüglich tier Dauer des momentan im Servopositioniersystem A verfügbaren bzw. verarbeiteten Zeitraums. Wird letzterer verkürzt, so steigt das Signal zum Wandler 240 an und auch die Frequenz der Zeitgabe-Impulse an den Oszillator 210 nimmt zu. Man erkennt, daß im System A nun eine Veränderung stattfindet, um den Betrieb zu anderen durch die System <^leuereinrichtung 200 koordinierten Zeiträumen zu ermöglichen. Deren Dauer wird allgemein von Zeitraum zu Zeitraum verändert. Ist eine genauere Bewegungssteuerung notwendig, so benutzt das System A einen kürzeren Zeitraum bzw. -rahmen.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß das digitale 12-Bit-Deltastellungssignal der Geschwindigkeits- bzw. Speicherzelle 216 aus dem Rechner 102 zugeht, welcher die Information aus dem Datenspeicher 100 erhält. Weil bei dieser Anordnung die 2er-Ergänzungs-Codierung verwendet wird, Hefen das Bit höchster Wertigkeit das Vorzeichen oder die Richtungsangabe für die Steuerung während eines gegebenen Zeitraums. Betrag und Vorzeichen der Geschwindigkeitscodierung für den betreffenden Zeitraum werden dem Wandler 240 zugeführt der ein vorgewähltes festes Analogsignal auf die Leitung 22 gibt. Der Betrag dieses Signals hängt von der Digitalcodierung der Geschwindigkeitsbits sowie von der Verstärkungssteuerung auf Leitung 222 ab, wie das bei derartigen Wandlern üblich ist Mithin steht ein festes Soll-Geschwindigkeits-Anaiogsignai auf der Leitung 22, während ein gegebener Zeitraum abläuft. In diesem wird nun der Summierverstärker 5 durch die Differenz zur lütstellune des Ver-

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brauchers L moduliert, also während des in dem Zähler soll. Die Verstärkungs- oder Bezugsleitung 222 von der §j 212 gespeicherten Zeitraums und im Vergleich zur sy- Systemsteuereinrichtung 200 und die dem Wandler 240 Φ, stemerzeugten Speicherung in der Sollstellungszelle zugeführte Geschwindigkeits-Bit-Information bestimmt K? bzw. dem Zähler 214. Irgendeine geeignete Digital-Ver- den Betrag des Analog-Geschwindigkeitssignals auf der |g gleichertechntk kann benutzt werden, um die Digital- 5 Leitung 22 während jedes Zeitraums zwischen Impulsen fj Iststellungsinformütion des Zählers 212 mit der vom auf der Leitung 218. Durch das auf der Leitung 232a |] Steuerkreis C in dem Zähler 214 erzeugten Sollstel- stehende Signal wird das Vorzeichen bzw. die Richtung §1 lungsinformation zu vergleichen. gesteuert. Wenn der nächste Impuls auf der Leitung 218 ||

Während des betreffenden Zeitraums verändert sich ankommt, wird eine neue Codierung auf dem Daten- jrj die Digital-Sollstellungsinformanon mit der Geschwin- io speicher 100 entnommen und über die Leitungen 230 |j digkeit bzw. in dem MaBe, wie sich der Betrag der Ge- der Zelle 216 zugeführt Während eines einzelnen Zeit- S schwindigkeitscodierung in der Speicherzelle 216 ver- raums wird somit auf die Leitung 22 ein vorgeschriebe- |ί ändert. Das Vorzeichen der Änderung wird durch das nes Analogsignal gegeben, das in diesem Zeitraum kon- ^a Bit höchster Wertigkeit des Geschwindigkeitscodes in stant bleibt Soll der Zeitraum eine andere Dauer haben, Iq der Speicherzelle 216 gesteuert Der Inhalt die Digital- 15 so gibt die Speisezelle 224 über die Steuereinrichtung ψ SollsteHungsinformation, wird mithin entsprechend dem 200 eine entsprechende Codierung aus, welche die Ver- ^P Vorzeichen und in dem MaBe anwachsen bzw. abneh- Stärkung auf der Leitung 222 sowie die Zeitgabe auf ä§j men, das durch die Geschwindigkeitscodierung in dem Leitung 220, wie beschrieben, verändert Durch das Set- ^ gegebenen Zeitraum bestimmt isL Für den Digitalver- zen der Geschwindigkeits-Speicherzelle 216 wird diese gleich lassen sich verschiedene Anordnungen benutzen. 20 Veränderung der Dauer des betreffenden Zeitraums Weil für die Digitai-Analog-Wandten and die Rechner nicht beeinflußt Anzumerken ist, daß zur Digitaisteue- : im vorliegenden System jedoch der 2er-Ergänzungs- rung des Analogsignals auf der Leitung 22 auch andere Code bevorzugt wird, wird das System dazu verwendet. Anordnungen benutzt werden können. 2er-Ergänzungs-Zahlenfolgen zu verarbeiten. Im Steu- Aus F i g. 8B unten ist zu ersehen, daß die Geschwin-

erkreis Cdient eine Digitalanordnung zur Angabe einer 25 digkeitscodierung aus 12-Bit-Wörtern bestehen kann. Geschwindigkeit in einem sehr kurzen Zeitraum, und die nacheinander vom Rechner 102 ausgegeben werden, diese Geschwindigkeit dient als Bezugssignal für den Ein Steuerwort bzw. eine Steuercodierung wird nach Servo-Fehlervorverstärker 10 des ferngesteuerten Ge- Bedarf bereitgeste'U; damit kann von Zeitraum zu Zeit- ) rats bzw. der Senkvorrichtung B. Um während des be- raum oder beim Anlauf jeder beliebige Steuervorgang treffenden Zeitraums das Signal auf der Leitung 12 ab- jo bewirkt werden, beispielsweise das Rückstellen und Setzuschneiden oder zu dämpfen, wird die aktualisierte Di- zen gewisser Zellen. Der Steuercode kann außerdem die gital-Sollstellungsinformaiion dem Zähler 214 mit der in Verstärkung und Zeitgabe angeben, die während eines dem Zähler 212 befindlichen Digital-Iststellungsinfor- gegebenen Zeitraums bzw.-rahmens verwendet werden mation für das Ausgangsteil L verglichen, so daß Verän- soll.

derungen im augenblicklichen Bewegungsablauf der 35 Auf die Leitung 22 gibt also der Steuerkreis C ein Vorrichtung B erkennbar werden. Diese geringen Ver- Analogsignal, das zu dem auf der Leitung 24 anstehenänderungen werden dazu benutzt, auf der Leitung 24 ein den Analogsignal addiert wird, um den Fehlervorver-Analog-Differenzsigna! zu erzeugen, das zu dem Ana- stärker 10 für die ferngesteuerte Vorrichtung B zu steulog-Geschwindigkeitssignal auf Leitung 22 addiert wird, ern. Die Leitung 22 führt ein Analogsignal, das mit digium endlich das Steuer-Analogsignal auf Leitung 12 zu 40 talen Schaltungsmitteln so gesteuert wird, daß es der gewinnen. Differenz zwischen der Iststellung des Motors M sowie

Die Digitalanordnung zur Steuerung des Geschwin- seinem Ausgangsteil L und einer Sollstellung entspricht digkeitssignals auf der Leitung 22 wird im folgenden welche durch auf einer Leitung 250 während eines gegenäher erläutert. Grundbestandteil ist die Geschwindig- benen Zeitraums gelangende Impulse steuerbar ist keits-Speicherzelle 216, die ein I2-Bit-Register sein 45 Richtung und Änderungsgeschwindigkeit der Sollstelkann, das 2er-Ergänzungs-lnformation auf zwölf Daten- lungsinformation werden in jedem einzelnen Zeitraum leitungen erhält, die als einziger Leitungsstrang 230 ge- durch die Geschwindigkeitscodierung festgelegt. Zu zeichnet sind. Zu Beginn eines Zeitraums setzt je ein diesem Zweck lassen sich eine Anzahl von Anordnunvom Funktions-Decodierer kommender Impuls auf Lei- gen verwenden. Im gezeichneten Ausführungsbeispiel tung 218 die aus zwölf Bits bestehende 2er-Ergänzungs- 50 wird das 2er-Komplement einer Sollstellungsinforma-Information in die Speicherzelle 216. Deren Ausgang tion in die 20-Bit-Speicherzelle bzw. den Zähler 214 gehat zwölf als einzelner Leitungsstrang 232 gezeichnete setzt und während des Zeitraums durch Zählimpulse auf Leitungen. Das Bit höchster Wertigkeit auf diesem Lei- der Leitung 2SO verändert. Der Zähler 214 ist ein Vortungsstrang liefert das Vorzeichen bzw. die Richtungs- Rückwärtszähler, dessen Sollstellungs-lnhalt dadurch angabe, welche nach Umkehrung in einer Umkehrstufe 55 aktualisiert wird, daß der numerisch gesteuerte Oszilla-234 auf der Leitung 232a auftritt. Das Signal auf dieser tor 210 die Geschwindigkeitscodierung auf dem Lei-Leitung 232a mit dem Bit höchster Wertigkeit steuert tungsstrang 232 und die Zeitgabe über Leitung 220 von das Vorzeichen des Steuerkreises Cwährend des betref- der Systemsteuereinrichtung 200 empfängt. Geschwinfenden Zeitraums und läuft in den üblichen β 1-An- digkeitscodierung und Zeitgabe bestimmen die schluß des Wandlers 240 ein. Dieser Anschluß ist be- en Impulsfolgefrequenz auf der Leitung 250. Feste Zeitga· kenntlich ein Vorzeichen- oder Richtungsanschluß für be vorausgesetzt, verändern sich die Impulse auf der das auf die Leitung 22 gelangende Analogsignal. Bei Leitung 250 proportional zur Änderung der Geschwin-Verwendung der 2er-Ergänzungs-Codierung hat das Bit digkeit. Eine Veränderung der Zeitgabefrequenz auf der höchster Wertigkeit einen Betrag, der festlegt, ob die Leitung 220 findcl nur statt, um die Dauer des bcireffen-Zahl positiv oder negativ ist. Eine negative Geschwin- b5 den Zeilraums zu verändern.

digkeit gibt an, daß der Motor M in dem ein Drehsinn Die Zählrichtung des Zählers 214 wird durch das Vorläuft, wogegen eine positive Geschwindigkeit angibt, zeichensigna! auf der Leitung 232it gesteuert, wie zuvor daß der Motor M in entgegengesetzter Richtung laufen beschrieben. Infolgedessen wird die Zählrichtung durch

Impulse auf der Leitung 250 während eines gerade ablaufenden Zeitraums durch das Vorzeichen der Geschwindigkeitscodierung gesteuert Hat diese das eine Vorzeichen, so zählt der Zähler 214 in einer Richtung; hat die Geschwindigkeit das entgegengesetzte Vorzeichen, so zählt auch der Zähler 214 entgegengesetzt Letzterer kann daher die Sollstellung vom Anfang bis zum Ende eines Zeitraums festlegen, in dem die Geschwindigkeitscodierung konstant bleibt Dadurch wird die Tatsache berücksichtigt, daß sich während eines Zeitraums mit festem Geschwindigkeits-Steuer-Analogsignal die Stellung des Motors M ändert, wobei der Digitalinhalt in dem Zähler 214 entsprechend abgeändert wird. Beim Anlauf wird der Zähler 214 mit der Sollstellungsinformation für den Betrieb des Servopositioniersystems A besetzt Dies ist ein 2er-Ergänzungs-Codierungssignal, das zu Beginn eines Steuerzyklus des Systems A in den Zähler 214 eingegeben wird. Eine Digitaldarstellung der Iststellung des Ausgangsteils L wird in der Iststellungszelle bzw. dem Zähler 212 gespeichert, der ein 20-Bii-Register sein kann. Dessen Ausgang steuert den Zustand auf zwanzig Leitungen, die als einzelner Leitungsstrang 34 gezeichnet sind. Die entsprechenden Bits werden mit zwanzig Bits auf dem zugeordneten Leitungsstrang 32 von der Sollstellungszelle bzw. dem Zähler 214 verglichen. Zum Vergleich von je zwei Schaltungszuständen dient eine Vorrichtung, die als Addierer 30a dargestellt ist Zu einem ausgewählten Zeitpunkt während der Bewegung des Ausgangsteils L liefert der Codierer E einen Schrittimpuls, mit dem die Relativsteliung der Bauteile zu Beginn eines Steuerzyklus festgelegt wird. Auf diese Weise kann beim Anlauf des Sysjams A die Sollstellung richtig gegenüber einer vorhandenen Iststellung gewählt werden.

Der Codierer E liefert außerdem einen phasengleichen Impuls ENCI auf eine Leitung 36a sowie einen Rechteckimpuls ENCQ auf eine Leitung 366. Von der ferngesteuerten Vorrichtung B laufen diese beiden Leitungen zu einem im Steuerkreis C befindlichen Decodierer 290. Er bestimmt die Beziehung zwischen Codierimpulsen, wodurch die Bewegungsrichtung des Ausgangsteils L durch den Motor M festgelegt wird, wie schematisch in Fig. 10 angedeutet ist Der Decodierer 290 erzeugt auch Impulse für jeden Bewegungsschritt, die, falls gewünscht, die Impulse auf der Leitung 36a sein können. In einem gegebenen Zeitraum wird die Istbewegungsrichtung durch das auf der Ausgangsleitung 292 stehende Signal bestimmt. Diese Leitung steht mit dem Richtungsanschluß des Zählers 212 in Verbindung. Die Impulse laufen dann Ober den Zählanschluß C des Zählers 212 vom Decodierer 290 über die Leitung 294. Entsprechend der Istbewegungsrichtung des Ausgangsteils L gegenüber einem vorgegebenen festen Bezugspunkt wird also der Zähler 212 vor- oder rückgestellt. Dem Steuerkreis C werden die Signale des Codierers über Treibstufen 295 zugeführt.

Die Iststellung des Ausgangsteils L bzw. des Motors M wird mit dem Digitalinhalt des Zählers 214 verglichen, um auf zwanzig Leitungen, die als einzelner Leitungsstrang 296 gezeichnet sind, die algebraische Differenz anzugeben. Die Codierung auf diesen Leitungen gibt die Stellungsabweichung (Fehler) an. Der Schaltungszustand auf den Leitungen 296 wird durch einen üblichen 20-Bit-Digitalbegrenzer 300' in eine codierte 12-Bit-Darstellung des Differenzbetrages zwischen den digital in den Zählers 214 bzw. 212 eingespeicherten Soll- und Iststellungen. Diese 12-Bit-Differerizinformation wird auf zwölf Leitungen abgegeben, die als einzelner Leitungsstrang 301' gezeichnet sind. Das Bit höchster Wertigkeit in der Differenzcodierung wird dem B !-Anschluß des Digital-Analog-Wandlers306 in Form von zwölf 2er-Ergänzungs-Bits zugeführt Dieser Wandler bildet den Ausgang des Differenzkreises 30 (F i g. 1), Er erzeugt auf der Leitung 24 ein Analogsignal, dessen Betrag und Vorzeichen dem Unterschied zwischen Soll- und Iststellung des Motors M an der ferngesteuerten Vorrichtung B entspricht

to In F i g. 9 ist ein vereinfachtes Flußdiagramm gezeichnet um den allgemeinen Betriebsablauf des Servopositioniersystems A zu veranschaulichen. Bei Zyklusbeginn wird die Iststellung gegenüber dem vom Codierer E bereitgestellten Bezugspunkt festgelegt Sodann wird

is die Sollstellung für den ersten Zeitraum gewählt und in die Zelle 255 (Fig. 8A) eingegeben. Der auf der Leitung 214a ankommende Impuls setzt anschließend dij Sollstellung in 2er-Ergänzungs-Codierung in dem Zähler 214 und ein Impuls auf der Leitung 212a löscht den Zähler 212. Hierdurch wird ein Anfangspunkt für den Zykiüsbeginn so festgelegt, daß Soüsieüungs- und iststellungszelle durch 2er-Ergänzungen korreliert werden und an der Ausgangsleitung 24 des Differenzkreises 30 praktisch die Differenz 0 steht. Sodann steuert das System A den Steuerkreis Cdurch die Zeiträume hindurch, von denen jeder eine Anordnung liefert um eine Geschwindigkeitscodierung aus dem Datenspeicher 100 zu entnehmen und in die Geschwindigkeits-Speicherzelle 216 einzugeben, während die Verstärkungs- und Zeitgabe-lnformation gleichzeitig abgetastet und in die Speicherzelle 224 eingegeben wird, weiche die Zeitraum-Parameter der Systemsteuereinrichtung 200 steuert Nach Ablauf eines ausgewählten Zeitraums rückt die Information für den nächsten Zeitraum weiter. Wenn eine vorgegebene Anzahl von Zeiträumen vorbei ist, wird der Zyklus des Systems A angehalten.

Wie erwähnt, kann jede beliebige Anzahl von Digitalschaltungen verwendet werden, um ein Analog-Differenzsignal zu erzeugen, das dem Unterschied zwischen der von einem Codierer festgelegten Iststellung und der von einem Zähler bestimmten Sollsteliung entspricht, welch letzterer während eines Zeitraums bzw. -rahmens durch den Betrag der gleichzeitig benutzten Geschwindigkeit aktualisiert wird. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird für den Zähler 214 die 2er-Ergänzungs-Codierung verwendet, so daß ein Addierer 30a dazu eingesetzt werden kann, das Differenzsignal zu erzeugen. Aufgrund dieser Anordnung kann der numerisch gesteuerte Oszillator 210 fiv die Steuerung der Impulsfolgefrequenz auf der Leitung 250 so ausgebildet sein, wie das in F i g. 11 schematisch veranschaulicht ist. Man erkennt, daß die Aktualisierungsleitung 250 Zählimpulse für das Vor- und für das Rückwärtszählen des Zählers 214 führt. Eine beispielsweise aus drei Netzwerken bestehende Schaltungskaskade 260 ist mit einer Übertragleitung 262 an einen Eingang eines Exklusiv-ODER-Gatters 264 angeschlossen, das einen Ausgang 266 hat. 4er-Zwischenspeicher 270, 272, 274 führen die Ausgangssumme der Schaltungskaskade 260 zurück zu deren B-Anschlüssen, so daß ein Zeitgabe-Impuls aus dem Zeitgeber 220 auf der Leitung 262 zu einem Überlauf führt, und zwar mit einer durch die Codierung auf dem Leitungsstrang 2326 bestimmten Geschwindigkeit bzw. Frequenz. Dieser Leitungsstrang

hi führt die Geschwindigkeitscodierung mit dem Bit höchster Wertigkeit, das den Schaltzustand auf der Leitung 232a steuert. Während jedes Zeitgabe-Zyklus bleibt die Summe jedes Summiernetzwerks an den B-Anschlüssen

je eines Zwischenspeichers verriegelt, so daß die Summiemetzwerke hochzählen, bis ein Zählungs-Oberiauf stattfindet Je größer — binär gesehen — die Anfangszahl ist, desto höher ist die Impulsfolgefrequenz am Übertragungsanschluß C* zur Ausgangsleitung 262. Deren Schaltzustand wird mit jenem der Leitung 232a im Gatter 264 vereinigt, um dessen Ausgang 266 zu steuern. Er öffnet und schließt das NAND-Gatter 280, welches die Ausgangsimpulse für die Leitung 250 liefert Fig. 11 zeigt dieses allgemeine Schema zur Steuerung des Stellungs-Abweichungssignals durch die fortlaufend aktualisierte Sollstellungszelle 214. Man erkennt daß die Stellungsabweichung auf der Leitung 24 dort ein Analogsignal erzeugt, das während eines gegebenen Zeitraums bzw. -rahmens zu einem festen Analogsignal is addiert wird. Dadurch wird auf der Leitung 12 ein moduliertes Steuer-Bezugssignal erzeugt mit dem während des betreffenden Zeitraums die Senkvorrichtung B ferngesteuert wird.

In Fig. 13 ist der Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform der SystemsteuereinrichiDng 2öö nach der Erfindung veranschaulicht Es kann in der Praxis mehr als einen Sieuerkreis C bedienen. Zur Erzeugung der Zeitgabe-Impulse auf der Leitung 220 für den Oszillator 210 ist ein quarzgesteuerter Oszillator 300 vorgesehen, der Impulse über einen numerisch gesteuerten Oszillator 302 codiert auf eine Reihe von Leitungen gibt, die als einzelner Leitungsstrang 304 gezeichnet sind und die Ausgangsleitungen oder Anschlüsse einer Rückstellzelle 306 bilden. Diese empfängt eine Codierung, welche der Dauer des betreffenden Zeitraums entspricht Die Impulse auf der Leitung 2? werde? durch einen Binärzähler 310 gezählt und ggf. über eine Leitung 312 durch die Rückstellzelle 306 abgeschnitten bzw. beendet Dadurch wird das Ende eines Zeitraums gemeldet der im allgemeinen aus einer festen Anzahl von Impulsen auf der Leitung 220 besteht beispielsweise der Zählung '2048'. Entnimmt nun die Zelle 306 einen Zeitrahmen von anderer Dauer, so wird die Zählung der Impulse auf der Leitung 220 verändert. Wie oben erwähnt, verän- -to dert sich mit der Dauer des Zeitrahmes auch das Verstärkungssignal auf der Leitung 222. Dies geschieht in der Praxis durch einen Digital-Analog-Wandler 314 der zuvor beschriebenen Art. Der während eines ausgewählten Zeitraums in der Rückstellzelle 306 stehende Code steuert das Verstärkungssignal 222 zu dem erwähnten Zweck. Außerdem erzeugt der Zähler 310 auf der Leitung 316 ein Signal, das dem Steuerkreis C den Ablauf eines Zeitraums anzeigt. Wird die Zeitraum-Dauer verändert, so geht das gesteuerte Gerät mit einer von der Systemsteuereinrichtung 200 ausgewählten Änderungsgeschwindigkeit in eine Stellung über, die von dem in der Speicherzelle 216 stehenden Geschwindigkeitswort bestimmt ist Der Profil-Aufbau bleibt daher während des Zeitraums gleich. Für eine solche Zeitrahmen-Änderungsinformation können erfindungsgemäß auch andere Steuergeräte und Anordnungen benutzt werden.

Das in den Fig. I, 8A und 8B gezeigte Servopositioniersystem A eröffnet die Möglichkeit, einen Geschwin- so digkeitsfehler auszugleichen. Wie bei Servosteuerungen an sich bekannt, liefert das Servo-Dämpftachometer T ein Rückkopplungssignal, das einen Geschwindigkeits-Schleppfchler einführen kann. Während eines gegebenen Zeitraums ist das Signal der Leitung 22 auf konMan- w lern Pegel. Es bildet einen Schatzwert für die zeitliche Bewegungsänderung, um das entsprechende Fchlcrsignal auf der Leitung 14 vom Tachometer auszugleichen.

Das in den Fig. 1, 8A und 8B dargestellte System benutzt also das Geschwindigkeits-Schätzsignal des Wandlers 240, um eine (schnellansprechende) Breitbandsteuerung für die Geschwindigkeits-Fernsteuerung der Senkvorrichtung B mit einem Digital-Korrektursignal auf der Leitung 24 von geringerer Bandbreite (langsamer ansprechend) zu bewirken. Dank der Breitband-Bewegungsschätzungs-Steuerung des Sigrals auf der Leitung 22 sind im System A Schleppfehler bezüglich Geschwindigkeit Beschleunigung und höheren zeitlichen Differenzierungen auf ein Minimum herabgedrückt

Der in F i g. 11 dargestellte numerisch gesteuerte Oscillator 210 liefert wie Fig. 12 erkennen läßt. Impulse rnit gleichmäßigem Abstand, der entweder beim Aufwärts- oder Abwärtszähien entsprechend der Geschwindigkeitscodierung und dem jeweiligen Zeitrahmen Veränderungen unterliegt An der Schnitt- und Nahtstelle zwischen den einzelnen Zeitrahmen ist der Abstand der Impulse so eingestellt daß der letzte Impuls des vorangehenden Zeitrahmens und der erste Impuls des folgendes Zeitrahmens dicht aufeinanderfolgen. Da ferner eine Rückstellung auf der Leitung 210a nur zu Beginn einer Folge stattfindet wenn nur ein Teil-Zeitrahmen zur Verfügung steht bzw. verarbeitet wird, hält der Oszillator 210 die Teilzählung bzw. -phase zur späteren Vervollständigung fest Dank dieser Eigenschaft der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist Phasenkohärenz von Zeitrahmen zu Zeitrahmen sichergestellt Beim Ablauf einer gegebenen Folge kann daher der Zeitraum bzw. -rahmen verändert werden, etwa um die Belichtungszeit einer Kamera bei Annäherung an den Aufnahmegegenstand zu verändern, wenn das Servopositioniersystem A zu Filmzwecken eingesetzt wird.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrisches Servopositioniersystein mit unterlagerter Geschwindigkeitsregelung für ein bewegliches Ausgangsteil, mit einem System zum Erzeugen eines Geschwindigkeits-Sollsignals, dadurchgekennzeichnet, daß ein Generator für ein erstes festes Analogsignal vorhanden ist, das einer bekannten, in Form eines Binärcodes vorliegenden Ge- to schwindigkeit des beweglichen Ausgangsteils (L) während eines vorbestimmten Zeitraums entspricht, daß ein zeitbezogenes Sollstellungsprofil während dieses Zeitraums erzeugbar ist, daß im gleichen Zeitraum das zeitbezogene Iststellungsprofil des beweg-Hchen Ausgangsteils (L) abtastbar ist, daß ein zweites Analogsignal erzeugbar ist, das zu einer Anzahl von Zeitpunkten während des vorbestimmten Zeitraums allgemein der algebraischen Differenz zwischen den.z^itbezogenen Soll- und Iststellungsprofilen proportional ist. und daß in Abhängigkeit von den beiden Analogsignalen das Geschwindigkeits-Sollsignal herstellbar ist

2. System nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (200, 220) vorhanden sind, mittels deren aufeinanderfolgende vorbestimmte Zeiträume einteil- oder festlegbar sind und das feste Analogsignal in jedem dieser Zeiträume veränderbar ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator für das erste Analogsignal eine Speicherzelle (216), in der ein der bekannten, all Binärcode vorliegenden Geschwindigkeit bzw. dem Bewegung jausmaß im vorbestimmten Zeitraum entsprechender Werv insbesondere eine Digitalzahl einspeichertraHsCsowie einen Digital-Analog-Wandler (240) aufweist, mit dem der Wert bzw. die Digitalzahl in das erste Analogsignal umsetzbar ist.

4. System nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des zeitbezogenen Sollstellungsprofils ein Vor-Rückwärts-Zähler vorgesehen ist, der während des vorbestimmten Zeitraums mit einer durch die bekannte Geschwindigkeit bedingten Frequenz periodisch hinauf- oder herunterrückbar ist.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abtasten des zeitbezogenen Iststellungsprofils ein weiterer Vor-Rückwärts-Zähler vorgesehen ist, der während des vorbestimmten Zeitraumes entsprechend der Richtungs- und Stellungsänderung des beweglichen Ausgangsteiis (L) periodisch hinauf- oder herunterrückbar ist.

6. System nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen des zweiten Analogsignals ein von den beiden Zählern (212, 214) gesteuerter Digitalkomparator (30a) sowie eine Einrichtung (30, 300') zum Erzeugen eines digitalen Differenzsignals vorgesehen sind, welches in das zweite Analogsignal umwandelbar ist.

7. System nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Speicher (216) für aufeinanderfolgende Digitalwörter vorhanden sind, welche jeweils der Geschwindigkeit in einem der aufeinanderfolgenden Zeiträume entsprechen, und daß während letzteren das erste Signal durch die aufeinanderfolgenden Wörter beeinflußbar ist.

8. System nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das feste Analogsignal während eines gegebenen Zeitraums multiplikativ aus einem Binärcode, der dem Bewegungsausmaß in diesem Zeitraum entspricht, und aus einem Bezugspegel steuerbar ist, welcher der Dauer dieses Zeitraums entspricht, daß bei der Erzeugung des zeitbezogenen Sollstellungsprofils eine Sollstellung in einem Vor-Rückwärts-Zähler (214) gesichert und darin gemäß der bekannten Geschwindigkeit sowie der Frequenz eines Zeitgebers (220) hinauf- oder herunterriickbar ist und daß der Bezugspegel sowie die Frequenz direkt proportional steuerbar sind.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Vorzeichens des festen Analogsignals eine durch wenigstens ein Bit des Binärcodes betätigbare Binärschalteinrichtung (210, 260) dient, mittels deren das Hinauf- oder Herunterrücken des Zählers (214) wählbar ist

10. Elektrisches Servopositioniersystem mit unterlagerter Geschwindigkeitsregelung für ein bewegliches Ausgangsteil, mit einem System zum Erzeugen eines Geschwindigkeits-Sollsignals, dadurch gekennzeichnet, daß ein zeitbezogenes digitales Sollstellungsprofil mit Anfangs- und Endpunkt während eines vorgewähktn gesteuerten Zeitraums erzeugbar ist, daß im gleichen Zeitraum das zeitbezogene Iststellungsprofil des beweglichen Ausgangsteils (L) abtastbar sowie in ein Digitalprofil umsetzbar ist und daß ein zu verschiedenen Zeitpunkten während des vorgewählten Zeitraums allgemein der algebraischen Differenz zwischen den zeitbezogenen SoII- und Iststellungsprofilen proportionales Analogsignal erzeugbar und abhängig von letzterem das Geschwindigkeits-Sollsignal herstellbar ist.

11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen des Sollstellungsprofils ein Digitalzähler (214) und zur Mitgäbe an diesen während des gewählten Zeitraums mit vorgewählter, bekannter Frequenz ein Zeitgeber (220) vorgesehen sind.

12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitgabefrequenz veränderlich ist

13. System nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Digitalzähler (214) ein Taktsignal zuführbar ist, dessen Folgefrequenz veränderbar ist.

14. System nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß wahlweise oder zusätzlich im zeitbezogenen Mittel die Anzahl von dem Digitalzähler (214) zugeführten Taktsignalen veränderbar ist.

15. System nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (200,210,220) vorhanden sind, mittels deren aufeinanderfolgende Zeiträume so einteil- oder festlegbar sind, daß der Anfangspunkt des Sollstellungsprofils in einem Zeitraum jeweils im wesentlichen gleich dem Endpunkt des Sollstellungsprofils im vorhergehenden Zeitraum ist.

16. Elektrisches Servopositioniersystem mit unterlagertcr Geschwindigkeitsregelung für ein bewegliches Ausgangsteil, mit einem System zum Erzeugen eines Geschwindigkeits-Sollsignals, dadurch gekennzeichnet, daß das System während einer aus einzelnen gesteuerten Zeiträumen zusammengesetzten Periode betreibbar ist und einen abhäneie

von einem Binärcode arbeitenden Generator für ein erstes festes Analogsignal aufweist, das einer festen Geschwindigkeit des beweglichen Ausgangsteils während eines vorgewählten gesteuerten Zeitraums entspricht, daß während dieses Zeitraums ein zeitbezogenes Sollstellungsprofil in digitaler Form erzeugbar ist, daß im gleichen Zeitraum das zeitbezogene Iststellungsprofil des beweglichen Ausgangsteils (L) abtastbar und in digitaler Darstellung erzeugbar ist, daß ferner ein zweites Analogsignal erzeugbar ist, das zu verschiedenen Zeitpunkten während des vorgewählten Zeitraums allgemein der algebraischen Differenz zwischen den zeitbezogenen digitalen Soll- und Iststellungsprofilen proportional ist, daß in Abhängigkeit von den beiden Analogsignalen das Geschwindigkeits-Sollsignal herstellbar ist und daß der Binärcode in aufeinanderfolgenden Zeiträumen der Periode veränderbar ist

17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das zeitbezogene digitale Sollstellungsprofil in algebraischer Hinsicht und allgemeiner Frequenz je nach Vorzeichen beziehungsweise Betrag des festen Digitalsignals veränderbar ist.

18. Elektrisches Servopositioniersystem mit unterlagerter Geschwindigkeitsregelung für ein bewegliches Ausgangsteii, mit einem System zum Erzeugen eines Geschwindigkeits-Sollsignals, dadurch gekennzeichnet, daß eine Folge von Digitalsignalen erzeugbar ist, deren Codierung der Sollgeschwindigkeit des beweglichen Ausgangsteils (L) während eines vorgewählten Zeitraums entspricht und von denen in jedem der aufeinanderfolgenden Zeiträume jeweils eines speicherbar ist, daß in einem gegebenen Zeitraum ein dem Produkt aus dem gespeicherten Signal und der Dauer des Zeitraums entsprechendes Analogsignal erzeugbar ist, daß abhängig von letzterem in jedem der Zeiträume das Geschwindigkeits-Sollsignal herstellbar ist, und daß dieses abhängig vom Momentanunterschied zwischen Ir- und Sollstellung des beweglichen Ausgangsteils (L) zu ausgewählten Zeitpunkten innerhalb des Zeitraums veränderbar ist.