JPH01248018A - 二軸レートジャイロスコープを含むジャイロスコープシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分計〕 本発明は、航空機やミサイルの誘導システムで使用され
るようなレートジャイロスコープに関する。かかるジャ
イロスコープの一例は、本出願人の先の英国特許第２０
７９９５４Ｂ号に開示されている。この二軸レートジャ
イロスコープでは、ロータは回転軸に垂直な平面内で互
いに直交する軸のまわシを自由に傾動できるよう取付け
られる。かかるレートジャイロスコープは、航空機また
はミサイルが回動する方向にロータを歳差運動させるよ
うロータにトルクが加えられるという特徴を有する。ロ
ータの周辺に向けて設けられた固定コイルは、ロータの
傾きを検出する角度ピックオフとして働く。これらコイ
ルも角度ピックオフの出力によシ駆動されるサーボシス
テムの制御により傾きに抗するようなトルクを発生する
。このシステムの動力学は、一つの軸に沿う加えられた
トルクが、他方の軸まわシに加えられ九角速度に比例す
るようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このタイプのジャイロスコープの性能は実際には種々の
要因により制限される。角度ピックオフは、一定のレン
ジに限ってリニアであるので、加えられた角加速度が大
きい状況下ではシステムの有効ダイナミックレンジを制
限している。制御ループの設計は、ロータの速度周波数
におけるロータトルクノイズを抑制するという要求、章
動制御をし、安定した制御ループを保証するという要求
と妥協している。かかる制限が重なシ、従来の二軸レー
トジャイロスコープのレート測定バンド幅を大幅に限定
している。

変位ジャイロスコープシステムでリニア加速度計を用い
ることは知られており、かかるシステムは米国特許第３
５８７３３０号に開示されている。

かかる変位ジャイロスコープでは、ロータにトルクを加
え、地球の重力界に対してロータを絶対的に垂直状態と
なるよう維持する。ジャイロスコープとそのペースプレ
ートとの間の角度の値は、角度ピックオフにより読み出
され、出力信号を発生する。垂線からの偏差を検出して
よってジャイロスコープにトルクを加えることによりジ
ャイロスコープの長期の安定性を保つのに単に加速度計
が使用される。これと対照的にレートジャイロスコープ
では、垂直に維持されることとは全く異なシ、車両が回
動する方向にロータが歳差運動するように車両が移動す
るたびにジャイロスコープのロータにトルクが加えられ
る。従って、かかるレートジャイロスコープシステムの
動力学は知られている変位ジャイロスコープとは全く異
なっている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の第１の特徴によれば、角度ピックオフ手段とロ
ータトルク印加手段を含む二輪レートジャイロスコープ
と、角度ピックオフ手段によシ検出された出力角に従っ
てロータトルク印加手段へ制御信号を供給するようにな
っている制御手段とから成るジャイロスコープシステム
は、トルク印加手段に供給される制御信号を検出され九
角加速度に従って変更するよう制御手段へ信号全出力す
るようになっている、二軸レートジャイロスコープから
独立し九角加速度検出手段を更に含むことを特徴とする
。

本発明の第２の特徴によれば、移動プラットフォームに
取付けられ、ロータと、角度ピックオフ手段と、ロータ
トルク印加手段とを含む二輪レートジャイロスコープシ
ステムを作動嘔せる方法は、プラットフォームに対する
ロータの角度変位を角度ピックオフ手段によシ検出し、
検出された変位に応じた第１制御信号を発生すること、
プラットフォームの角加速度を検出し、検出された角加
速度に応じた第２制御信号を第１制御信号と独立させて
発生すること、トルク信号を発生するように第２信号に
従って第１信号を変更すること、ロータトルク印加手段
にトルク信号を出力し、プラットフォームの運動方向に
ロータを歳差運動させることによシロータにトルクを加
えることから成る。

〔本発明の作用および効果〕

本発明は、ジャイロスコープ自体とは独立したレートジ
ャイロスコープシステム用の別の制御ループを設けるこ
とにより、主制御ループの設計上の制約の多くを除き、
レートジャイロスコープシステム全体が大幅に改善され
次性能を提供するものである。特に、本発明は、結果と
して角度旋回レート測定能力を大きく高めたままジャイ
ロホイール速度を遅くできる。従来のジャイロルーズの
設計は、所定のホイール速度に対し、ループバンド幅は
所定点を越えて大きくできないような設計であった。ル
ープバンド幅を更に広げるには、同様にホイール速度を
大きくしなければならない。しかしながら、ホイール速
度を増すと、ジャイロの最大旋回レート能力を低下して
しまう。本発明は、外部角加速度情報を利用することに
より、ループバンド幅とホイール速度との間の制約関係
をなくすものである。ホイール速度の低下は、ホイール
速度のノイズの低下につながシ得る。本発明は、角度ピ
ックオフのバンド幅および角加速度センサのバンド幅に
課された基本的限界まで複合システムのバンド幅を広げ
ることを可能にする。角加速度信号の適当な縮尺化をす
ると、角度ピックオフに対するジャイロのロータの定常
状態のハングオフを一定角速度入力または一定の角加速
度入力に対しゼロとなるよう設計できる。この結果、ロ
ータのハングオフを過度にすることなくきびしい角速度
の過渡現象を測定できるジャイロの能力が大幅に高めら
れる。

角加速度センサからの２次ループによ〕別の制御が得ら
れるので、ジャイロ固有の誤差のドリフト全大幅に低減
することなくジャイロスコープを含む主制御ループを狭
いバンド幅を有するよう設計できる。バンド幅が狭くな
った結果、ジャイロループ内でのホイール速度のノイズ
の高周波が大幅に減衰された。このことは、ホイールの
周波数の倍数でホイールに加えられるトルクによυ引き
起こされたレート測定値誤差の発生率を低減する。加え
られた角加速度の関数で表わされるレート測定値の誤差
を相殺するよう角加速度情報の設備を設けることもでき
る。

独立した角加速度検出手段は、第２ジヤイロスコープ、
角加速度計、フライホイール、または少なくとも２つの
リニア加速度計で形成できる。

角加速度検出手段は純粋な角加速度計、例えば角加速度
に比例した出力を出すよう特別に設計されたものでなく
てよく、充分広いバンド幅を有することを条件に適当な
電子処理と組合わせた他の形態の角度センサによっても
形成できる。レート測定値の偏υの不確実性、縮尺率誤
差、軸の不整合によシ複合システムで得られるレート測
定値の質は、主ジャイロスコープの固有の特性によシ大
きく決定され、角加速度測定手段の特性に大きく独立し
ている。よって比較的簡単なセンサ、例えば主ジャイロ
よシもグレードの低い適当に処理されたレートのジ゛ヤ
イロが使用できる。主ジャイロスコープが大きなシステ
ム、例えばストラップダウン航海システムまたはオート
パイロットの一部を形成しているとき、このジャイロス
コープは必要な角加速度フィードバックをするよう大き
なシステムにすでに入っているセンサを使用するように
できる。

次に添附図面を参照して本発明に係るシステムをより詳
細に説明する。

本発明に係るジャイロスコープは、二軸レートジャイロ
スコープ１と、独立した角加速計２と、信号処理および
ト□ルク増幅制御システム５とから成る。このジャイロ
スコープは、ロータ４と、ピックオフコイル５とを含む
。ロータ４の周辺に設けられた磁気素子は、ビツクオ７
コイル５に電流を誘導し、ロータ４の傾き角に依存する
信号を発生する。ピックオフコイル５からの信号は、制
御システム３へ入力される。制御システム３は、増幅器
６を含み、この増幅器はピックオフコイル５によって検
出されるようにロータの傾きに従って変化する信号を出
力する。この信号は、ロータ４に隣接して設けられたコ
イルへ送られ、コイルはロータ４の傾きに向するように
働くトルクをロータ４に加える。

図示しｆＣ特定の実施態様では、ピックオフおよびトル
クを発生するのに同一コイルが使用されている。

角加速度計２は、主ジャイロスコープ１とは独立し次制
御回路３に別の入力信号を発生する。

この結果得られる制御回路３からの出力信号は、ジャイ
ロスコープ１および角加速度計２の双方が取付けられた
ベースの環境上の角度運動に従ってジャイロスコープの
ロータ４を歳差運動させるようトルクを発生する。加速
計２からの出力は、ジャイロスコープフの念めの主制御
ループ用制御ループ整形項として使用される。

明僚にするため、このシステムは第１図の二軸ジャイロ
スコープの一軸のみに適用され念場合を示した。一般に
このシステムは他方の軸にもこのまま適用されるが、例
外は一軸だけの性能を高めなければならない場合である
。

第２図は、ラプラス表示によるジャイロスコープ１の動
力学およびその制御システムである。

Ｓ＝ニラプラス算子 Ａ＝対角線まわシのジャイロスコープの慣性モーメント Ｈ＝ロータの角運動量 τ８．τア＝ＸおよびＹＭＩまわシのジャイロスコープ
のロータにそれぞれ加えら れるトルク π工、πア＝Ｘおよびｙ軸まわりのそれぞれの角度ピッ
クオフ角 Ｆ　Ｃ８）　＝　角加速度計への入力とジャイロスコー
プのループへの入力との間の伝達 関数 に、　（Ｓ）　Ｋ２（Ｓ）　＝ジャイロスコープのルー
プ整形項 ω８．ωア＝Ｘおよびｙ軸まわシの入力角加速度 角加速度計センサ２への角加速度大刀とジャイロルーズ
に入力を発生するセンサ２がらの出力との間の伝達関数
は、選択されたセンサの特性に従って変化する。このセ
ンサは、純粋な角加速計、レートジャイロまたは適当な
電子信号整形回路全備えた簡単なフライホイールでもよ
い。従って、それぞれの場合、「実際界」の角加速信号
がＦ　（８）で処理されるとき、Ｆ（Ｓ）とに２（８）
／８の組合わせは、ジャイロトルカ−への　−入力が印
加された角速度に比例するような値となるようジャイロ
ループ整形項を発生する回路が選択される。内部誤差の
ない理想ジャイロでは、ジャイロが入力運動に正確に従
い、よってロータを停止させないよう組合わせ項に２（
８）／Ｓにより整形される信号がジャイロにトルクを加
えることになる。これらの理想条件下では、ジャイロの
制御ループは制御しなくてもよい。しかしながら実際に
はジャイロシステムには機械的ノイズおよび他の内部誤
差があるので、ジャイロループに制御しなくてはならな
い。選択したジャイロルーズの整形項に、（８）を与え
、与えられＬＫ２（Ｓ）およびＦｓによりジャイロルー
プ全体が安定するように再度電子信号の整形が用いられ
る。

二軸レートジャイロスコープの特定態様を参照して本発
明を説明し次が、本発明は、他のタイプのレートジャイ
ロスコープにも等し〈実施できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を示す図、第２図はラプラス表示を使
用した本発明のシステムの動力学を示すブロック図であ
る。 １・・・レートジャイロスコープ ２・・・角加速度計 ３・・・制御システム ４・・・ロータ ５・・・ピックオフコイル ％　許出ｍ　入　　プＩＪテツシュ　エアロスペースパ
ブリック　リミテッド　カンパニー 図面の浄書（内容に変更なし） Ｆｉｇ、　７゜ トルクコイルへ 手続補正書（自発） １．事件の表示 特願平　１−３００８７　　号 ２、発明の名称 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 名称　ブリテラシュ　エアロスペース　パブリックリミ
テッド　カンパニー ４、代　理　人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）角度ピックオフ手段とロータトルク印加手段（５
   ）を含む二軸レートジャイロスコープ（１）と、角度ピ
   ックオフ手段（５）により検出された出力角に従ってロ
   ータトルク印加手段（５）へ制御信号を供給するように
   なつている制御手段（３）とから成るジャイロスコープ
   システムにおいて、 トルク印加手段（５）に供給される制御信号を検出され
   た角加速度に従って変更するよう制御手段（３）へ信号
   を出力するようになつている、二軸レートジャイロスコ
   ープから独立した角加速度検出手段（２）を更に含むこ
   とを特徴とするジャイロスコープシステム。（２）角加
   速度検出手段（２）はレートジャイロと、このレートジ
   ャイロからの信号を処理し、検出された角加速度に比例
   した出力を発生するようになつている処理手段から成る
   特許請求の範囲第１項記載のシステム。 （３）角加速度検出手段（２）は少なくとも２つのリニ
   ア加速度計と、少なくとも２つの角加速度計からの信号
   を処理して検出された角加速度に比例した出力を発生す
   るようになつている処理手段とから成る特許請求の範囲
   第１項記載のシステム。 （４）角加速度検出手段（２）は二軸レートジャイロス
   コープ（１）から独立したガイダンスシステムの一部を
   形成する特許請求の範囲第１〜３項のいずれかに記載の
   システム。（５）移動プラットフォームに取付けられ、
   ロータと、角度ピックオフ手段と、ロータトルク印加手
   段とを含む二軸レートジャイロスコープシステムを作動
   させる方法において、プラットフォームに対するロータ
   の角度変位を角度ピックオフ手段により検出し、検出さ
   れた変位に応じた第１制御信号を発生すること、プラッ
   トフォームの角加速度を検出し、検出された角加速度に
   応じた第２制御信号を第１制御信号と独立させて発生す
   ること、 トルク信号を発生するように第２信号に従つて第１信号
   を変更すること、 ロータトルク印加手段にトルク信号を出力し、プラット
   フォームの運動方向にロータを歳差運動させることによ
   りロータにトルクを加えることから成る二軸レートジャ
   イロスコープシステムを作動する方法。