DE69737528T2

DE69737528T2 - Fernsteuerungssystem zur Fernmanipulation und Fernsteuerungsanordnung, die diesen verwendt

Info

Publication number: DE69737528T2
Application number: DE69737528T
Authority: DE
Inventors: Gerhard Johan Wierda
Original assignee: MOOG FCS BV
Current assignee: MOOG FCS BV
Priority date: 1997-12-17
Filing date: 1997-12-17
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2017-12-18
Also published as: JP3980206B2; DE69737528D1; US6028409A; ATE357998T1; EP0925884B1; EP0925884A1; JPH11254353A

Description

Die Erfindung betrifft ein Fernsteuerungssystem wie im Oberbegriff von Anspruch 1 definiert.
Ein solches System ist aus der Vorveröffentlichung EP 0 440 202 A2 bekannt. Bei diesem System nach dem Stand der Technik umfasst die erste Schaltung des Weiteren einen ersten Positionsmessgeber, der die Position der ersten manuellen Steuereinrichtung misst, und einen ersten Positionsregler, der das erste Positionsmesssignal von diesem Messgeber erhält. Die zweite Schaltung umfasst des Weiteren einen zweiten Positionsmessgeber, der die Position der zweiten manuellen Steuereinrichtung misst, und einen zweiten Positionsregler, der das zweite Positionsmesssignal von diesem zweiten Messgeber erhält. Der erste Positionsregler erhält ebenfalls das zweite Positionsmesssignal und erzeugt ein erstes Positionsfehlersignal, das mit dem ersten Kraftdifferenzsignal zum ersten Stellgliedsteuerungssignal kombiniert wird. Der zweite Positionsregler erhält ebenfalls das erste Positionsmesssignal und erzeugt ein zweites Positionsfehlersignal, das mit dem zweiten Kraftdifferenzsignal zum zweiten Stellgliedsteuerungssignal kombiniert wird.
In dieser Vorveröffentlichung wird darauf hingewiesen, dass es "beim symmetrischen System bei der Bewegung des Hauptelements eine Tendenz zu einer Hemmung oder einem Widerstand gibt, auch wenn das Nebenelement nicht in Kontakt mit einem Objekt ist oder ein solches nicht bewegt". Und "zur Vermeidung einer Instabilität, wenn sich das Nebenverbindungsstück in Kontakt mit einem Objekt oder Widerstand befindet" wird eine Kraft-Zeit-Differentiation und ein nicht-lineares Erfassungselement zum Steuerungsschema hinzugefügt. Eine Kraft-Zeit-Differentiation ist jedoch gegenüber einem Hochfrequenzrauschen sehr empfindlich, da sie die höheren Rauschfrequenzen im Kraftsensorsignal verstärkt. Eine Rauschfilterung des Signals wird die gewünschten Ergebnisse nicht erzielen, da sie der Wirkung der Differentiation entgegenwirkt und zudem zu einer Zeitverzögerung führt. Dieses System nach dem Stand der Technik berücksichtigt nicht die Massen, auf die die Stellglieder einwirken und ist daher nicht geeignet, dem Bediener der ersten manuellen Steuereinrichtung exakt die gleiche Empfindung zu vermitteln wie wenn der Bediener die zweite manuelle Steuereinrichtung bedienen würde und umgekehrt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es jetzt, die vorstehend beschriebenen Nachteile zu überwinden und ein symmetrisches Steuerungssytem bereitzustellen, wobei der "Fern"-Bediener eines Objekts die gleichen Empfindungen erfährt wie wenn der Bediener das Objekt direkt bedienen würde. Durch die beiden Manipulatoren des Systems, wobei einer durch die Bedienperson und der andere zur Fernsteuerung der Objekte verwendet wird und die beiden Manipulatoren so wirken, als wenn sie durch eine Verbindung mit praktisch unendlicher Starrheit verbunden wären, wird eine sehr präzise Steuerung des Fernmanipulators ermöglicht, so dass die Bedienperson die Empfindung erfährt, als ob sie tatsächlich den Fernmanipulator über das Verbindungsstück mit simulierter unendlicher Starrheit bediente.
In Übereinstimmung mit dieser Aufgabe stellt die Erfindung jetzt ein System von der Art bereit, die im Oberbegriff beschrieben ist, mit den Merkmalen, wie im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 erläutert.
Durch das erfindungsgemäße Steuerungsschema werden die vorstehend erwähnten Instabilitätsprobleme vermieden, indem man beiden Manipulatoren die Newtonschen Bewegungsgesetze eines sich ideal bewegenden trägen Körpers aufzwingt. Wenn beide Manipulatoren als Ergebnis eines Kraftunterschieds dasselbe bewegen, wird dadurch den Bedienern die gleiche Empfindung vermittelt wie wenn sie mit unendlicher Starrheit verbunden wären. Sowohl der "Master" als auch der "Slave" bewegen sich gleich, was bedeutet, dass im Gegensatz zu den Steuerungssystemen nach dem Stand der Technik das Steuerungssystem symmetrisch bleibt. Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass die Position der Massen berücksichtigt wird.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
1 zeigt ein System mit zwei Massen, die physikalisch verbunden sind.
2 zeigt ein gleichwertiges Modell des Systems in 1.
3 zeigt zwei grundlegende auf Kräfte ansprechende Systeme, die nicht verbunden sind.
4 zeigt die Situation, in denen beide Systeme so wirken, als wenn sie verbunden wären.
5 zeigt eine Ausführungsform des Modellfolgers, der im erfindungsgemäßen System Verwendung findet.
6 zeigt eine höher entwickelte Ausführungsform des Modellfolgers, der im erfindungsgemäßen System Verwendung findet.
7 zeigt ein allgemeines Diagramm eines erfindungsgemäßen Systems.
8 zeigt eine detaillierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems.
9 zeigt eine weitere detaillierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems.
10 zeigt eine weitere detaillierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems.
Zur Erklärung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Systems wird zuerst auf 1 hingewiesen, die zwei Massen M1 und M2 zeigt, die über die physikalische Verbindung C mit einer angenommen unendlichen Starrheit und der Masse null verbunden sind. Eine Kraft F1, die auf Masse M1 wirkt, wird zum Beispiel durch die Hand des Bedieners angewandt, während Kraft F2, die auf Masse M2 wirkt, zum Beispiel durch ein Objekt angewandt wird. Wegen der unendlichen Starrheit der Kupplung C können die beiden Massen konzentriert werden, wie es im gleichwertigen Modell dieses System gemacht wird, gezeigt in 2. Die Bilanz der beiden Kräfte F1 und F2 wirkt auf die simulierten konzentrierten Massen 1/(M1 + M2), wobei dadurch eine Beschleunigung A erzeugt wird.
Über einen Integrator (1/S) erhält man die Geschwindigkeit V und durch einen weiteren Integrator (1/S) erhält man die Position P der kombinierten Massen.
Gibt es keine physikalische Verbindung C in 1, dann zeigt 1 tatsächlich zwei komplett unabhängige Systeme, ein erstes System, bei dem eine Kraft F1 auf die Masse M1 wirkt, und ein zweites System, bei dem eine Kraft F2 auf eine Masse M2 wirkt. Das Äquivalent davon ist in 3 gezeigt.
In 3 wirkt die Kraft F1 auf eine erste Masse (dargestellt durch 1/M1), was eine Beschleunigung A1 ergibt. Durch Integrieren (1/S) der Beschleunigung A1 in einem Integrator 2 wird die Geschwindigkeit V1 und durch weitere Integration (1/S) in einem Integrator 4 die Position P1 erhalten. Beim zweiten System in 3 wirkt die Kraft F2 auf die zweite Masse (dargestellt durch 1/M2), was eine Beschleunigung A2 ergibt. Integrieren (1/S) der Beschleunigung A2 im Integrator 6 ergibt eine Geschwindigkeit V2 und Integrieren der Geschwindigkeit V2 in einem weiteren Integrator 8 stellt ergibt die Position P2.
In Übereinstimmung mit der Erfindung ist nun entsprechend der in 3 gezeigten Anordnung die in 4 gezeigte Anordnung ausgestaltet. Wie in 3 umfasst das in 4 gezeigte System zwei Subsysteme. Das erste Subsystem umfasst die konzentrierten Massen 10, dargestellt durch 1/(M1 real + M2 simuliert), sowie zwei Integratoren 12 und 14. In einem Knotenpunkt 16 wird die Summe der tatsächlich angewandten Kraft F1 und gemessenen Kraft F2 bestimmt und das resultierende Kraftsummensignal wirkt auf die Masse 10. Als Ergebnis davon wird die Masse 10 eine Beschleunigung Acc erfahren, die über eine Integration im Integrator 12 in eine Geschwindigkeit Vel umgewandelt werden kann und über eine weitere Integration im Integrator 14 ergibt sich die Position Pos.
Auf gleiche Weise umfasst das zweite Subsystem in 4 die konzentrierte Masse 20, dargestellt durch 1/(M1 simuliert + M2 real), sowie die beiden Integratoren 22 und 24. In einem Knotenpunkt 26 wird die Summe der simulierten Kraft F1 und der tatsächlich angewandten Kraft F2 bestimmt und das resultierende Kraftsummensignal wirkt auf Masse 20, was eine Beschleunigung Acc' ergibt. Durch zweimaliges Integrieren in den Integratoren 22 und 24 werden die Geschwindigkeit Vel' und die Position Pos' erhalten.
Nimmt man an, dass in 4
M1 simuliert = M1 real,
M2 simuliert = M2 real,
F1 simuliert = F1 angewandt,
F2 simuliert = F2 angewandt,
dann ist Acc = Acc', Vel = Vel' und Pos = Pos'.
In diesem Fall ist die durch eine Bedienperson erfahrene, über die manuelle Steuereinrichtung auf das eine Stellglied wirkende, resultierende Empfindung dieselbe wie wenn die Bedienperson tatsächlich auf das Objekt einwirkte, das durch das andere Stellglied bedient wird. Die Bedienperson empfindet die Dynamik der Masse M1 und die Dynamik der Masse M2 so, als wären sie durch eine unendlich starre Verbindung der Masse null wie in 2 verbunden. Umgekehrt "empfindet" das Objekt die angewandte Kraft so, als wären beide Massen durch eine unendlich starre Verbindung der Masse null verbunden.
Das System in 4 beruht auf der Anwendung simulierter Kräfte. Für eine Simulation müssen die Massen mit einem elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Stellglied, wie in 5 beschrieben, verbunden sein. Der in Figur gezeigte Modellfolger ermöglicht die Simulation der Dynamik einer reinen Masse. Das Stellglied 30 wirkt auf die Masse 31. Die Masse 31 in 5 (zum Beispiel ein sich drehendes elektrisches Stellglied) ist mit einem Ausgabearm 32 ausgestattet, mit dessen Hilfe der Betrieb (in diesem Fall ausschließlich der lineare Betrieb) ausgeführt werden kann. Zwischen Arm 32 und der Masse 31 ist ein Kraftmessgeber 34 zur Messung der Kraft Fa eingebaut, die durch die Bedienperson auf den Betätigungsarm 32 ausgeübt wird. Des Weiteren ist das Stellglied 30 mit einem Tachometer 36 oder einem anderen Geschwindigkeitsfühler zur Messung der Geschwindigkeit Vm verbunden, mit der die sich Masse und damit der Betätigungsarm momentan bewegt. Anstelle eines Tachometers, der die Geschwindigkeit direkt misst, lässt sich die Geschwindigkeit indirekt durch Integrieren der Beschleunigung oder durch Differentiation der Position des Stellglieds 30 bestimmen.
Sobald die Kraft Fa manuell auf den Betätigungsarm 32 angewandt wird, erzeugt der Kraftsensor 34 ein Signal Fm, das die gemessene Kraft repräsentiert, und gibt dieses Signal an ein Modellfolgeregelungssystem 38. Das Modellfolgeregelungssystem 38 enthält ein Modell der gewünschten Dynamik, in diesem Fall ein Modell der Masse M. Das Signal Fm wird durch diese Masse dividiert, um ein Beschleunigungsbefehlssignal Ac zu erhalten. Dieses Beschleunigungsbefehlssignal Ac wird über die Zeit integriert (1/S), was ein Geschwindigkeitsbefehlssignal Vc ergibt.
Wie gezeigt, ist das Stellglied 30 mit einem Tachometer 36 verbunden, der ein Geschwindigkeitsmesssignal Vm bereitstellt, das die tatsächliche Geschwindigkeit anzeigt, mit der sich die Masse 31 und damit der Arm 32 gerade bewegt.
Sowohl das Geschwindigkeitsbefehlssignal Vc als auch das Geschwindigkeitsmesssignal Vm werden im Komparator 40 miteinander verglichen, und das resultierende Geschwindigkeitsfehlersignal wird an die Stellgliedsteuerungsschaltung gegeben, umfassend den Regler 42 und einen Verstärker 44, der das Stellgliedsteuerungssignal über den Ausgang an das Stellglied 30 ausgibt. Sind der Regler 42, der Verstärker 44 und das Stellglied 30 richtig gewählt, so werden die Masse 31 und damit der Arm 32 so beschleunigt, dass er die befohlene Geschwindigkeit erhält. Es ist klar, dass das Funktionieren dieses Modellfolgers offensichtlich sowohl von der angewandten Kraft als auch der Masse M abhängt, die die gewünschte Dynamik innerhalb des Reglers 38 darstellen. Bevorzugt, aber nicht notwendigerweise handelt es sich beim Regler 42 um einen Pl-Regler.
Zur Vermeidung etwaiger Unsicherheit bezüglich der Position des Arms 32 ist es bevorzugt, die in 6 gezeigte, weiter entwickelte Ausführungsform anzuwenden. Alle Komponenten, die auch in der Ausführungsform in 5 vorhanden sind, sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Bei 6 ist ein Positionssensor 46 hinzugefügt, durch den ein Positionsmesssignal Pm bereitgestellt wird. Des Weiteren weist das Modellfolgeregelungssystem 38' zu Korrekturzwecken einige Zusätze auf, wie nachfolgend erklärt werden soll.
In dem Modellfolgeregelungssystem 38' wird das Kraftmesssignal Fm zuallererst in ein Beschleunigungsbefehlssignal Ac und danach in ein Geschwindigkeitsbefehlssignal Vc umgewandelt, wobei auf die gleiche Weise wie bei 5 vorgegangen wird. Anschließend wird das Geschwindigkeitsbefehlssignal Vc erneut über die Zeit integriert, was ein Positionsbefehlssignal Pc ergibt. Dieses Signal Pc wird im Komparator 48 mit dem Positionsmesssignal Pm verglichen, wobei ein Positionsfehlersignal resultiert, das nach Abschwächung oder Verstärkung durch Kp an den Knotenpunkt 50 ausgegeben wird. Im Knotenpunkt 50 wird das Geschwindigkeitsbefehlssignal Vc durch das Positionsfehlersignal korrigiert. Dies gleicht jede mögliche Verschiebung wirksam aus.
Zum Ausgleich der begrenzten Bandbreite des Stellglieds 30 kann eine Phasenvoreilung nach Abschwächung oder Verstärkung durch Ka durch Hinzufügen des Beschleunigungsbefehlssignals Ac zur befohlenen Geschwindigkeit Vc – ebenfalls im Knotenpunkt 50 – erhalten werden. Schließlich wird, wie bei 5, das (nun korrigierte) Geschwindigkeitsbefehlssignal Vc im Komparator 40 mit dem Geschwindigkeitsmesssignal verglichen, und das resultierende Geschwindigkeitsfehlersignal wird über den Regler 42 und Verstärker 44 zur Steuerung des Stellglieds 30 verwendet.
Wird das schematische Diagramm in 4 mit einem Modellfolger wie in 5, oder mehr bevorzugt wie in 6 gezeigt, kombiniert, so erhält man das schematische Diagramm der 7. Dieses Diagramm zeigt zwei Subsysteme, die über Kreuz verbunden sind. Das erste Subsystem umfasst das Modellfolge regelungssystem 60a, den Verstärker 62a, die Masse 64a, den Kraftsensor 66a, sowie einen Knotenpunkt 68a. Das zweite Subsystem umfasst das Modellfolgeregelungssystem 60b, den Verstärker 62b, die Masse 64b, den Kraftsensor 66b, sowie einen Knotenpunkt 68b. Die auf die Masse 64a angewandte Kraft Fa wird durch den Kraftsensor 66a gemessen. Das Messsignal Fam wird sowohl auf den Knotenpunkt 68a als auch auf den Knotenpunkt 68b angewandt. Die auf die Masse 64b wirkende Kraft Fb wird durch Kraftsensor 66b gemessen. Das Messsignal Fbm wird sowohl auf den Knotenpunkt 68a als auch auf den Knotenpunkt 68b angewandt. Eine detailliertere Ausführungsform des in 7 gezeigten schematischen Diagramms ist in 8 gezeigt. Bei 8 wird der in 5 gezeigte Modellfolger zweimal angewandt. Die simulierten Massen in den beiden Modellfolgeregelungssystemen 38a und 38b werden auf M1 + M2 festgesetzt. In 8 sind alle Komponenten, die bereits aus 5 bekannt sind, mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet, gefolgt von entweder "a" für das erste Subsystem oder "b" für das zweite Subsystem. Das durch den Kraftmessgeber 34a gemessene Kraftmesssignal Fam wird zusammen mit dem vom Kraftmessgeber 34 bereitgestellten Kraftmesssignal Fbm auf den Knotenpunkt 70a angewandt. Beide Kraftmesssignale werden auch an den Knotenpunkt 70b gegeben. Die Ausgangssignale von beiden Knotenpunkten 70a und 70b werden an das Modellfolgeregelungssystem 38a beziehungsweise 38b weitergegeben.
Wendet der Bediener eine Kraft Fa auf den mit der Masse M1 (31a) verbundenen Kraftsensor 34a an, dann werden beide Stellglieder 30a und 30b sowie deren verbundene Massen 31a und 31b (M1 und M2) mit Fa/(M1 + M2) beschleunigt, so dass die befohlene Geschwindigkeit erhalten wird. Die Bedienperson empfindet die über eine unendlich starre Verbindung der Masse null verbundenen M1 + M2.
Wie bereits gesagt, ist es bevorzugt, den in 6 gezeigten Massenfolger zu verwenden. Eine Zweifachschaltung auf Grundlage der 7, wobei die Folgeschaltung der 6 zweimal angewandt wird, ist in 9 beschrieben. Die verschiedenen Komponenten, die zu den beiden in 9 verdeutlichten Sub systemen gehören, sind mit den gleichen Bezugsziffern wie in 6 gekennzeichnet, wobei diese Ziffern für das erste Subsystem von einem "c" und für das zweite Subsystem von einem "d" gefolgt werden. Eine ausführliche Diskussion zur Funktionsweise des Gesamtsystems wird als überflüssig erachtet. Um sicherzustellen, das etwaige Komponententoleranzen während des Betriebs nicht zu Positions- oder Geschwindigkeitsfehlern zwischen beiden Subsystemen führen, werden die tatsächlichen Positionssignale Pcc vom Subsystem c und Pcd vom Subsystem d im Komparator 72 verglichen, was ein Positionsfehlersignal Pe ergibt. Auf die gleiche Weise werden das Geschwindigkeitssignal Vcc vom Subsystem c und das Geschwindigkeitssignal Vcd vom Subsystem d im Komparator 74 verglichen, was zu einem Geschwindigkeitsfehlersignal Ve führt. Nach Abschwächung/Verstärkung durch Kc wird das Positionsfehlersignal für den Knotenpunkt 76 bereitgestellt, wo es mit dem Geschwindigkeitsfehlersignal, das schließlich durch Kd verstärkt/abgeschwächt wurde, kombiniert wird. Das resultierende Signal am Ausgang des Knotenpunkts 76 wird als Korrektur an die Knotenpunkte 70c und 70d gegeben. Damit strebt das System nach einer Situation, bei der Ve und Pe null bleiben.
Anstelle der Positions- und Geschwindigkeitsbefehlssignale Pcc, Pcd, Vcc und Vcd können die Positions- und Geschwindigkeitsmesssignale am Ausgang der Sensoren 36c, 36d, 46c, 46d zur Herleitung der Fehlersignale Pc' und Ve' verwendet werden. Diese Ausführungsform ist nicht separat gezeigt.
Bisher wurde angenommen, dass nur die Massen M1 und M2 unterschiedliche Werte haben können, wogegen die Beschleunigung A, die Geschwindigkeit V und die Position P dieser Massen in beiden Subsystemen die gleichen sind. Die Kräfte, Geschwindigkeiten und Positionen können jedoch skaliert werden, um spezielle Effekte zu erhalten. Ein einfaches Beispiel könnte die Implementierung eines mechanischen Getriebes per Software sein, durch das die Kräfte verstärkt werden, während die Position um einen Faktor G, dem Übersetzungsverhältnis, reduziert wird. In diesem Falle könnte der manuell gesteuerte Regler mit dem Nebenstellantrieb über ein unendlich starres virtuelles Getriebe verbunden wer den. Dieses Merkmal kann zum Beispiel verwendet werden, damit der Bediener gefühlvoller wird, wenn er ein empfindliches Fernobjekt bedient oder damit der Bediener stärker wird, wenn er schwere Objekte bedient. Entsprechend der Ausführungsform von 9 ist in 10 ein Beispiel gezeigt.
In 10 ist nur der zentrale Teil der Schaltung von 9 gezeigt. Der Knotenpunkt 70c empfängt das Kraftsignal Fcm sowie das Kraftsignal Fdm, das durch G dividiert wird. Das gedämpfte Signal bildet das Eingangssignal für die Steuerungsschaltung 38c. Der Knotenpunkt 70d empfängt das Kraftsignal Fdm sowie das andere Kraftsignal Fcm, das mit G multipliziert wird. Der Abgleich dieser Signale am Ausgang des Knotenpunkts 70d wird als Eingangssignal für die Steuerungsschaltung 38d verwendet.
Werden wie in 9 ein Geschwindigkeitsfehlersignal Ve und ein Positionsfehlersignal Pe erzeugt, dann ist eine Abwandlung der Schaltung, wie in 10 gezeigt, notwendig. Das Geschwindigkeitssignal Vcc wird, nachdem es mit G multipliziert wurde, an den Knotenpunkt 74 gegeben. Das Geschwindigkeitssignal Vcd wird, nachdem es durch G dividiert wurde, an den Knotenpunkt 74 gegeben. Das resultierende Fehlersignal Ve' wird (nach Abschwächung oder Verstärkung) an beide Knotenpunkte 70c und 70d gegeben.
Das Positionssignal Pcc wird zuerst mit G multipliziert und dann an den Knotenpunkt 72 gegeben. Das Positionssignal Pcd wird durch G dividiert und danach auf den Knotenpunkt 72 angewandt. Das resultierende Fehlersignal Pe' wird (nach Abschwächung oder Verstärkung) an die beiden Knotenpunkte 70c und 70d gegeben.
Es ist anzumerken, dass das vorstehend erwähnte Übersetzungsverhältnis G ein konstanter Faktor oder eine Funktion einer willkürlichen Variable x, ausgedrückt als G(x), oder irgendeine andere Funktion sein kann.
Das vorstehend beschriebene Steuerungssystem spiegelt einen einzigen Freiheitsgrad wider. Im Falle, dass mehrere Freiheitsgrade im Fernmanipulator verwendet werden sollen, kann jedes Gelenk des Fernmanipulators mit dem vorstehend beschriebenen Steuerungssystem ausgerüstet und dann mit den äquivalenten Gelenken einer manuellen Steuerung mit mehreren Freiheitsgraden verbunden werden, die ebenfalls mit dem erfindungsgemäßen Steuerungssystem ausgerüstet ist. In vielen Fällen wird es möglich sein, eine Anzahl Kraftmessgeber so zu verbinden, so dass diese Anzahl kleiner ist als die Zahl der Freiheitsgrade, was zu einer Kostenreduzierung führt.
In diesem Falle wird eine Berechnung durchgeführt, um die Kraft am Gelenk abzuschätzen. Die geschätzten Kräfte werden dann, wie in den 7, 8 beschrieben und gezeigt, über Kreuz verbunden.

Claims

Fernsteuerungssystem, umfassend a) eine erste Schaltung, umfassend: ein erstes Stellglied (30a, 30c), das auf eine erste Masse (M1, 31a, 31c) einwirkt und durch ein erstes Stellgliedsteuerungssignal gesteuert wird; eine erste manuelle Steuereinrichtung (32a, 32c), die mit dem ersten Stellglied (30a, 30c) verbunden ist; einen ersten Kraftmessgeber (34a, 34c), der eine erste Kraft (Fa, Fc) misst, die auf die erste manuelle Steuereinrichtung (32a, 32c) angewandt wird, und der ein erstes Kraftmesssignal (Fma, Fmc) erzeugt; einen ersten Knotenpunkt (70a, 70c), der das erste Kraftmesssignal (Fma, Fmc) sowie ein zweites Kraftmesssignal (Fmb, Fmd) als Eingang erhält und ein erstes Ausgangssignal erzeugt; b) eine zweite Schaltung, umfassend: ein zweites Stellglied (30b, 30d), das auf eine zweite Masse (M2, 31b, 31d) einwirkt und durch ein zweites Stellgliedsteuerungssignal gesteuert wird; eine zweite manuelle Steuereinrichtung (32b, 32d), die mit dem zweiten Stellglied (30b, 30d) verbunden ist; einen zweiten Kraftmessgeber (34b, 34d), der eine zweite Kraft (Fb, Fd) misst, die auf die zweite manuelle Steuereinrichtung (32b, 32d) angewandt wird, und der ein zweites Kraftmesssignal (Fmb, Fmd) erzeugt; einen zweiten Knotenpunkt (70b, 70d), der das Erste Kraftmesssignal Fma, Fmc sowie das zweite Kraftmesssignal (Fmb, Fmd) als Eingang erhält und ein zweites Ausgangssignal erzeugt; dadurch gekennzeichnet, dass a) die erste Schaltung des Weiteren umfasst: einen ersten Geschwindigkeitsmessgeber (36a, 36c), der die Geschwindigkeit der ersten manuellen Steuereinrichtung (32a, 32c) misst, und ein erstes Geschwindigkeitsmesssignal (Vma, Vmc) erzeugt; ein erstes Modellfolgeregelungssystem (38a, 38c), das ein Modell der Dynamik einer bewegten Masse repräsentiert und als Eingang das erste Ausgangssignal erhält, das durch eine simulierte Masse dividiert wird, um ein erstes Beschleunigungsbefehlssignal (Aca, Acc) zu erhalten, das über die Zeit integriert wird, um ein erstes Geschwindigkeitsbefehlssignal (Vca, Vcc) zu erhalten; wobei das erste Modellfolgeregelungssystem (38a, 38c) ein erstes Geschwindigkeitsausgangssignal erzeugt; eine erste Stellgliedsteuerungsschaltung (42a, 44a, 42c, 44c), deren Eingangssignal ein erstes Geschwindigkeitsfehlersignal ist, erhalten durch Vergleich des ersten Geschwindigkeitsausgangssignals und des ersten Geschwindigkeitsmesssignals (Vma, Vmc), und deren Ausgangssignal das erste Stellgliedsteuerungssignal an das erste Stellglied (30a, 30c) ist; b) die zweite Schaltung des Weiteren umfasst: einen zweiten Geschwindigkeitsmessgeber (36b, 36d), der die Geschwindigkeit der zweiten manuellen Steuereinrichtung (32b, 32d) misst und ein zweites Geschwindigkeitsmesssignal (Vmb, Vmd) erzeugt; ein zweites Modellfolgeregelungssystem (38b, 38d), das ein Modell der Dynamik einer bewegten Masse repräsentiert und als Eingangssignal das zweite Ausgangssignal erhält, das durch eine simulierte Masse dividiert wird, um ein zweites Beschleunigungsbefehlssignal (Acb, Acd) zu erhalten, das über die Zeit integriert wird, um ein zweites Geschwindigkeitsbefehlssignal (Vcb, Vcd) zu erhalten; wobei das zweite Modellfolgeregelungssystem (38b, 38d) ein zweites Geschwindigkeitsausgangssignal erzeugt; eine zweite Stellgliedsteuerungsschaltung (42b, 44b, 42d, 44d), deren Eingangssignal ein zweites Geschwindigkeitsfehlersignal ist, erhalten durch Vergleich des zweiten Geschwindigkeitsausgangssignals und des zweiten Geschwindigkeitsmesssignals (Vmb, Vmd), und deren Ausgangssignal das zweite Stellgliedsteuerungssignal an das zweite Stellglied (30b, 30d) ist; wobei die simulierte Masse im ersten (38a, 38c) und zweiten (38b, 38d), Modellfolgeregelungssystem auf die Summe der ersten Masse (M1) und der zweiten Masse (M2) festgesetzt wird.
Fernsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltung des Weiteren umfasst: – einen weiteren Integrator, der das erste Geschwindigkeitsbefehlssignal (Vcc) vom ersten Modellfolgeregelungssystem (38a) erhält und ein erstes Positionsbefehlssignal (Pcc) erzeugt, – einen ersten Positionsmessgeber (46c), der die Position der ersten Masse (31c) bestimmt und ein erstes Positionsmesssignal (Pm) erzeugt, – einen fünften Komparator (48c), der sowohl das erste Positionsbefehlssignal als auch das erste Positionsmesssignal erhält und ein erstes Korrektursignal zur Korrektur des ersten Stellgliedsteuerungssignals erzeugt, und dass die zweite Schaltung des Weiteren umfasst: – einen weiteren Integrator, der das zweite Geschwindigkeitsbefehlssignal (Vcd) vom zweiten Modellfolgeregelungssystem (38b) erhält und ein zweites Positionsbefehlssignal (Pcd) erzeugt, – einen zweiten Positionsmessgeber (46d), der die Position der zweiten Masse bestimmt und ein zweites Positionsmesssignal (Pm) erzeugt, – einen sechsten Komparator (48d), der sowohl das zweite Positionsbefehlssignal als auch das zweite Positionsmesssignal erhält und ein zweites Korrektursignal zur Korrektur des zweiten Stellgliedsteuerungssignals erzeugt.
Fernsteuerungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der ersten Schaltung das erste Beschleunigungsbefehlssignal (Acc), nachdem es abgeschwächt oder verstärkt wurde (Ka), mit dem ersten Geschwindigkeitsbefehlssignal (Vcc) kombiniert wird, und dass bei der zweiten Schaltung das zweite Beschleunigungsbefehlssignal (Acd), nachdem es abgeschwächt oder verstärkt wurde (Ka), mit dem zweiten Geschwindigkeitsbefehlssignal (Vcd) kombiniert wird.
Fernsteuerungssystem nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeitsbefehlssignale (Vcc, Vcd) von sowohl der ersten als auch der zweiten Schaltung einem weiteren Komparator (74) zugeführt werden, der ein Geschwindigkeitsfehlersignal (Ve) erzeugt, das auf den ersten und zweiten Komparator (70c, 70d) angewandt wird.
Fernsteuerungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Geschwindigkeitsfehlersignal abgeschwächt oder verstärkt wird (Kd), ehe es an den ersten und zweiten Komparator (70c, 70d) gegeben wird.
Fernsteuerungssystem nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsbefehlssignale (Pcc, Pcd) von sowohl der ersten als auch der zweiten Schaltung einem weiteren Komparator (72) zugeführt werden, der ein Positionsfehlersignal (Pe) erzeugt, das auf den ersten und zweiten Komparator (70c, 70d) angewandt wird.
Fernsteuerungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionsfehlersignal (Pe) abgeschwächt oder verstärkt wird (Kc), ehe es an den ersten und zweiten Komparator gegeben wird.
Fernsteuerungssystem nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der Geschwindigkeits- und/oder Positionsbefehlssignale die durch die entsprechenden Messgeber bereitgestellten Geschwindigkeits- und/oder Positionsmesssignale zur Herleitung der erwähnten Fehlersignale (Ve' und Pe') verwendet werden.
Fernsteuerungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kraftmesssignal (Fma, Fmc) in eine spezifische Funktion (G) eingesetzt wird, ehe es an den zweiten Komparator (70b, 70d) gegeben wird, und das zweite Kraftmesssignal (Fmb, Fmd) in die inverse spezifische Funktion (1/G) eingesetzt wird, ehe es an den ersten Komparator (70a, 70c) gegeben wird.
Fernsteuerungssystem nach den Ansprüchen 4 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Geschwindigkeitsbefehlssignal (Vcc) der ersten Schaltung in eine spezifische Funktion (G) eingesetzt wird, ehe es an den weiteren Komparator (74) gegeben wird, und das Geschwindigkeitsbefehlssignal (Vcd) der zweiten Schaltung in die inverse spezifische Funktion (1/G) eingesetzt wird, ehe es an den weiteren Komparator (74) gegeben wird.
Fernsteuerungssystem nach den Ansprüchen 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionsbefehlssignal (Pcc) der ersten Schaltung in eine spezifische Funktion (G) eingesetzt wird, ehe es an den weiteren Komparator (72) gegeben wird, und das Positionsbefehlssignal (Pcd) der zweiten Schaltung in die inverse spezifische Funktion (1/G) eingesetzt wird, ehe es an den weiteren Komparator (72) gegeben wird.
Fernsteuerungssystem nach einem der Ansprüche 9-11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Funktion um einen konstanten Faktor handelt, d.h. um ein Übersetzungsverhältnis.
Fernsteuerungssystem nach einem der Ansprüche 9-11, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion von einer oder mehreren willkürlichen Variablen abhängig ist.
Fernsteuerungsanordnung, umfassend eine Anzahl von Fernsteuerungssystemen wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beschrieben, um eine entsprechende Anzahl von Freiheitsgraden zu steuern.
Fernsteuerungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Anzahl der Kraftmessgeber zu einem Messgeber zusammengefasst werden, der mehrere Freiheitsgrade misst.