DE19629739C1

DE19629739C1 - Drive control mechanism, with measurement system, for load movable in several spatial dimensions e.g. for vehicles, air- and space-craft, and buildings vibration test stand

Info

Publication number: DE19629739C1
Application number: DE1996129739
Authority: DE
Inventors: Andreas Grimm
Original assignee: ANDREAS GRIMM ENGINEERING ELEK
Current assignee: ANDREAS GRIMM ENGINEERING ELEK
Priority date: 1996-07-23
Filing date: 1996-07-23
Publication date: 1998-02-26
Anticipated expiration: 2016-07-24

Abstract

The control mechanism includes several actuators operating respectively in a single dimension, which are coupled to the load and are controlled through respectively one electronic drive control mechanism. The electronic drive control mechanism receives nominal kinetic values as well as nominal force- or torque values for its actuator. The drive control mechanisms (4) are connected to a nominal value converter (5), which receives nominal kinetic values for the load (1) in a coordinate system, and transforms them on the basis of the geometric arrangement of the connected actuators, into the corresponding nominal kinetic values for the individual actuators. The nominal value converter determines nominal force- or torque values for the load under application of predetermined characteristics of the load, which describe the dynamic behaviour of the load as a rigid body, and transforms them into the corresponding nominal force- or torque values for the connected actuators.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerung zum Antrieb einer in mehreren Raum dimensionen beweglichen Last sowie Systeme zur Messung von Bewegungs zuständen bzw. dynamischen Kenngrößen einer solchen Last, wobei die Meßsysteme insbesondere auch zur Regelung und Überwachung der Bewegungszustände der Last geeignet sind.The invention relates to a controller for driving one in several rooms dimensions moving load and systems for measuring movement states or dynamic parameters of such a load, the Measuring systems in particular for regulating and monitoring the Movement states of the load are suitable.

Einsatzgebiete der Erfindung sind erstens Vibrationsprüfstände, auch Shaker genannt, in denen das Schwingungsverhalten von Fahrzeugen, Flugzeugen, Raumfahrzeugen, Gebäuden, deren Komponenten sowie vielen anderen technischen Einrichtungen in Reaktion auf Vibrationen oder Stöße in allen drei Raumdimensionen geprüft werden kann. Dazu gehören beispielsweise Erd bebenprüfstände, Prüfstände für Kraftwerkskomponenten, insbesondere von Atomkraftwerken, Prüfstände für Eisenbahnen oder Fahrräder sowie Satelliten prüfstände.Areas of application of the invention are firstly vibration test benches, including shakers in which the vibration behavior of vehicles, aircraft, Spacecraft, buildings, their components and many others technical facilities in response to vibrations or shocks in all three Room dimensions can be checked. These include, for example, earth beben test benches, test benches for power plant components, in particular from Nuclear power plants, test benches for railways or bicycles and satellites test benches.

Zweitens eignet sich die Erfindung zur Anwendung bei Prüfständen zur Untersu chung des Reaktionsverhaltens oder der Haltbarkeit von Fahrzeugkomponenten bei einer Erregung an ganz bestimmten Stellen. Dazu gehören insbesondere Achsprüfstände in der Automobilindustrie, bei denen ein Fahrbetrieb simuliert werden kann, indem auf die Räder oder deren Befestigungspunkte an der Achse zeitveränderliche Kräfte ausgeübt werden, wie sie in realen Situationen auftreten.Second, the invention is suitable for use on test benches for investigation reaction behavior or durability of vehicle components with arousal in very specific places. These include in particular Axle test benches in the automotive industry that simulate driving can be by clicking on the wheels or their attachment points on the axle time-varying forces are exerted, as in real situations occur.

Ein drittes wichtiges Anwendungsgebiet der Erfindung sind Flug- und Fahr simulatoren, bei denen eine Kabine so zu bewegen ist, daß die Insassen in Verbindung mit entsprechenden optischen und/oder akustischen Anzeigen möglichst realistische Flug- bzw. Fahreindrücke erhalten.A third important field of application of the invention is flight and driving simulators in which a cabin is to be moved so that the occupants in Connection with appropriate visual and / or acoustic indicators Get flight and driving impressions as realistic as possible.

Derartige Einrichtungen werden durch eine Anzahl von Aktuatoren in Bewegung versetzt. Als Aktuatoren haben sich für Vibrationsfrequenzen bis zu etwa 100 Hz ventilgesteuerte Hydraulikzylinder bewährt, um die benötigten Stellwege zu erzeugen. Für höhere Frequenzen kommen elektromechanische Aktuatoren in Betracht, beispielsweise elektromagnetisch, piezoelektrisch oder magnetostriktiv arbeitende Aktuatoren.Such devices are moved by a number of actuators transferred. Actuators for vibration frequencies up to about 100 Hz valve-controlled hydraulic cylinders have been proven to provide the required travel ranges produce. Electromechanical actuators come in for higher frequencies Consider, for example, electromagnetic, piezoelectric or magnetostrictive working actuators.

Die in Frage kommenden Aktuatoren wirken jeweils eindimensional. Hydrau lische und viele elektromechanische Aktuatoren sind Linearaktuatoren, deren Wirkung z. B. in einer Längen- oder Geschwindigkeitsänderung besteht. Die Erfindung ist jedoch auch in Fällen anwendbar, in denen die Last teilweise oder ausschließlich durch Drehaktuatoren angetrieben wird, beispielsweise durch Servomotoren gedreht wird.The actuators in question each have a one-dimensional effect. Hydrau lische and many electromechanical actuators are linear actuators, their Effect z. B. consists in a change in length or speed. The However, the invention is also applicable in cases where the load is partial or is driven exclusively by rotary actuators, for example by Servomotors is rotated.

Die Anzahl der benötigten Aktuatoren und ihre Angriffspunkte an der Last sind in der Regel durch konstruktionstechnische Notwendigkeiten oder Anforderun gen bedingt. Daher sind die Aktuatoren nicht unabhängig voneinander ansteuer bar, wenn man eine bestimmte Bewegung der Last erzielen will. Im Falle von mehreren Hydraulikzylindern, die in verschiedenen Richtungen bzw. an verschie denen Stellen an die Last gekoppelt sind, hat beispielsweise eine Wegverstellung eines der Hydraulikzylinder eine krummlinige Bewegung der Last zur Folge. The number of actuators required and their points of attack on the load are usually due to design requirements or requirements gene conditional. Therefore, the actuators are not controlled independently of one another bar if you want to achieve a certain movement of the load. In case of several hydraulic cylinders that move in different directions which points are coupled to the load has, for example, a path adjustment one of the hydraulic cylinders results in a curvilinear movement of the load.

Außerdem ändern sich die Lagen der Zylinderachsen im Raum.In addition, the positions of the cylinder axes change in space.

Andererseits liegen die entweder durch Messungen in der Realität oder durch geeignete Modelle erhaltenen Bewegungen oder Kräfte, denen die Last aus gesetzt werden soll, in einem festen Koordinatensystem vor, das eine Anzahl von Koordinaten aufweist, die zur Darstellung der Bewegungen oder Kräfte notwendig und auch hinreichend sind, beispielsweise dem kartesischen Koordinatensystem.On the other hand, they lie either through measurements in reality or through suitable models received movements or forces that make up the load should be set in a fixed coordinate system that has a number of coordinates that represent the movements or forces are necessary and sufficient, for example the Cartesian Coordinate system.

In der DE 43 15 626 C1, die eine elektronische Antriebssteuerung für einen hydraulischen Aktuator betrifft, die einen vorgegebenen Sollwertverlauf für die Beschleunigung des Hydraulikzylinders sowie daraus berechnete Sollwerte für die Geschwindigkeit und den Weg des Hydraulikzylinders und für die darauf wirkende Kraft empfängt und den Aktuator auf der Basis dieser Signale steuert, wird vorgeschlagen, im Falle von mehrachsigen Systemen die Kraftkopplung der Achsen untereinander durch einen Geometrierechner zu ermitteln.In DE 43 15 626 C1, which is an electronic drive control for a hydraulic actuator relates to a predetermined setpoint curve for the Acceleration of the hydraulic cylinder and setpoints calculated from it the speed and the path of the hydraulic cylinder and for those on it receives acting force and controls the actuator on the basis of these signals, it is proposed, in the case of multi-axis systems, the force coupling to determine the axes among themselves using a geometry calculator.

In der Druckschrift ESA SP-197 "Spacekraft Vibration Testing using Multi-Axis Hydraulic Vibration Systems" der European Space Agency, Juli 1983, wird in dem Beitrag "Control of Multi-Axis Vibration Systems" von A. Schmidt, Seiten 75-89, vorgeschlagen, das Verhalten der Prüfanlage zu linearisieren und durch lineare Gleichungen zu beschreiben.In the publication ESA SP-197 "Space Force Vibration Testing using Multi-Axis Hydraulic Vibration Systems "by the European Space Agency, July 1983, is published in the contribution "Control of Multi-Axis Vibration Systems" by A. Schmidt, Pages 75-89, proposed to linearize the behavior of the test facility and described by linear equations.

Eine derartige Vorgehensweise wird allgemein als einzige Möglichkeit erachtet, vorgegebene Sollwerte für die Bewegung der Last in Steuersignale für die Aktuatoren umzuwandeln. Den Unzulänglichkeiten infolge der Linearisierung versucht man durch Standard-Regelungstechniken zu begegnen.Such an approach is generally considered the only way predetermined setpoints for the movement of the load in control signals for the Convert actuators. The shortcomings due to linearization one tries to counter with standard control techniques.

Eine ähnliche Problematik besteht in dem Fall, daß die Bewegungen der Last und die darauf wirkenden Kräfte mittels Sensoren abgefühlt werden, entweder zur Überwachung oder um Signale zu erhalten, die zur Rückführung an die Steuerung zwecks Regelung verwendet werden können. Auch in diesem Fall sind konstruktionstechnische Gegebenheiten dafür verantwortlich, daß die Sensorsignale die realen Bewegungen bzw. Kräfte im allgemeinen nicht direkt angeben können. Für die Umformung dieser Größen in Größen, die mit den Eingangsgrößen des Systems vergleichbar sind, hat man bisher ausschließlich linearisierte Modelle in Betracht gezogen.A similar problem exists in the event that the movements of the load and the forces acting on it are sensed by sensors, either for Monitoring or to receive signals to be returned to the Control can be used for regulation. In this case, too are technical design factors responsible for ensuring that the Sensor signals generally do not directly deal with the real movements or forces can specify. For forming these sizes into sizes that match the So far, input variables of the system are comparable only linearized models considered.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine sehr genaue Steuerung zum Antrieb einer in mehreren Raumdimensionen beweglichen Last sowie Systeme zur sehr genauen Messung ihrer Bewegungszustände bzw. dynamischen Kenngrößen zu schaffen.The invention has for its object a very precise control Drive of a load moving in several room dimensions as well as systems for the very precise measurement of their movement states or dynamic To create parameters.

Diese Aufgabe wird bei einer Steuerung für Antriebe einer in mehreren Raum dimensionen beweglichen Last, wobei mehrere jeweils eindimensional wirkende Aktuatoren in verschiedenen Richtungen und/oder an verschiedenen Stellen an die Last gekoppelt sind und durch jeweils eine elektronische Antriebssteuerung gesteuert werden, die kinematische Sollwerte sowie Kraft- oder Drehmoment sollwerte für den Aktuator empfängt, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Antriebssteuerungen oder jeweils wenigstens zwei der Antriebssteuerungen gemeinsam an einen Sollwertwandler angeschlossen sind, der kinematische Sollwerte für die Last in einem Koordinatensystem empfängt und derThis task becomes one with a control for drives in several rooms dimensions movable load, with several acting one-dimensional Actuators in different directions and / or in different places the load are coupled and each with an electronic drive control can be controlled, the kinematic setpoints and force or torque receives setpoints for the actuator, solved according to the invention in that the Drive controls or at least two of the drive controls are connected together to a setpoint converter, the kinematic Receives setpoints for the load in a coordinate system and the

a) the kinematic setpoints for the load based on the geometric Arrangement of the actuators in the corresponding kinematic setpoints for converts the connected actuators and
b) using predetermined parameters of the load, which the dynamic properties of the load as a rigid body essentially fully describe force and / or torque setpoints for the load determined and in the corresponding force or torque setpoints for the connected actuators.

In der Mehrzahl der oben beschriebenen Anwendungsfälle sind die kinemati schen Sollwerte für die Last Wege, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen, jeweils in kartesischen Koordinaten als Funktion der Zeit, und sind die Aktuato ren Linearaktuatoren, beispielsweise ventilgesteuerte Hydraulikzylinder, so daß die kinematischen Sollwerte für diese Aktuatoren ebenfalls Wege, Geschwindig keiten und Beschleunigungen sind. Falls in bezug auf eine oder mehrere Raum dimensionen im wesentlichen Drehbewegungen zu erzeugen sind, beispielsweise für Drehschwingungsprüfungen, kann es aber auch zweckmäßig sein, die Soll werte bezüglich dieser Raumdimensionen als Winkel, Winkelgeschwindigkeiten und Winkelbeschleunigungen vorzugeben und in entsprechende Sollwerte für Drehaktuatoren an der Last umzuwandeln.In the majority of the applications described above, the kinemati setpoints for the load paths, speeds and accelerations, each in Cartesian coordinates as a function of time, and are the actuators Ren linear actuators, such as valve-controlled hydraulic cylinders, so that the kinematic setpoints for these actuators also travel, speed speeds and accelerations. If in relation to one or more rooms Dimensions are essentially to produce rotary movements, for example for torsional vibration tests, but it can also be useful, the target values with respect to these spatial dimensions as angles, angular velocities and angular accelerations and in corresponding setpoints for Convert rotary actuators to the load.

In Fällen, in denen die zu bewegende Last nicht nur das eigentlich zu unter suchende bzw. zu bewegende Objekt, sondern beispielsweise wie bei den meisten Prüfständen einen beweglichen Tisch, das Prüfobjekt sowie Befestigungsmittel zur Befestigung des Prüfobjekts auf dem Tisch umfaßt, wird die gesamte bewegliche Anordnung als ein starrer Körper behandelt, dessen dynamische Eigenschaften zur Bildung der Kraft- oder Drehmomentsollwerte für die Aktuatoren verwendet werden.In cases where the load to be moved is not just the under load Searching or moving object, but for example as with most Test benches a movable table, the test object and fasteners to attach the test object to the table, the entire movable arrangement treated as a rigid body, its dynamic Properties for forming the force or torque setpoints for the Actuators are used.

Die dynamischen Eigenschaften solcher starrer Körper lassen sich sehr genau mit dem Modell eines Trägheitsellipsoids beschreiben und erfassen, d. h. unter der Annahme eines ellipsoidförmigen Modellkörpers mit gleichförmiger Massen verteilung, der die gleichen Trägheitsmomente und die gleiche Masse wie das reale Objekt aufweist. Wenn man das gesamte bewegte Objekt als ein solches Trägheitsellipsoid auffaßt, lassen sich die Kräfte, welche die einzelnen Aktua toren zur Erzeugung der gewünschten Bewegung der Last aufwenden müssen (im Falle von Drehaktuatoren Drehmomente), anhand der kinematischen Soll werte der Last sehr genau berechnen. Diese Berechnung wird vorzugsweise unter der Nebenbedingung durchgeführt, daß die Summe der Quadrate aller Kräfte bzw. Drehmomente der Aktuatoren minimal wird, so daß der insgesamt erforderliche Kraftaufwand minimiert wird. The dynamic properties of such rigid bodies can be very precisely describe and record with the model of an ellipsoid of inertia, d. H. under assuming an ellipsoidal model body with uniform masses distribution that has the same moments of inertia and the same mass as that has real object. If you look at the entire moving object as such If the ellipsoid of inertia is taken into account, the forces acting on the individual actua gates to generate the desired movement of the load (in the case of rotary actuators, torques), based on the kinematic target calculate the values of the load very precisely. This calculation is preferred carried out on the condition that the sum of the squares of all Forces or torques of the actuators is minimal, so that the total required effort is minimized.

In vielen Anwendungsfällen bestehen gewisse Symmetrien in der Anordnung der Aktuatoren, so daß diese im wesentlichen gleich aufgebaute Gruppen bilden. Es ist dann vorteilhaft, mehrere im wesentlichen gleichartige Sollwertwandler vor zusehen, die jeweils die Antriebssteuerungen einer der Aktuatorgruppen steuern. Jeder der Sollwertwandler kann einfacher konstruiert sein als wenn er sämtliche Aktuatoren gemeinsam anzusteuern hätte, und die erforderliche Anzahl von Soll wertwandlern kann durch Vervielfältigung hergestellt werden, was besonders im Falle, bei dem die Sollwertwandlung nicht in einer festverdrahteten Schaltung, sondern programmgesteuert auf einem Universalrechner durchgeführt wird, sehr kosten günstig durchführbar ist. Übrigens sind sowohl die vorstehend beschriebene Steuerung als auch die weiter unten beschriebenen Meß-, Regelungs- und Überwachungssysteme sowohl in Software als auch in Hardware realisierbar, vorzugsweise mit digitaler Signalverarbeitung.In many applications there are certain symmetries in the arrangement of the Actuators so that they form essentially identical groups. It it is then advantageous to provide several essentially identical setpoint converters watch that each control the drive controls of one of the actuator groups. Each of the setpoint converters can be of simpler construction than if they were all Actuators would have to be controlled together, and the required number of target value converters can be made by duplication, which is particularly true in the Case where the setpoint conversion is not in a hard-wired circuit, but is done programmatically on a universal computer, very expensive is cheap to carry out. Incidentally, both are those described above Control as well as the measuring, regulating and Monitoring systems can be implemented in software as well as in hardware, preferably with digital signal processing.

Die kinematischen Sollwerte für die Last sind Wege, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen als Funktion der Zeit, die im voraus durch Messungen in der Realität oder durch Modelle gewonnen werden. Die Kenngrößen der Last, welche die dynamischen Eigenschaften der Last im wesentlichen vollständig beschreiben, können ebenfalls durch gesonderte Messung oder durch Modell rechnungen gewonnen werden. Letzteres ist aber häufig nur mit erheblichem Aufwand bzw. nicht mit der gewünschten Genauigkeit möglich.The kinematic setpoints for the load are distances, speeds and Accelerations as a function of time in advance by measurements in the Reality or be gained through models. The parameters of the load, which the dynamic properties of the load are essentially complete can also describe by separate measurement or by model bills are won. However, the latter is often only significant Effort or not possible with the desired accuracy.

Die Erfindung liefert nun außerdem ein Meßsystem für eine in mehreren Raumdi mensionen bewegliche Last, das die oben beschriebene Steuerung hervorragend ergänzt, da es genaue Meßwerte der tatsächlichen Bewegung der Last liefert, die in Verbindung mit der Steuerung vorteilhaft zur Regelung verwendet werden können. Diese Meßwerte der tatsächlichen Bewegung der Last können in einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Meßsystems verwendet werden, um die dynamischen Kenngrößen der Last für die Steuerung zu bestimmen. Dadurch sind keine separaten Messungen bzw. Modellrechnungen erforderlich, und die dynamischen Kenngrößen der Last können unmittelbar am Prüfstand oder dergleichen bestimmt werden. Die mit Hilfe dieses Meßsystems gewonnenen Werte sind sehr viel genauer und liefern mehr Informationen als herkömmliche, linearisierte Meßverfahren, so daß es auch unabhängig von der vorstehend beschriebenen Steuerung vorteilhaft einsetzbar ist.The invention now also provides a measuring system for one in several Raumdi dimensions movable load, the control described above is excellent added as it provides accurate measurements of the actual movement of the load, which are used advantageously in connection with the control for regulation can. These measurements of the actual movement of the load can be in a Further development of the measuring system according to the invention can be used to measure the dynamic parameters of the load to determine the control. As a result, no separate measurements or Model calculations required, and the dynamic parameters of the load can be determined directly on the test bench or the like. With Values obtained with the help of this measuring system are much more precise and deliver more information than conventional, linearized measurement methods, making it also advantageous regardless of the control described above can be used.

Das erfindungsgemäße Meßsystem für eine in mehreren Raumdimensionen bewegte Last, an die in verschiedenen Richtungen und/oder an verschiedenen Stellen mehrere jeweils eindimensional wirkende Aktuatoren gekoppelt sind, welche mit Stellwegsensoren versehen sind, wie sie in der oben genannten DE 43 15 626 C1 zur Ventilregelung verwendet werden, umfaßt mehrere Geschwindigkeitssensoren und mehrere Beschleunigungssensoren, welche Geschwindigkeiten bzw. Beschleunigungen der Last an verschiedenen Stellen abfühlen und deren Anzahl jeweils wenigstens gleich der Zahl der Freiheitsgrade der Last ist, und einen Meßwertwandler, der die Signale der Stellwegsensoren, der Geschwindigkeitssensoren und der Beschleunigungssensoren empfängt und ohne Linearisierung in kinematische Istwerte für die Last in einem Koordinaten system umwandelt.The measuring system according to the invention for one in several spatial dimensions moving load, in different directions and / or in different If several actuators that act one-dimensionally are coupled, which are provided with travel sensors, as described in the above DE 43 15 626 C1 used for valve control comprises several Speed sensors and several acceleration sensors, which Load speeds or accelerations at various points sense and their number at least equal to the number of degrees of freedom the load, and a transducer that receives the signals from the travel sensors, receives the speed sensors and the acceleration sensors and without linearization in kinematic actual values for the load in one coordinate system converts.

Das Koordinatensystem für die kinematischen Istwerte der Last, die in vielen Fällen Istwege, Istgeschwindigkeiten und Istbeschleunigungen sind, ist normaler weise das gleiche Koordinatensystem wie das für die kinematischen Sollwerte bei der zuvor beschriebenen Steuerung. Daher sind die kinematischen Istwerte und Sollwerte unmittelbar miteinander vergleichbar, und es kann ein Regelkreis gebildet werden, der die erfindungsgemäße Steuerung und das erfindungs gemäße Meßsystem umfaßt.The coordinate system for the kinematic actual values of the load, which in many Cases are actual routes, actual speeds and actual accelerations is more normal have the same coordinate system as that for the kinematic setpoints with the control described above. Therefore, the kinematic actual values and setpoints can be compared directly, and there can be a control loop are formed, the control according to the invention and the fiction appropriate measuring system includes.

In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Meßsystems ist außerdem an jedem Aktuator ein Kraftsensor vorgesehen, wobei der Meßwertwandler unter Verwendung der gewonnenen kinematischen Istwerte der Last und der Signale der Kraftsensoren Signale erzeugt, welche die dynamischen Eigenschaften der Last als starrer Körper im wesentlichen vollständig in dem Koordinatensystem beschreiben. In a development of the measuring system according to the invention is also on a force sensor is provided for each actuator, the transducer using the obtained kinematic actual values of the load and the Signals generated by the force sensors signals the dynamic properties of the Load as a rigid body essentially entirely in the coordinate system describe.

Die dynamischen Eigenschaften der Last als starrer Körper werden vorzugsweise durch ihre Masse, ihren Schwerpunkt und ihre Hauptträgheitsachsen mit den dazugehörigen Trägheitsmomenten angegeben.The dynamic properties of the load as a rigid body are preferred by their mass, their center of gravity and their main axes of inertia with the associated moments of inertia.

Wenn dieses Meßsystem in Verbindung mit der beschriebenen Steuerung ver wendet wird, müssen die dynamischen Eigenschaften der Last nicht im voraus bestimmt und eingegeben werden, sondern können automatisch bestimmt werden, etwa in einem Identifikationslauf.If this measuring system in connection with the described control ver is applied, the dynamic properties of the load need not be in advance can be determined and entered, but can be determined automatically in an identification run.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Meßsystem für eine in mehreren Raum dimensionen bewegte Last, an die in verschiedenen Richtungen und/oder an verschiedenen Stellen mehrere jeweils eindimensional wirkende Aktuatoren gekoppelt sind, welche mit Kraftsensoren versehen sind, umfaßt einen Meßwert wandler, der die Signale der Kraftsensoren empfängt und ohne Linearisierung in kinematische Istwerte für die Last in einem Koordinatensystem umwandelt.Another measuring system according to the invention for one in several rooms dimensions moving load to which in different directions and / or various actuators each acting one-dimensionally are coupled, which are provided with force sensors, comprises a measured value transducer that receives the signals from the force sensors and without linearization in converts actual kinematic values for the load in a coordinate system.

Dieses Meßsystem eignet sich hervorragend zu Überwachung einer Mehr achsenanlage auf kritische Bewegungszustände der Last, da die Bewegungen, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen der Last letztlich alle auf die Kräfte zurückgehen, die von den einzelnen Aktuatoren ausgeübt werden. Da außer den Kraftsensoren keine weiteren Sensoren erforderlich sind, erfolgt die Über wachung sehr zuverlässig. Außerdem sind Kraftsensoren häufig ohnehin sehr betriebssicher arbeitende Sensoren, etwa im Falle von Drucksensoren, wie sie bei hydraulischen Aktuatoren verwendet werden.This measuring system is ideally suited for monitoring a multiple axis system on critical movement states of the load, since the movements, Load speeds and accelerations ultimately all depend on the forces decrease that are exerted by the individual actuators. Because besides the force sensors require no further sensors, the transfer takes place watch very reliable. In addition, force sensors are often very anyway reliable sensors, for example in the case of pressure sensors such as these be used with hydraulic actuators.

Dieses Meßsystem, welches lediglich dynamische Istwerte wie Kräfte bzw. Drücke verarbeitet, eignet sich außerdem hervorragend für Simulationen, in denen die Anlage noch nicht vollständig aufgebaut ist. Zur Erzeugung der kinematischen Istwerte, die gegebenenfalls auch zur Regelung der oben beschriebenen Steuerung verwendet werden können, genügen Kraft-Istwerte, die entweder tatsächlich gemessen oder durch Aktuator-Simulatoren erzeugt werden können, die mit der Steuerung verbunden sind. Für dieses Meßsystem simulierte Aktuatoren zu verwenden, kann selbst bei einer vollständigen Anla genkonfiguration mit parallel arbeitenden realen Aktuatoren sinnvoll sein, da sich durch Integration mit der Zeit ein Fehler ergibt, der im Rahmen der Simulation eingegrenzt werden kann.This measuring system, which only dynamic actual values such as forces or Processed pressures, is also ideal for simulations, in for whom the system has not yet been fully set up. To generate the Kinematic actual values, which may also be used to control the above described control can be used, actual force values are sufficient, which are either actually measured or generated by actuator simulators can be connected to the controller. For this measuring system Using simulated actuators can even with a complete system gene configuration with real actuators working in parallel can be useful because due to integration with time results in an error that occurs during the simulation can be narrowed down.

Die beschriebenen Systeme basieren auf der gemeinsamen Idee, entgegen der bisher ausschließlich angewandten Praxis auf eine Linearisierung der jeweiligen Eingangsgrößen zu verzichten und sie so exakt wie möglich in die jeweiligen Ausgangsgrößen umzuformen. Es hat sich gezeigt, daß eine solche Umformung nicht nur grundsätzlich durchführbar ist, sondern auch in Echtzeit durchgeführt werden kann, d. h. in einer Zeit, die wesentlich kürzer als die Zeitkonstante bzw. die inverse Maximalfrequenz der Lastbewegungen ist.The systems described are based on the common idea, contrary to Previously applied practice to linearize the respective Dispense with input variables and put them as precisely as possible into the respective To transform output variables. It has been shown that such a transformation is not only feasible in principle, but can also be carried out in real time, d. H. at a time that is significantly shorter than the time constant or the inverse Maximum frequency of the load movements is.

Die beschriebenen Systeme können beliebige Steuer- oder Meßsignale daher nicht nur sehr genau, sondern auch sehr schnell umformen und eignen sich somit zur Verarbeitung nicht nur langsam, sondern auch schnell veränderlicher bzw. hochfrequenter Signale, sowie für eine Vielzahl von Typen solcher Signale, wie sinusförmige Signale, breitbandiges Rauschen oder Transienten, d. h. ein schmalbandiges Rauschen (Impulsantwort). Transiente Beschleunigungen spielen z. B. bei Satelliten in der Startphase eine wichtige Rolle.The systems described can therefore have any control or measurement signals not only very precisely, but also very quickly and are suitable thus not only slow to process, but also quickly changeable or high-frequency signals, as well as for a variety of types of such signals, such as sinusoidal signals, broadband noise or transients, d. H. a narrowband noise (impulse response). Play transient accelerations e.g. B. with satellites in the starting phase an important role.

Aufgrund der exakten Umformung ergeben sich für beliebige Prüflinge und beliebige Frequenzen konvergierende Lösungen, anders als bei herkömmlichen Systemen, die jeweils nur für einige Anregungssignalformen geeignet sind bzw. bei manchen Prüflingen oder Frequenzen zu nicht konvergierenden Lösungen führen.Due to the exact forming, there are any test specimens and any frequency converging solutions, unlike conventional ones Systems that are only suitable for some excitation signal forms or for some test objects or frequencies to non-converging solutions to lead.

Wie erwähnt, sind die Steuerung und die Meßsysteme gemäß der Erfindung zu einem vorteilhaften Gesamtsystem kombinierbar, nämlich einer Steuerung und/oder Regelung einer Mehrachsenanlage mit Meßdatenanalyse und/oder automatischer Bestimmung der dynamischen Kenngrößen der Last und/oder Überwachung der kinematischen Istwerte der Last. Die dabei auftretenden Nichtlinearitäten lassen sich vollständig beherrschen.As mentioned, the control and measuring systems according to the invention are closed can be combined in an advantageous overall system, namely a control and / or Control of a multi-axis system with measurement data analysis and / or automatic determination of the dynamic parameters of the load and / or Monitoring of the kinematic actual values of the load. The occurring Nonlinearities can be completely controlled.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteran sprüchen und aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Darin zeigen:Further features and advantages of the invention result from the Unteran say and from the following description of several embodiments based on the drawing. In it show:

Fig. 1 ein Blockdiagramm der elektronischen und mechanischen Steuerungs-, Meß-, Regelungs- und Überwachungseinrichtungen eines Satellitenprüfstandes, mit einem schematisch in Perspektivansicht eingezeichneten beweglichen Prüftisch; Fig. 1 is a block diagram of the electronic and mechanical control, measurement, control and monitoring equipment of a satellite test bed, with a schematically depicted in perspective view of the movable inspection table;

Fig. 2 ein schematisches Flußdiagramm der Arbeitsweise des Sollwertwandlers; Figure 2 is a schematic flow diagram of the operation of the setpoint converter.

Fig. 3 ein schematisches Flußdiagramm der Arbeitsweise des Meßwertwandlers für kinematische und dynamische Istwerte der Last; und Fig. 3 is a schematic flow diagram of the operation of the transducer for kinematic and dynamic actual values of the load; and

Fig. 4 ein schematisches Flußdiagramm der Arbeitsweise des Meßwertwandlers für dynamische Istwerte der Last. Fig. 4 is a schematic flow diagram of the operation of the transducer for dynamic actual values of the load.

Ein in Fig. 1 achteckig dargestellter Tisch 1 ist an acht Aktuatoren in Form von ventilgesteuerten Hydraulikzylindern gelagert. Vier Aktuatoren sind in der Tisch ebene symmetrisch um den Tisch 1 herum angeordnet, und vier Aktuatoren stehen in einem Quadrat senkrecht unter dem Tisch 1. Die acht Aktuatoren, von denen in der Figur nur ein waagerechter Aktuator 2 und ein senkrechter Aktuator 3 gezeigt sind, stützen sich auf ihren vom Tisch 1 abgewandten Seiten an einem nicht gezeigten Fundament ab. Der Tisch 1 kann mit Hilfe der Aktuato ren in allen sechs räumlichen Freiheitsgraden bewegt werden (Translationen und Drehungen in bezug auf das eingezeichnete kartesische Koordinatensystem mit dem Tischmittelpunkt als Ursprung).A table 1 shown octagonally in FIG. 1 is mounted on eight actuators in the form of valve-controlled hydraulic cylinders. Four actuators are arranged in the table plane symmetrically around table 1 , and four actuators are in a square perpendicularly below table 1 . The eight actuators, of which only one horizontal actuator 2 and one vertical actuator 3 are shown in the figure, are supported on their sides facing away from the table 1 on a foundation (not shown). The table 1 can be moved with the help of the actuators in all six spatial degrees of freedom (translations and rotations with respect to the Cartesian coordinate system shown with the center of the table as the origin).

Auf dem Tisch 1 kann eine nicht gezeigte Prüflast befestigt werden, z. B. ein Satellit. Um nicht nur die in Längsrichtung der Rakete wirkenden Kräfte und Beschleunigungen, sondern auch Querbeschleunigungen und -kräfte realitätsnah simulieren zu können, kann der Satellit in einer Höhe über dem Tisch 1 ange bracht werden, die der Höhe der Rakete oder der obersten Raketenkomponente entspricht. Die zu bewegende Last besteht aus dem Prüftisch, dem Satelliten sowie den erforderlichen Befestigungselementen. Außerdem fließt der mitbewegte Anteil der Aktuatoren in die Gesamtlast mit ein.On the table 1 , a test load, not shown, can be attached, e.g. B. a satellite. In order to be able to realistically simulate not only the forces and accelerations acting in the longitudinal direction of the rocket, but also transverse accelerations and forces, the satellite can be placed at a height above table 1 which corresponds to the height of the rocket or the uppermost rocket component. The load to be moved consists of the test table, the satellite and the necessary fasteners. In addition, the moving part of the actuators is included in the total load.

Jeder Aktuator 2, 3 ist jeweils mit einer elektrischen Antriebssteuerung 4 verbunden. Jede Antriebssteuerung 4, die im Detail beispielsweise wie in der oben genannten DE 43 15 626 C1 beschrieben ausgeführt sein kann, steuert den dazugehörigen Aktuator 2, 3 in Übereinstimmung mit fortlaufend empfangenen Eingangsgrößen für den Weg, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung entlang der Achse dieses Aktuators sowie für die Kraft, die dieser Aktuator in jedem Zeitpunkt auf den Tisch 1 ausüben soll. Jede Antriebssteuerung 4 kann interne Regelkreise enthalten.Each actuator 2 , 3 is connected to an electric drive control 4 . Each drive controller 4 , which can be designed in detail, for example, as described in DE 43 15 626 C1, controls the associated actuator 2 , 3 in accordance with continuously received input variables for the path, the speed and the acceleration along the axis of this actuator as well as for the force that this actuator should exert on the table 1 at all times. Each drive control 4 can contain internal control loops.

Die Antriebssteuerungen 4 sind mit einem Sollwertwandler 5 verbunden, von dem sie die - zeitabhängigen - Sollwerte für den Weg, die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und die Kraft empfangen. Diese Sollwerte oder Stellgrößen sind in diesem Beispiel der Verfahrweg, die Verfahrgeschwindigkeit und die Verfahr beschleunigung, wobei sie aber auch den "Verfahrruck" und weitere Ableitungen umfassen können, sowie die Aktuatorkraft der in diesem Fall linear arbeitenden Aktuatoren 2, wobei im Falle von Drehaktuatoren Drehmomente zu verwenden wären.The drive controls 4 are connected to a setpoint converter 5 , from which they receive the - time-dependent - setpoints for the path, the speed, the acceleration and the force. In this example, these setpoints or manipulated variables are the travel path, the travel speed and the travel acceleration, but they can also include the "travel jerk" and other derivatives, as well as the actuator force of the actuators 2 , which in this case operate linearly, with torques in the case of rotary actuators would be used.

Der Sollwertwandler 5 empfängt als Eingangsgrößen E zeitabhängige Sollwerte für den Weg, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung, welche die Last erfahren soll. Diese aus Messungen bei Raketenstarts oder beispielsweise auch aus Triebwerksversuchen abgeleiteten Sollwerte haben jeweils sechs Freiheits grade, nämlich drei Freiheitsgrade der Translation und drei Freiheitsgrade der Rotation, und werden jeweils in einem geeigneten Koordinatensystem angegeben, z. B. in kartesischen Koordinaten. The setpoint converter 5 receives as input variables E time-dependent setpoints for the path, the speed and the acceleration which the load is to experience. These setpoints derived from measurements during rocket launches or, for example, from engine tests each have six degrees of freedom, namely three degrees of freedom of translation and three degrees of freedom of rotation, and are each specified in a suitable coordinate system, e.g. B. in Cartesian coordinates.

Diese Sollwerte für den Weg, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung in sechs Freiheitsgraden werden vom Sollwertwandler 5 auf der Grundlage der bekannten geometrischen Anordnung der Aktuatoren in die einzelnen Sollwege, Sollgeschwindigkeiten und Sollbeschleunigungen für die angeschlossenen Aktuatoren 2, 3 umgewandelt.These target values for the path, the speed and the acceleration in six degrees of freedom are converted by the target value converter 5 into the individual target paths, target speeds and target accelerations for the connected actuators 2 , 3 on the basis of the known geometric arrangement of the actuators.

Ferner werden in den Sollwertwandler 5 die Kenngrößen der Last eingegeben, welche die dynamischen Eigenschaften der Last als starrer Körper im wesent lichen vollständig beschreiben. Diese Kenngrößen sind im beschriebenen Beispiel die Masse M der Last, den Ort S ihres Schwerpunktes und die zueinander senk rechten Hauptträgheitsachsen oder Hauptachsen der Last mit den dazugehörigen Trägheitsmomenten. Diese Kenngrößen weisen zehn Freiheitsgrade auf: einen für die Masse, drei für den Ort des Schwerpunktes, drei für die Orientierung der Hauptträgheitsachsen im Raum und drei für die Beträge der Trägheitsmomente.Furthermore, the characteristics of the load are entered into the setpoint converter 5 , which describe the dynamic properties of the load as a rigid body in essence completely. In the example described, these parameters are the mass M of the load, the location S of its center of gravity and the mutually perpendicular main axes of inertia or main axes of the load with the associated moments of inertia. These parameters have ten degrees of freedom: one for the mass, three for the location of the center of gravity, three for the orientation of the main axes of inertia in space and three for the amounts of the moments of inertia.

Mit Hilfe dieser Kenngrößen bestimmt der Sollwertwandler 5 aus den Beschleu nigungssollwerten die Kraft- und Drehmomentsollwerte F, M für die Last und transformiert diese in Kraftsollwerte F₁, F₂ für die angeschlossenen Aktuatoren 2, 3.With the aid of these parameters, the setpoint converter 5 determines the force and torque setpoints F , M for the load from the acceleration setpoints and transforms them into force setpoints F₁, F₂ for the connected actuators 2 , 3 .

Nachfolgend wird die Arbeitsweise des Sollwertwandlers 5, die vereinfacht in dem Flußdiagramm von Fig. 2 dargestellt ist, näher erläutert. Die in diesem und den später in Verbindung mit Fig. 3 und 4 erläuterten Ausführungsbeispielen angegebenen mathematischen Methoden haben sich als geeignet erweisen, die Berechnung in Echtzeit durchzuführen. Neben diesen Methoden kann es noch weitere Methoden geben, die eine Berechnung in Echtzeit erlauben.The mode of operation of the setpoint converter 5 , which is shown in simplified form in the flowchart in FIG. 2, is explained in more detail below. The mathematical methods specified in this and the exemplary embodiments explained later in connection with FIGS. 3 and 4 have proven to be suitable for carrying out the calculation in real time. In addition to these methods, there may be other methods that allow real-time calculation.

Zunächst werden einige Begriffsbestimmungen vorgenommen.First, some definitions are made.

Ein fester Körper im Raum beschreibt sechsdimensionale Bewegungen (drei der Translation und drei der Rotation). Ohne die Allgemeinheit einzuschränken, kann die Bewegung mit (3,2,1)-Eulerwinkeln beschrieben werden, d. h. die Bewegung setzt sich aus Abbildungen
Rotation X: P → P₁
Rotation Y: P₁ → P₂
Rotation Z: P₂ → P₃
Translation T: P₃ → Q
zusammen, mit einem beliebigen Körperpunkt P, der in einen Punkt Q überführt wird. Dabei sind die Rotationen Rotation X, Rotation Y und Rotation Z solche um die Achsen X, Y bzw. Z eines feststehenden räumlichen Koordinatensystems und ist die Translation T eine dreidimensionale Verschiebung des bereits "gedrehten" Punktvektors P₃ in den Ausgangsvektor Q.A solid body in space describes six-dimensional movements (three of translation and three of rotation). Without restricting generality, the movement can be described with (3,2,1) Euler angles, ie the movement is made up of images
Rotation X: P → P₁
Rotation Y: P₁ → P₂
Rotation Z: P₂ → P₃
Translation T: P₃ → Q
together with an arbitrary body point P, which is transferred to a point Q. The rotations rotation X, rotation Y and rotation Z are those about the axes X, Y and Z of a fixed spatial coordinate system and the translation T is a three-dimensional shift of the already "rotated" point vector P₃ into the output vector Q.

Die gesamte Bewegung wird demnach durch die GrößenThe entire movement is therefore determined by the sizes

Rotationswinkel α_x, α_y, α_z
und Translationsvektor mit den Komponenten T_x, T_y, T_z Angle of rotation α _x , α _y , α _z
and translation vector with the components T _x , T _y , T _z

beschrieben. Diese Bewegungen sind häufig - ebenso wie im folgenden - Funktionen der Zeit.described. These movements are common - as in the following - Functions of time.

Neben den Bewegungsgrößen, die den Ort des Körpers in Abhängigkeit von der Zeit beschreiben, treten häufig Geschwindigkeiten, Beschleunigungen, Kräfte usw. als zu steuernde Größen auf. Werden die Bewegungsgrößen einmal nach der Zeit differenziert, so spricht man von Rotations- bzw. Translationsgeschwin digkeit. Werden die Bewegungsgrößen zweimal nach der Zeit differenziert, so spricht man von Rotations- bzw. Translationsbeschleunigung.In addition to the movement variables, which depend on the location of the body Describing time, speeds, accelerations, forces often occur etc. as variables to be controlled. Will the movement sizes once again differentiated in time, one speaks of rotational or translational speed efficiency. If the movement quantities are differentiated twice according to time, then one speaks of rotational or translational acceleration.

Die vorstehend angeführten Größen werden im folgenden als kinematische Soll größen oder Sollwerte bezeichnet. Falls entsprechende Größen auf tatsächlichen Bewegungen eines Körpers beruhen, werden sie als kinematische Istgrößen oder Istwerte bezeichnet. The variables listed above are referred to below as the kinematic target sizes or setpoints. If appropriate sizes on actual Movements of a body are based, they are called actual kinematic quantities or Actual values.

Als dynamische, im eindimensionalen Fall der Kraft entsprechende Größen werden die auf den Körper wirkendenAs dynamic, in the one-dimensional case of the force corresponding quantities become those acting on the body

Momente um die Achsen X, Y bzw. Z M_x, M_y, M_z
und Kräfte in Richtung der Achsen X, Y bzw. Z F_x, F_y, F_z Moments about the axes X, Y or ZM _x , M _y , M _z
and forces in the direction of the axes X, Y and ZF _x , F _y , F _z

bezeichnet, wobei ebenfalls zwischen Soll- und Istgrößen unterschieden wird.referred to, whereby a distinction is also made between target and actual values.

Die folgenden Berechnungen beziehen sich auf den Fall, daß die Achsen X, Y und Z die Einheitsachsen eines Koordinatensystems sind, das in bezug auf die Befestigungspunkte der Aktuatoren an einem Fundament fest ist. Eine Verall gemeinerung auf beliebige Koordinatensysteme ist einfach durchführbar.The following calculations relate to the case that the axes X, Y and Z are the unit axes of a coordinate system which is related to the Fastening points of the actuators on a foundation is fixed. A Verall Allocation to any coordinate system is easy to do.

Weiterhin weist das System folgende Parameter auf:
P₁, P₂, . . ., P_m seien die Befestigungen von in Aktuatoren am bewegten Körper im Fall α_x = α_y = α_z = 0 und T_x = T_y = T_z (Nullpunktlage des Systems);
Q₁, Q₂, . . ., Q_m seien die Befestigungen der Aktuatoren am Fundament;
M sei die bewegte Masse des Körpers;
S sei der Ort des Körperschwerpunktes;
A, B, C seien die Hauptachsen des Trägheitsellipsoids.The system also has the following parameters:
P₁, P₂,. . ., P _m are the fastenings of actuators on the moving body in the case of α _x = α _y = α _z = 0 and T _x = T _y = T _z (zero point position of the system);
Q₁, Q₂,. . ., Q _m are the attachments of the actuators to the foundation;
M is the moving mass of the body;
S is the location of the center of gravity;
A, B, C are the main axes of the ellipsoid of inertia.

Diese Parameter sind mit Ausnahme der Masse natürlich Vektoren, zur Verein fachung der Darstellung sind sie aber nicht besonders als solche gekennzeichnet.With the exception of the mass, these parameters are of course vectors, to the association fold the representation, they are not particularly marked as such.

Die geometrische Umsetzung der Sollwerte α_x, α_y, α_z sowie T_x, T_y, T_z in Aktuatorkoordinaten läßt sich dann beschreiben durchThe geometric implementation of the setpoints α _x , α _y , α _z and T _x , T _y , T _z in actuator coordinates can then be described by

mit in dem betrachteten Fall unveränderten Fundamentkoordinaten und modifizierten Angriffspunkten an der bewegten Masse. Γ ist die sogenannte Rotationsmatrix, die die trigonometrischen Beziehungen enthält, mit denen die Rotationswinkel in kartesische Koordinaten transformiert werden.with unchanged foundation coordinates in the case under consideration and modified points of attack on the moving mass. Γ is the so-called Rotation matrix that contains the trigonometric relationships with which the Rotation angle can be transformed into Cartesian coordinates.

Die Kräfte und Drehmomente, die am in der Ruhelage im Nullpunkt befindlichen "Mittelpunkt" des bewegten Körpers angreifen, lassen sich vektoriell beschreiben alsThe forces and torques that are at zero in the rest position Attacking the "center point" of the moving body can be done vectorially describe as

und Drehmomenteand torques

Da nun die Kräfte F_x, F_y, F_z und Drehmomente M_x, M_y, M_z mit den Aktuator kräften F₁, F₂, . . ., F_m in einem aus den geometrischen Verhältnissen berechenbaren, linearen Zusammenhang der FormSince the forces F _x , F _y , F _z and torques M _x , M _y , M _z with the actuator forces F 1, F 2,. . ., F _m in a linear relationship of the shape that can be calculated from the geometric relationships

stehen, bei der X ∈ R ^6xm die berechenbare Matrix enthält, können nun die Aktuatorkräfte entsprechend ihrer Wirkrichtung bestimmt werden:where X ∈ R ^{6xm contains} the calculable matrix, the actuator ^forces can now be determined according to their direction of action:

wobei für Y = (X·X^T)^-1·X^T das Pseudoinverse von X genommen werden kann. Dies entspricht einer Gleichverteilung (im Sinne der kleinsten Quadrate) der Kräfte auf alle Aktuatoren. In Fällen, in denen dies nicht erwünscht ist, kann die Methode leicht auf ungleichgewichtete Verteilungen ausgedehnt werden.wherein the pseudo-inverse of X may be taken for Y = (X · X ^T) ^-1 · X ^T. This corresponds to an equal distribution (in the sense of the smallest squares) of the forces on all actuators. In cases where this is not desired, the method can easily be extended to unequal distributions.

Damit ist die Berechnung der kinematischen Sollwerte und der Kraftsollwerte oder dynamischen Sollwerte für die einzelnen Aktuatoren beendet. Wie in Fig. 2 zusammengefaßt dargestellt ist, berechnet der Sollwertwandler 5 also in einem ersten Verfahrensschritt S21 die Sollwege, Sollgeschwindigkeiten und Sollbe schleunigungen für die einzelnen Aktuatoren und führt sie den Antriebssteuerun gen zu. In einem zweiten Verfahrensschritt S22 berechnet der Sollwertwandler 5 aus den Sollwegen, Sollgeschwindigkeiten und Sollbeschleunigungen unter Ver wendung von vorbestimmten dynamischen Kenngrößen die Kraftsollwerte für die Aktuatoren und führt sie ebenfalls den Antriebssteuerungen zu. Die Verfahrens schritte S21 und S22 werden fortlaufend und in Echtzeit durchgeführt.This ends the calculation of the kinematic setpoints and the force setpoints or dynamic setpoints for the individual actuators. As summarized in Fig. 2, the setpoint converter 5 thus calculates in a first step S21 the target paths, target speeds and target accelerations for the individual actuators and leads them to the drive controls. In a second method step S22, the setpoint converter 5 calculates the force setpoints for the actuators from the setpoints, setpoints and setpoint accelerations using predetermined dynamic parameters and also feeds them to the drive controls. The process steps S21 and S22 are carried out continuously and in real time.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau der Steuerung ist der Sollwertwandler 5 nur mit zwei Antriebssteuerungen 4 verbunden, welche die Aktuatoren 2, 3 steuern. In diesem Fall genügt es daher, wenn der Sollwertwandler die Sollwerte für diese beiden Aktuatoren erzeugt, was die Berechnung vereinfacht und beschleu nigt. Zusätzlich zu dem Sollwertwandler 5 sind drei weitere, gleichartige Soll wertwandler vorgesehen, die ebenfalls die Eingangsgrößen E empfangen, wobei jeder der vier Sollwertwandler jeweils zwei Antriebssteuerungen für ein Paar aus einem waagerechten und einem senkrechten Aktuatoren ansteuert (einer dieser parallel arbeitenden Sollwertwandler 5 ist zusammen mit den beiden angeschlos senen Antriebssteuerungen 4 gestrichelt eingezeichnet). Eine solche Aufteilung der Sollwertwandlung auf parallele Prozesse ist besonders in Fällen günstig, in denen zwischen verschiedenen Gruppen von Aktuatoren Symmetriebeziehungen bestehen, im Falle des achteckigen Tisches 1 durch die regelmäßige Anordnung von je zwei Aktuatoren 2, 3 an vier Ecken. Es können aber auch die Sollwerte für sämtliche Aktuatoren von einem einzigen Sollwertwandler 5 erzeugt und ausgegeben werden. In the construction of the control system shown in FIG. 1, the setpoint converter 5 is only connected to two drive control systems 4 which control the actuators 2 , 3 . In this case it is therefore sufficient if the setpoint converter generates the setpoints for these two actuators, which simplifies and accelerates the calculation. In addition to the setpoint converter 5 , three further, similar setpoint converters are provided, which also receive the input variables E, each of the four setpoint converters controlling two drive controls for a pair of horizontal and one vertical actuators (one of these setpoint converters 5 working in parallel is together with the two connected drive controls 4 shown in dashed lines). Such a division of the setpoint conversion into parallel processes is particularly advantageous in cases in which symmetry relationships exist between different groups of actuators, in the case of the octagonal table 1 by the regular arrangement of two actuators 2 , 3 at four corners. However, the setpoints for all actuators can also be generated and output by a single setpoint converter 5 .

Jeder Aktuator 2, 3 enthält einen Stellwegsensor 6 zur direkten Messung des Aktuatorhubes s und einen Geschwindigkeitssensor 7 zur direkten Messung der Aktuatorgeschwindigkeit v, d. h. der zeitlichen Änderung des Aktuatorhubes s.Each actuator 2 , 3 contains a travel sensor 6 for the direct measurement of the actuator stroke s and a speed sensor 7 for the direct measurement of the actuator speed v, ie the change over time of the actuator stroke s.

Außerdem sind an bestimmten, möglichst weit voneinander entfernten Stellen am Tisch 1 Beschleunigungssensoren 8 befestigt. Die Beschleunigungssensoren 8 sind vorzugsweise so aufgebaut und am Tisch 1 befestigt, daß sie die Beschleunigung a des Tisches 1 senkrecht zur Tischoberfläche an ihrem Befestigungsort messen. Die Anzahl der Beschleunigungssensoren 8 ist bei der in Fig. 1 dargestellten Geometrie des Tisches 1 typischerweise acht oder zwölf. Bei anderen Tischgeometrien kann eine andere Anzahl von Beschleu nigungssensoren zweckmäßig sein; es werden aber wenigstens so viele Beschleunigungssensoren benötigt wie der Tisch 1 Freiheitsgrade hat.In addition, 1 acceleration sensors 8 are attached to certain locations on the table that are as far apart as possible. The acceleration sensors 8 are preferably constructed and attached to the table 1 in such a way that they measure the acceleration a of the table 1 perpendicular to the table surface at its attachment point. The number of acceleration sensors 8 is typically eight or twelve in the geometry of table 1 shown in FIG. 1. With other table geometries, a different number of acceleration sensors can be useful; however, at least as many acceleration sensors are required as the table has 1 degree of freedom.

Ferner sind an die Aktuatoren 2, 3 Drucksensoren 9 angeschlossen, welche die jeweiligen Zylinderdruckdifferenzen Δp messen, die ein Maß für die Kräfte dar stellen, welche die einzelnen Aktuatoren 2, 3 auf den Tisch 1 ausüben. Im Falle von elektromechanischen Aktuatoren kann es auch zweckmäßig sein, diese Kräfte unmittelbar abzufühlen.Also connected to the actuators 2 , 3 are pressure sensors 9 , which measure the respective cylinder pressure differences Δp, which represent a measure of the forces which the individual actuators 2 , 3 exert on the table 1 . In the case of electromechanical actuators, it may also be expedient to sense these forces directly.

Die Signale der Stellwegsensoren 6, der Geschwindigkeitssensoren 7, der Beschleunigungssensoren 8 und der Drucksensoren 9, die laufend gemessen werden, werden einem Meßwertwandler 10 zugeführt, der wie folgt arbeitet.The signals from the travel sensors 6 , the speed sensors 7 , the acceleration sensors 8 and the pressure sensors 9 , which are continuously measured, are fed to a transducer 10 which operates as follows.

Aus den Aktuatorstellwegen s, die von den Stellwegsensoren 6 erhalten werden, wird die Lage des Tisches 1 in dem verwendeten Koordinatensystem berechnet, genauer die Translation und die Drehung des Tisches 1 in bezug auf den Koordinatenursprung, also eine Größe mit sechs Freiheitsgraden (Verfah rensschritt S31, Fig. 3).The position of the table 1 in the coordinate system used is calculated from the actuator travel paths s, which are obtained from the travel path sensors 6 , more precisely the translation and the rotation of the table 1 with respect to the coordinate origin, that is to say a variable with six degrees of freedom (method step S31 , Fig. 3).

Aus der so berechneten Lage des Tisches 1 sowie den Aktuatorgeschwindig keiten v, die von den Geschwindigkeitssensoren 6 erhalten werden, wird die Geschwindigkeit des Tischmittelpunktes berechnet, die ebenfalls eine Größe mit sechs Freiheitsgraden ist (Verfahrensschritt S32, Fig. 3).From the thus calculated position of the table 1 and the actuator speeds v, which are obtained from the speed sensors 6 , the speed of the table center is calculated, which is also a variable with six degrees of freedom (method step S32, Fig. 3).

Aus den in den vorangegangenen Berechnungen erhaltenen Ergebnissen für die Lage und die Geschwindigkeit des Tisches 1 sowie den Beschleunigungswerten a, die von den Beschleunigungssensoren 8 erhalten werden, wird die Beschleu nigung des Mittelpunktes des Tisches 1 berechnet, die ebenfalls eine Größe mit sechs Freiheitsgraden ist (Verfahrensschritt S33, Fig. 3).The acceleration of the center of the table 1 , which is also a variable with six degrees of freedom, is calculated from the results for the position and the speed of the table 1 and the acceleration values a obtained from the acceleration sensors 8, which are obtained in the previous calculations. Method step S33, Fig. 3).

Der Verfahrensschritt S31 erfordert eine relativ aufwendige, nichtlineare Berech nung. Die sechsdimensionale Bewegung des Körpers kann dennoch in Echtzeit ermittelt werden, und zwar iterativ in einem oder mehreren Iterationsschritten pro Meßschleife, z. B. nach der mehrdimensionalen Newton-Raphson-Methode oder vergleichbaren Methoden zur Inversenbildung.Method step S31 requires a relatively complex, non-linear calculation nung. The six-dimensional movement of the body can still be in real time are determined, iteratively in one or more iteration steps per measuring loop, e.g. B. by the multi-dimensional Newton-Raphson method or comparable methods for inversion.

Ist beispielsweise (bei Linearaktuatoren) der Verfahrweg der Aktuatoren durchFor example (in the case of linear actuators) is the travel path of the actuators through

als Funktion der Rotationswinkel α_x, α_y, α_z und des Translationsvektors mit den Komponenten T_x, T_y, T_z gegeben, und sind in einer aktuellen Meßschleife Aktuatorverfahrwege I₁, I₂, . . ., I_m ermittelt worden, so sind Rotationswinkel und Translationsvektor so zu bestimmen, daß für k = 1, 2, . . ., m die Gleichungengiven as a function of the rotation angle α _x , α _y , α _z and the translation vector with the components T _x , T _y , T _z , and actuator travel paths I 1, I 2,. . ., I _{m have been} determined, the rotation angle and translation vector are to be determined such that for k = 1, 2,. . ., m the equations

erfüllt sind. Nach einem mathematischen Verfahren werden nun α_x, α_y, α_z und T_x, T_y, T_z so bestimmt, daß die Summe der Quadrateare fulfilled. According to a mathematical method, α _x , α _y , α _z and T _x , T _y , T _z are now determined so that the sum of the squares

minimal wird. Diese Methode ("Methode der kleinsten Quadrate") kann auch durch andere, im jeweiligen Anwendungsfall möglicherweise zweckmäßigere Methoden ersetzt werden. Die angesprochene mathematische Methode ist in hohem Maße nichtlinear. In praktischen Anwendungen ist sie häufig nur iterativ lösbar. Zur Anwendung in Echtzeit kann sie jedoch, falls die Meßschleifen eine hinreichend hohe Frequenz im Vergleich zur Nutzsignalfrequenz aufweisen, in sehr wenigen oder sogar nur einem Iterationsschritt aufgelöst werden, wenn als Startwert der Iteration das jeweils vorangegangene Ergebnis gewählt wird.becomes minimal. This method ("least squares method") can also by other, possibly more appropriate in the respective application Methods to be replaced. The mathematical method mentioned is in highly non-linear. In practical applications, it is often only iterative solvable. However, it can be used in real time if the measuring loops are one have a sufficiently high frequency compared to the useful signal frequency, in very few or even only one iteration step can be resolved if as Starting value of the iteration, the previous result is selected.

Im Anschluß an die Bestimmung der Verfahrwege werden in den Verfahrens schritten S32 und S33 die Geschwindigkeiten und Beschleunigungen des Körpers nach der Methode der kleinsten Quadrate bestimmt. Nachdem die Verfahrwege bestimmt sind, ist diese mathematische Methode nur noch linear, d. h. in einem Schritt auflösbar. Voraussetzung ist lediglich, daß die gemessenen Geschwindigkeiten bzw. Beschleunigungen am bewegten Körper selbst oder entlang der Aktuatoren erfaßt werden.Following the determination of the travel paths are in the procedure S32 and S33 the speeds and accelerations of the Body determined by the least squares method. after the Travels are determined, this mathematical method is only linear, d. H. can be resolved in one step. The only requirement is that the measured Speeds or accelerations on the moving body itself or along the actuators are detected.

Da die obigen Berechnungen der kinematischen Istwerte des Tisches 1 in einer oder mehreren Datenverarbeitungsanlagen online durchführbar sind, d. h. mit einer Geschwindigkeit, die einen Vergleich mit den Sollwerten erlaubt, auf deren Basis der Tisch 1 mittels der Aktuatoren 2, 3 bewegt wird, können die mit Hilfe des Meßwertwandlers 10 erhaltenen kinematischen Istwerte für eine Regelung des Tischantriebes herangezogen werden. Zu diesem Zweck werden sie bei A in Fig. 1 an eine nicht dargestellte Regeleinrichtung ausgegeben, die geeignet auf das Eingangssignal des Sollwertwandlers 5 bei E rückwirken kann.Since the above calculations of the kinematic actual values of the table 1 can be carried out online in one or more data processing systems, that is to say at a speed which allows a comparison with the target values on the basis of which the table 1 is moved by means of the actuators 2 , 3 , they can be operated with Kinematic actual values obtained with the aid of the transducer 10 can be used for regulating the table drive. For this purpose, they are output at A in FIG. 1 to a control device, not shown, which can suitably react to the input signal of the setpoint converter 5 at E.

Im Meßwertwandler 10 werden ferner auf einfache Weise die Kräfte und Drehmomente bestimmt, die in bezug auf den festen Koordinatenursprung am Tisch 1 angreifen (Verfahrensschritt S34, Fig. 3). Dazu werden nur die Kräfte benötigt, welche die einzelnen Aktuatoren ausüben und die implizit durch die Zylinderdruckdifferenzen Δp gegeben sind.In the measured value converter 10 , the forces and torques which act on the fixed coordinate origin at the table 1 are also determined in a simple manner (method step S34, FIG. 3). For this purpose, only the forces which the individual actuators exert and which are implicitly given by the cylinder pressure differences Δp are required.

Aus diesen Kräften und Drehmomenten wird außerdem die Masse M der Gesamtlast bestimmt, die durch den Tisch 1, die Aktuatoren 2, 3, die Nutzlast, beispielsweise den zu testenden Satelliten, sowie Befestigungselemente usw. gebildet wird (Verfahrensschritt S35). Dies kann in einer statischen Kalibrie rungsphase ohne Erregung durchgeführt werden, wobei sich im Normalfall einer senkrecht wirkenden Gravitationskraft die Masse einfach aus der Summe der Kraftvektoren ergibt, die während dieser Phase erhalten werden.From these forces and torques, the mass M of the total load is also determined, which is formed by the table 1 , the actuators 2 , 3 , the payload, for example the satellite to be tested, and fastening elements etc. (method step S35). This can be carried out in a static calibration phase without excitation, the mass simply resulting from the sum of the force vectors obtained during this phase in the normal case of a vertically acting gravitational force.

In einer Erregungsphase werden die fortlaufend bestimmten Kräfte und Drehmomente, die am Tisch 1 angreifen, zur vollständigen Berechnung des Ortes S des Schwerpunktes der Gesamtlast verwendet (Verfahrensschritt S36).In an excitation phase, the continuously determined forces and torques that act on table 1 are used to fully calculate the location S of the center of gravity of the total load (method step S36).

Die Masse, der Ort des Schwerpunktes in bezug auf den Koordinatenursprung sowie die Onlinemessungen der Kräfte und Drehmomente, die am Tisch 1 angreifen, und der Lage des Tisches 1 werden anschließend dazu verwendet, die Hauptträgheitsachsen und dazugehörigen Trägheitsmomente der Gesamtlast zu bestimmen, wenn man diese als Trägheitsellipsoid auffaßt (Verfahrensschritt S37).The mass, the location of the center of gravity in relation to the coordinate origin and the online measurements of the forces and torques acting on table 1 , and the position of table 1 are then used to determine the main axes of inertia and associated moments of inertia of the total load, if one considers them as an ellipsoid of inertia (method step S37).

Die Berechnungen im Rahmen der Verfahrensschritte S34 bis S37 können nach der folgenden Methode durchgeführt werden.The calculations in the context of method steps S34 to S37 can be based on the following method.

Wieder wird die bewegte Masse als starrer Körper angesehen. Falls er nicht starr ist, kann er bei hinreichend schneller Berechnung jedenfalls als "lokal starr" angenommen werden, so daß die beschriebene Methode auch in diesen Fällen anwendbar ist. Again the moving mass is seen as a rigid body. If he's not rigid If the calculation is sufficiently quick, it can in any case be called "locally rigid" be adopted, so that the method described also in these cases is applicable.

Zunächst werden als Eingangsgrößen die Aktuatorkräfte F₁, F₂, . . ., F_m mitFirst, the actuator forces F₁, F₂,. . ., F _m with

verwendet, um die am Körper angreifenden Kräfte und Drehmomente zu bestim men. Dabei wird die Matrix X aus den bereits bestimmten Rotationswinkeln und dem Translationsvektor mit dem Zusammenhangused to determine the forces and torques acting on the body men. The matrix X is made from the already determined angles of rotation and the translation vector with the context

berechnet.calculated.

Mit der Methode der kleinsten Quadrate oder vergleichbaren Methoden können Masse und Schwerpunkt aus der GleichungUsing the least squares method or comparable methods Mass and center of gravity from the equation

bestimmt werden. Hierzu kann ein Identifikationslauf oder eine hinreichend viele Freiheitsgrade benutzende Anregung verwendet werden. In vielen Fällen können M und auch Bestandteile von S ohne Anregung (in der Ruhelage) des Körpers bestimmt werden.be determined. An identification run or a sufficient number can be used for this Excitation using degrees of freedom can be used. In many cases you can M and also components of S without stimulation (in the rest position) of the body be determined.

Sind nun M und S bekannt, so können die fehlenden Größen A, B und C aus der weiter oben bereits angegebenen GleichungIf M and S are now known, the missing sizes A, B and C can be derived from the equation already given above

bestimmt werden. Auch hier kann wieder die Methode der kleinsten Quadrate oder eine vergleichbare Methode verwendet werden. Weiterhin ist zur Lösung des entstehenden quadratischen Gleichungssystems ein Verfahren zur Orthogonalisierung (z. B. nach Jacobi) erforderlich. Ebenso wie in dem oben beschriebenen Verfahrensschritt S31 empfiehlt es sich, bei der Orthogonalisie rung ein iteratives Verfahren einzusetzen, indem wenige oder nur ein Iterations schritt mit Startwerten aus den vorangegangenen Resultaten angesetzt werden.be determined. Again, the least squares method can be used or a comparable method can be used. Furthermore, there is a solution of the resulting quadratic system of equations Orthogonalization (e.g. according to Jacobi) required. Just like in the above Process step S31 described is recommended for orthogonalization an iterative process by using few or only one iteration step with starting values from the previous results.

Die Bestimmung von A, B und C setzt eine rotatorische Anregung in allen drei Rotationsfreiheitsgraden voraus. Dies kann in einem Identifikationslauf oder bei entsprechender hochdimensionaler Anregung online geschehen. Man beachte, daß im Fall von Anregungen mit z. B. nur einem Rotationsfreiheitsgrad auch nur ein Freiheitsgrad von A, B und C für eine Regelung erforderlich ist. Auf diese Weise kann, falls nicht alle sechs Freiheitsgrade zur Bewegung benötigt werden, die Methode zu einer niedrigdimensionalen Methode vereinfacht werden.The determination of A, B and C sets a rotational excitation in all three Degrees of rotation ahead. This can be done in an identification run or at corresponding high-dimensional suggestion happen online. Note that in the case of suggestions with z. B. only one degree of rotational freedom A degree of freedom of A, B and C is required for regulation. To this Way, if not all six degrees of freedom are required for movement, the method can be simplified to a low-dimensional method.

Es hat sich gezeigt, daß die obige Transformation ebenfalls in Echtzeit durch führbar ist. In Anwendungsfällen, in denen Identifikationsläufe nicht erlaubt sind, können die dynamischen Kennwerte der Last daher ebenfalls online bestimmt werden, indem zunächst plausible Anfangswerte angenommen und unter fort laufender Durchführung der Verfahrensschritte S34 bis S37 an die tatsächlichen Werte herangeführt werden. It has been shown that the above transformation is also performed in real time is feasible. In applications where identification runs are not allowed, can therefore also determine the dynamic characteristic values of the load online are assumed by initially plausible initial values and under continue ongoing execution of process steps S34 to S37 to the actual Values are introduced.

Der beschriebene Meßwertwandler 10 arbeitet nicht nur sehr schnell, sondern auch sehr genau, da sämtliche kinematischen Istwerte sowie die Aktuatorkräfte erfaßt und verwendet werden (in diesem Beispiel jeweils in acht Dimensionen), da die Ausgangsgrößen (mit sechs bzw. zehn Freiheitsgraden) unter Verzicht auf eine Linearisierung aus den Bewegungsgleichungen berechnet werden und da in jedem Schritt nur wenige oder sogar nur eine Iteration durchgeführt werden. Soweit dennoch geringfügige Fehler auftreten, können sie leicht berücksichtigt werden. Beispielsweise können Abweichungen des Prüflings von einem idealen Trägheitsellipsoid durch zeitliche Veränderungen der Hauptträgheitsachsen und der dazugehörigen Trägheitsmomente simuliert werden.The described transducer 10 not only works very quickly, but also very precisely, since all the kinematic actual values and the actuator forces are recorded and used (in this example in each case in eight dimensions), since the output variables (with six or ten degrees of freedom) are omitted a linearization can be calculated from the equations of motion and since only a few or even just one iteration is carried out in each step. As far as minor errors occur, they can easily be taken into account. For example, deviations of the test object from an ideal ellipsoid of inertia can be simulated by changes in the time of the main axes of inertia and the associated moments of inertia.

Der Meßwertwandler 10 führt die erhaltenen dynamischen Kenngrößen, nämlich die Masse M der Last, den Ort S ihres Schwerpunktes und die Hauptträgheits achsen oder Hauptachsen der Last mit den dazugehörigen Trägheitsmomenten dem Sollwertwandler 5 zu (Verfahrensschritt S38), in dem sie im Verfahrens schritt S22 zur exakten Steuerung der Antriebssteuerungen 4 bzw. der Aktuatoren 2, 3 verwendet werden, wie weiter oben beschrieben wurde. Die ermittelten Größen M und S können ferner bei B an eine in Fig. 1 nicht dargestellte Anlagensteuerung bzw. an eine Bedienungsperson ausgegeben werden.The transducer 10 leads the dynamic parameters obtained, namely the mass M of the load, the location S of its center of gravity and the main axes of inertia or main axes of the load with the associated moments of inertia to the setpoint transducer 5 (step S38), in which they step S22 to exact control of the drive controls 4 or the actuators 2 , 3 can be used, as described above. The determined quantities M and S can also be output at B to a system controller (not shown in FIG. 1) or to an operator.

Zusätzlich zu dem Meßwertwandler 10 enthält das System von Fig. 1 einen weiteren Meßwertwandler 11, der lediglich die Zylinderdruckdifferenzen Δp empfängt, die aus den Drucksensoren 9 erhalten werden. Der Meßwertwandler 11 bestimmt die simulierten Istwege, Istgeschwindigkeiten und Istbeschleuni gungen der Last 1 in sechs Freiheitsgraden allein aus den auf die Last 1 wirken den Kräften F₁, F₂, . . ., F₈, die sich aus den Zylinderdruckdifferenzen Δp ergeben. Der Meßwertwandler 11 beginnt mit einer beliebigen bekannten Raumposition, in der eine Anregung der Last 1 beginnen soll (Verfahrensschritt S41, Fig. 4). Es werden dann zyklisch neue Positionen bestimmt, indem die angreifenden Kräfte und Drehmomente bestimmt (Verfahrensschritt S42), daraus die Beschleunigun gen der Last 1 bestimmt (Verfahrensschritt S43), daraus durch Integration die Geschwindigkeiten der Last 1 (Verfahrensschritt S44) sowie daraus durch weitere Integration die neuen Bewegungskoordinaten der Last 1 bestimmt werden (Ver fahrensschritt S45), mit denen der Verfahrensschritt S42 von neuem beginnt.In addition to the measured value converter 10 , the system of FIG. 1 contains a further measured value converter 11 which only receives the cylinder pressure differences Δp which are obtained from the pressure sensors 9 . The transducer 11 determines the simulated actual paths, actual speeds and Act accelerations of the load 1 in six degrees of freedom solely from the forces acting on the load 1 F₁, F₂,. . ., F₈, which result from the cylinder pressure differences Δp. The measured value converter 11 begins with any known spatial position in which excitation of the load 1 is to begin (method step S41, FIG. 4). Then cyclically new positions are determined by determining the acting forces and torques (method step S42), determining the accelerations of the load 1 (method step S43), integrating the speeds of the load 1 (method step S44) and using further integration the new movement coordinates of the load 1 are determined (method step S45), with which method step S42 starts again.

Die aktuellen Bewegungs-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungswerte der Last 1 werden bei C einer in Fig. 1 nicht gezeigten Überwachungsschaltung zugeführt, welche eine Notabschaltung der Anlage vornimmt, wenn bestimmte zulässige Grenzwerte überschritten werden.At C, the current movement, speed and acceleration values of the load 1 are fed to a monitoring circuit, not shown in FIG. 1, which performs an emergency shutdown of the system when certain permissible limit values are exceeded.

Die Berechnungen im Meßwertwandler 11 werden im einzelnen gemäß der nachfolgend beschriebenen Methode durchgeführt.The calculations in the transducer 11 are carried out in detail according to the method described below.

Unter der Annahme, daß die Last 1 einen festen Körper mit zehn voneinander unabhängigen Freiheitsgraden darstellt, werden zunächst die am Körper angreifenden Kräfte und Drehmomente bestimmt.Assuming that the load 1 represents a solid body with ten independent degrees of freedom, the forces and torques acting on the body are first determined.

Entsprechend den weiter oben vorgenommenen Begriffsbestimmungen und Erläuterungen besteht zwischen Kräften und Drehmomenten einerseits und den Aktuatorkräften F₁, F₂, . . ., F_m der lineare ZusammenhangAccording to the definitions and explanations given above, there are forces and torques on the one hand and the actuator forces F₁, F₂,. . ., F _m the linear relationship

mit einer Matrix X ∈ R ^6xm, die sich aus den Raumkoordinatenwith a matrix X ∈ R ^6xm , which results from the spatial coordinates

P₁(t), P₂(t), . . ., P_m(t)P₁ (t), P₂ (t),. . ., P _m (t)

der m Aktuatoren an dem bewegten Körper undof the m actuators on the moving body and

Q₁, Q₂, . . ., Q_m Q₁, Q₂,. . ., Q _m

berechnet. Letztere sind Konstanten der Anlage, während für P₁, P₂, . . ., P_m diejenigen Werte eingesetzt werden, die im jeweils vorangegangenen Schritt bestimmt wurden.calculated. The latter are constants of the system, while for P₁, P₂,. . ., P _m those values are used that were determined in the previous step.

Somit sind die Kräfte und Drehmomente berechnet. Wieder unter Verwendung von Rotationswinkeln α_x, α_y, α_z und dem Translationsvektor (T_x, T_y, T_z) aus dem vorangegangenen Schritt wird die weiter oben bereits angegebene GleichungThe forces and torques are thus calculated. Again using rotation angles α _x , α _y , α _z and the translation vector (T _x , T _y , T _z ) from the previous step, the equation already given above becomes

verwendet, um die Beschleunigung der Rotationswinkel zu bestimmen. Da somit auch die zweite Ableitung der Rotationsmatrix (α_x, α_y, α_z) bekannt ist, kann aus der Gleichungused to determine the acceleration of the rotation angle. Since the second derivative of the rotation matrix (α _x , α _y , α _z ) is thus also known, it can be derived from the equation

der Beschleunigungsvektorthe acceleration vector

bestimmt werden.be determined.

Nun kann die bereits erwähnte zweimalige Integration durchgeführt werden, so daß nunmehr die Bewegungskoordinaten, Geschwindigkeiten und Beschleuni gungen des Körpers bezüglich Translation und Rotation bekannt sind.Now the aforementioned two-fold integration can be carried out, see above that now the movement coordinates, speeds and accelerations are known to the body regarding translation and rotation.

Um P₁(t), P₂(t), . . ., P_m(t) zu bestimmen, wird die vektorielle Bewegung der Angriffspunkte der Aktuatoren zuTo P₁ (t), P₂ (t),. . . To determine P _m (t), the vectorial movement of the points of attack of the actuators becomes too

bestimmt. Damit ist die Beschreibung der Berechnungsmethoden im Meßwert wandler 11 beendet. Es sei noch angemerkt, daß die benötigten Größen M, S, A, B und C durch gesonderte Messungen oder Modellrechnungen, aber auch automatisch durch den Meßwertwandler 10 erhalten werden können, wie es weiter oben beschrieben wurde.certainly. This concludes the description of the calculation methods in the transducer 11 . It should also be noted that the required quantities M, S, A, B and C can be obtained by separate measurements or model calculations, but also automatically by the transducer 10 , as described above.

Für die praktische Realisierung des Sollwertwandlers 5 und der Meßwertwandler 10 bzw. 11 können außerdem folgende Hinweise hilfreich sein. Es kann von großem Vorteil sein, die Rotationswinkel durch die Sinus-Funktion der Winkel zu ersetzen. Weiterhin kann eine von der (3,2,1)-Euler-Darstellung abweichende Rotationsbeschreibung von Vorteil sein. Ferner kann eine Modifikation der Reihenfolge von Translation und Rotation vorteilhaft sein. Weiterhin können die beschriebenen Methoden auch für eingeschränkte Bewegungen eingesetzt werden, z. B. für fünf Freiheitsgrade der bewegten Last. In diesem Fall kann die Berechnung entsprechend vereinfacht werden. Es sind schnelle Rechenanlagen erforderlich, um die Berechnungen online durchzuführen. Als Anhaltspunkt für 0,5 ms Zykluszeit mögen dienen (MIPS - Mega Instructions Per Second): 200 MIPS für den Sollwertwandler 5, 600 MIPS für die Berechnung der kinemati schen Istwerte und 200 MIPS für die Berechnung der dynamischen Kenngrößen im Meßwertwandler 10 sowie 400 MIPS für den Meßwertwandler 11. Entspre chende Rechenanlagen sind ohne weiteres am Markt erhältlich. Statt mit Universalrechnern lassen sich der Sollwertwandler 5 und die Meßwertwandler 10 bzw. 11 natürlich auch in Hardware realisieren. The following information can also be helpful for the practical implementation of the setpoint converter 5 and the measured value converter 10 or 11 . It can be of great advantage to replace the rotation angle with the sine function of the angle. A rotation description that deviates from the (3,2,1) -Euler representation can also be advantageous. Furthermore, a modification of the order of translation and rotation can be advantageous. Furthermore, the methods described can also be used for restricted movements, e.g. B. for five degrees of freedom of the moving load. In this case, the calculation can be simplified accordingly. Fast computing systems are required to perform the calculations online. The following may serve as a guide for a cycle time of 0.5 ms (MIPS - Mega Instructions Per Second): 200 MIPS for the setpoint converter 5 , 600 MIPS for the calculation of the kinematic actual values and 200 MIPS for the calculation of the dynamic parameters in the measured value converter 10 and 400 MIPS for the transducer 11 . Corresponding computing systems are readily available on the market. Instead of using universal computers, the setpoint converter 5 and the measured value converters 10 and 11 can of course also be implemented in hardware.

Bei der Anwendung der Erfindung auf gegebene Prüfstände ist zu beachten, daß die im Sollwertwandler 5 und in den Meßwertwandlern 10 und 11 durch geführten Transformationen zwischen den verschiedenen Dimensionen unter Umständen keine eindeutigen Lösungen ergeben, ein Phänomen, das in anderem Zusammenhang bereits beobachtet wurde, ohne seine Ursache zu verstehen. Diese liegt darin, daß die Determinante der bei den mathematischen Operationen verwendeten Matrizen unter Umständen Null wird. Dies kann insbesondere bei einigen Anordnungen der Aktuatoren und Sensoren der Fall sein, die bisher aus konstruktionstechnischen Gründen bevorzugt worden sind. Daher sind entgegen der bisher üblichen Praxis bereits in der Konstruktionsphase von Prüfständen und dergleichen die für den Betrieb notwendigen Matrizenoperationen daraufhin zu untersuchen, unter welchen Umständen Determinanten Null werden können. Gegebenenfalls ist die Aktuator- oder Sensoranordnung geeignet zu ändern.When applying the invention to given test benches, it should be noted that the transformations between the different dimensions in the setpoint converter 5 and in the measured value converters 10 and 11 may not lead to unambiguous solutions, a phenomenon which has already been observed in another context without understand its cause. This is because the determinant of the matrices used in the mathematical operations may become zero. This can be the case in particular with some arrangements of the actuators and sensors which have been preferred up to now for constructional reasons. Therefore, contrary to the previous practice, the matrix operations necessary for operation must be examined in the design phase of test benches and the like, under which circumstances determinants can become zero. If necessary, the actuator or sensor arrangement must be suitably changed.

Claims

1.Control for drives of a load that is movable in several spatial dimensions, whereby several actuators acting in one dimension are coupled to the load in different directions and / or at different points and are controlled by an electronic drive control, the kinematic setpoints and force or torque setpoints for receives the actuator, characterized in that the drive controls ( 4 ) or at least two of the drive controls are connected together to a setpoint converter ( 5 ) which receives kinematic setpoints in a coordinate system and the

a) converts the kinematic setpoints for the load ( 1 ) on the basis of the geometric arrangement of the actuators ( 2 , 3 ) into the corresponding kinematic setpoints for the connected actuators and
b) using predetermined parameters of the load, which essentially describe the dynamic properties of the load as a rigid body, determines force and / or torque setpoints for the load and converts them into the corresponding force or torque setpoints for the connected actuators.

2. Control according to claim 1, characterized in that the kinematic Setpoints for the load paths, speeds and accelerations include.

3. Control according to claim 1 or 2, characterized in that the kinematic setpoints for load angles, angular velocities and Include angular accelerations.

4. Control according to one of the preceding claims, characterized in that one or more of the actuators are linear actuators ( 2 , 3 ) and that the kinematic setpoints for these actuators are distances, speeds and accelerations.

5. Control according to one of the preceding claims, characterized records that one or more of the actuators are rotary actuators and that the kinematic setpoints for these actuators angle, angular velocity speeds and angular accelerations.

6. Control according to one of the preceding claims, characterized in that the actuators comprise hydraulic actuators ( 2 , 3 ).

7. Control according to one of the preceding claims, characterized records that the actuators include electromechanical actuators.

8. Control according to one of the preceding claims, characterized in that the predetermined parameters of the load ( 1 ), which describe the dynamic properties of the load as a rigid body essentially completely, the mass of the load, the location of its center of gravity and the main axes of inertia of the load with the associated moments of inertia in the coordinate system.

9. Control according to one of the preceding claims, characterized in that the force or torque setpoints for the connected actuators ( 2 , 3 ) are determined in such a way that the sum of the squares of all forces or torques generated by the actuators applied to the load becomes minimal.

10. Control according to one of the preceding claims, characterized in that the actuators form a plurality of essentially identically constructed groups of at least two actuators ( 2 , 3 ) and that a plurality of substantially identical setpoint converters ( 5 ) are provided, each of the drive controls ( 4 ) control one of the groups of actuators.

11. Control according to one of claims 1 to 10, characterized in that eight mutually independent actuators are provided and that the kinematic setpoints for the load ( 1 ) are each six-dimensional quantities.

12. Measuring system for a load moving in several spatial dimensions, to which several one-dimensionally acting actuators are coupled in different directions and / or at different points, which are provided with adjusting sensors, characterized in that the measuring system furthermore several speed sensors ( 7 ) and Acceleration sensors ( 8 ), which sense the speeds or accelerations of the load ( 1 ) at different points and the number of which is at least equal to the number of degrees of freedom of the load, and comprises a transducer ( 10 ) which transmits the signals of the displacement sensors ( 6 ), the speed sensors ( 7 ) and the acceleration sensors ( 8 ) receives and converts them into kinematic actual values for the load in a coordinate system without linearization.

13. Measuring system according to claim 12, characterized in that a force sensor ( 9 ) is further provided on each actuator and that the transducer ( 10 ) using the obtained kinematic actual values of the load and the signals of the force sensors generates signals which reflect the dynamic properties of the Describe the load as a rigid body essentially completely in a coordinate system.

14. Measuring system according to claim 13, characterized in that the signals which essentially defines the dynamic properties of the load as a rigid body fully describe the mass of the load, the location of its center of gravity and the main axes of inertia of the load with the associated moments of inertia are in the coordinate system.

15. Measuring system according to one of claims 12 to 14, characterized in that that the kinematic actual values for the load paths, speeds and Accelerations include.

16. Measuring system according to one of claims 12 to 15, characterized in that the kinematic actual values for the load angle, angular velocities and include angular accelerations.

17. Measuring system according to one of claims 12 to 16, characterized in that that it is for a control according to one of claims 1 to 10 for determination of the parameters of the load is used, which is the dynamic eigen describe the load as a rigid body essentially completely.

18. Measuring system according to one of claims 12 to 17, characterized in that that it for regulating a control according to one of claims 1 to 10 in Agreement with the actual kinematic values for the load is used.

19. Measuring system according to one of claims 12 to 18, characterized in that the actuators are hydraulic actuators ( 2 , 3 ) and that the force sensors are pressure sensors ( 9 ).

20.Measuring system for a load moving in several spatial dimensions, to which a plurality of actuators acting one-dimensionally are coupled in different directions and / or at different locations, which are provided with force sensors, characterized by a transducer ( 10 ) which detects the signals of the force sensors ( 6 ) receives and converts them into kinematic actual values for the load in a coordinate system without linearization.

21. Measuring system according to claim 20, characterized in that the Kinematic actual values for the load paths, speeds and Accelerations include.

22. Measuring system according to claim 20 or 21, characterized in that the Actual kinematic values for the load angle, angular velocity and Include angular accelerations.

23. Measuring system according to one of claims 20 to 22, characterized in that that it for regulating a control according to one of claims 1 to 10 in Agreement with the actual kinematic values for the load is used.

24. Measuring system according to one of claims 20 to 23, characterized in that the actuators are hydraulic actuators ( 2 , 3 ) and that the force sensors are pressure sensors ( 9 ).

25. Measuring system according to one of claims 12 to 24, characterized in that eight mutually independent actuators are provided and that the kinematic actual values for the load ( 1 ) are each six-dimensional quantities.