JPH02501010A - 位相シフトの修正をともなう角速度センサ - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 位相シフトの修正をともなう角速度センサ１１吐ｉｉ この発明は、使用する加速度計の回転角速度を決定するための装置に関するもの である。

１１へｆｔ 所与の座標軸の周囲の回転角速度は、加速度計の感度軸に直角で、回転が計測さ れるべき速度軸に直角の軸に沿って加速度計を動かす（例えば、振動させる）こ とによって計測される０例えば、その回転速度が計測されるべきボディ（対象物 ）内の固定されたＸ、Ｙ、Ｚ座標軸のセット、および、これも固定されていて、 その感度軸がＺ軸に沿って整列された加速度計について考えてみる。ボディの角 回転ベクトルにＸ軸に沿った成分が含まれているものとすると、Ｙ軸に沿った加 速度計の周期的な動きは、加速度計によってセンスされるＺ方向で作用する周期 的なコリオリ加速度をもたらすことになる。コリオリ加速度の大きさは、Ｙ軸に 沿った速度およびＸ軸の周囲の回転速度に比例している。その結果として、加速 度計の出力に含まれたＤＣ成分または緩やかに変化する成分はボディの２軸に沿 った線形の加速度を表わし、また、周期的な成分はＸ軸の周囲でのボディの回転 を表わしている。

加速度計の出力の処理は、Ｘ、ＹおよびＺ軸の周囲での線形加速度および角速度 をもたらすために、Ｘ方向およびＹ方向において感度軸を有し、また、それぞれ に２軸およびＸ軸に沿って動かされる加速度計の出力に沿ってなされる。このよ うな信号処理の説明は、米国特許第４゜４４５．３７５号および同第４，５９０ ，８０１号でなされている。

米国特許第４，５９０，８０１号で説明されているように、回′転速度センナの 好適な実施例に含まれているものは、各軸に対して、それらの感度軸が平行にま たは互いに逆平行にされた２個の加速度計、および、それらの感度軸に′直角の 軸に沿って加速度計を振動させるための手段である。このような加速度計の対を 振動させるために適当な方法は米国特許第４，５１０，８０２号に説明されてい る。当該特許で説明された装置においては、共通の振動軸に沿って加速度計を振 動させるために、平行四辺形構造が使用されている。このような配置において実 証されることは、所望の感度軸に関する加速度計の不整列と、゛加速度計の動き およびそれらの結果としての出力信号の間の位相シフトとの間の相互作用によっ てバイアス・エラーが生成されるということである。このバイアス・エラーは、 加速度計を振動させるために使用される加速度成分を、前記の不整列によりセン スするという事実からもたらされるものである。いずれの位相シフトも存在しな いときには、この成分は振動に起因する加速度と同期するものであり、このため に、振動速度とは９０度の位相のずれがあり、従って、コリオリ加速度ともずれ がある。従って、その振動加速度は速度チャンネルにおいて打ち消されることに なる。しかしながら、その振動速度と出力信号のコリオリ成分との間で加速度計 によって誘導された位相シフトのために、振動加速度成分が位相シフトされてそ の副成分は振動速度と同位相になり、従って、速度チャンネルにおいてこれが顕 著になる。不整列と位相シフトとの間のこの相互作用が、このタイプの角速度セ ンサにおける最大のバイアス・エラー源である。

上述された速度バイアスを除去するためのアプローチは、米国特許第４，６６５ ，７４８号に開示されている。当該特許において説明されている装置は、加速度 計の角速度出力が加速度計の動きと同位相の信号によって復調されて、該加速度 計の動きをゼロの値に同調させるように、加速度計の出力信号の成分を駆動する ために使用されるフィードバック信号を生成するようにされる。この発明は、加 速度計の不整列と位相シフトとの間・の相互作用に起因するバイアス・エラーを 減少させるための、改良された技術に関するものである。

ｌｉへ１更 この発明によれば、改良されたバイアス減少技術に基づく角速度センサが提供さ れる。その好適な実施例においては、角速度センサに含まれた位相サーボが、加 速度計の出力信号と復調の時間基準との間の位相シフトを減少させるように動作 する。

１個の好適な実施例において角速度センサを構成するものは、加速度計アセンブ リ、タイミング／コントロール手段、第１および第２の復調手段、速度チャンネ ル手段、および、ディレィ・コントロール手段である。加速度計アセンブリを構 成する第１および第２の加速度計は、それらのカセンス軸が共通センス軸に平行 であり、該加速度計の振動手段がアークに沿っていて、該アークの各々がセンス 軸に直角の振動軸に対するタンジェントであるように搭載されている。この明細 書においては、“平行”なる述語は“逆平行”を包含するものとして理解される べきである。好適な実施例においては、加速度計のカセンス軸は互いに逆平行に されている。また、加速度計アセンブリに含まれている駆動手段は、それぞれの アークに沿って、第１の周波数での周期的な駆動信号に応答して、加速度計を該 第１の周波数で振動させるものである。かくして、各加速度計の出力化７号には 、該第１の周波数の２倍に等しい第２の周波数での成分が含まれることになる。

タイミング／コントロール手段が発生させるマスク・タイミング信号から駆動信 号が導出される。このマスク・タイミング信号は、第１および第２のタイミング 信号を発生させるためにも使用される。該第１のタイミング信号で表わすものは 、駆動信号に関して積位相にある第同位相にある第２の周波数での第１の位相シ フト成分である。この第１のタイミング信号は、第１のディレィ信号についての 所定の間数である第１の時間ディレィ分だけディレィされている。同様な態様で 、該タイミング／コントロール手段が発生させる第２のタイミング信号は第２の 速度成分および位相サーボ成分を表すものであって、第２のディレィ信号につい ての所定の関数である第２の時間ディレィ分だけディレィされている。第１の復 調手段によれば、第１の速度成分を用いる第１の出力信号を復調して第１の速度 信号を生成し、また、第１の位相シフト成分を用いる第１の出力信号を復調して 第１の位相シフト信号を生成するようにされる。同様にして、第２の復調手段に よれば、第２の速度成分を用いる第２の出力信号を復調して第２の速度信号を生 成し、また、第２の位相シフト成分を用いる第２の出力信号を復調して第２の位 相シフト信号を生成するよ・うにされる、速度信号は速度チャンネル手段により 使用されて、感度軸および振動軸と直角の軸の周囲での角速度を生成するように される。

ディレィ・コントロール手段は、第１および第２の位相シフト信号を受け入れて 、第１および第２のディレィ信号を生成させる。好適な実施例において、ディレ ィ・コントロール手段で生成される第１のオフセット信号により表わされるもの は、第１の時間ディレィおよび駆動信号と第１の出力信号の周期的な成分との間 の位相シフトに対応する位相シフトの間の、第２の周波数において予測された差 である。このディレィ・コントロール手段によれば、第１のオフセット信号が第 １の位相シフト信号と比較されて、それらの間の差を表わす第１のエラー信号を 生成するようにされる。同様な態様において、ディレィ・コントロール手段で生 成される第２のオフセットび駆動信号と第２の出力信号の周期的な成分との間の 位相シフトに対応する位相シフトの間の、第２の周波数において予測された差で ある。この第２のオフセット信号は第２の位相シフト信号と比較されて、それら の間の差を表わす第２のエラー信号を生成するようにされる。これらの第１およ び第２のエラー信号は、該第１および第２のエラー信号間の差がゼロの値に向け て駆動されるように、第１および第２のディレィ信号、を生成させるために使用 される。

好適な実施例においては、ディレィ・コントロール手段により第１および第２の ディレィ信号が生成されて、２個のエラー信号の大きい方の振幅が減少するよう にされる。更に別の実施例においては、角速度の大きさを修正するための修正項 を計算する速度チャンネル手段を可能化するための手段が設けられている。ここ に、前記の修正項は、第１、第２のエラー信号、および、センス軸に関する加速 度計の角度的な不整列を表わす信号の関数である。単一の加速度計からなる発明 の実施例も開示される。

の　゛　ｔ＝　日 第１図は、この発明による角速度センサおよび位相サーボの好適な実施例につい ての概略的なブロック図である。

第２図は、位相シフト予測手段の好適な実施例のブロック図である。

第３図は゛、１対の加速度計を構成するこの発明の角速度センサのブロック図で ある。

第４区は、第３図におけるディレィ・コントロール回路の好適な実施例のブロッ ク図である。

日の＝４−雪日 米国特許第４，５９０，８０１号および同第４，６６５，７４８号で説明されて いるタイプの角速度センサに・おいては、不整列と位相シフトとの相互作用に起 因する速度バイアスは下記に比例している。

２（＋、ｓｉｎφｌ”１ｌｚｓ！ｎφ２）　（１）ここに、α、およびα２は加 速度計の不整列であり、また、φ１およりφ、は加速度計の出力信号と復調時間 基準との間の正味の位相シフトに対応するものである。一般的には、各位相シフ トは、加速度計の振動運動とこのような振動に起因する加速度計の出力信号との 間の位相シフトに、駆動信号と実際の加速度計の運動との間の位相シフトを加え て、後述されるように、この発明によって誘導される位相修正を減じたものに等 しくなる。一般的には、加速度計の運動と加速度計の出力信号との間の位相シフ トは、駆動信号と加速度計の運動との間の位相シフトよりも遥かに大きいもので ある。設計によるにせよ、米国特許第４，５１０，８０２号で説明されている位 相オフセット・コントロールの調節によるにせよ、または、この発明の位相サー ボによるにせよ、φ、およびφ２が小さい角度である通常の場合においては、式 （１）は下記のように書くことができる。

（ａ、＋ａ、）（φ１÷φ２）＋（ａｌ−ａ２）（φ、−φ、＞　（２）米国特 許第４，６６５，７４８号で説明されている無効化装置によれば、α１を一α２ に等しくすることにより、式（２）の第１項がゼロになるようにする。しかしな がら、式（２）の第２項は、加速度計の位相シフトが、互いに等しくない限りは 、まだバイアス・エラーを生じさせることになる。

一実施例においては、この発明で提供される位相サーボが、φ１がφ２に等しく なり、および／または、φ１およびφ２の各々がゼロになるようにされる。この 発明の第２の局面においては、α１、α１、φ１およびφ２の大きさが決定され 、式（２）の第２項が評価されて、計算された角速度から減算されるが、実際に は既知のバイアス・工イアスーエラーを最小にするために双方の技術が使用され る。第２の好適な実施例においては、既知のバイアス・エラーを減じるために式 （２）が使用されて、米国特許第４．５１０，８０２号で説明されているように 、実験室での目盛り調整の間は固定されたオフセットに設定される。

この発明が有利に実施される速度センサにおいて、逆平行の感度軸を有する１対 の加速度計が、米国特許第４゜５９０．８０１号で説明された態様で、共通の振 動軸に沿って互いに１８０度の位相ずれをもうて振動される。ただし、説明を容 易にするために、この発明の位相サーボの局面については、始めに、第１図に示 された単一の加速度計による実施例に関連して説明される。この実施例に含まれ ているものは、加速度計アセンブリ１２、タイミング／コントロール回路３０、 復調器３２、角速度チャンネル３４、および、位相シフト予測器３６である。加 速度計アセンブリ１２に含まれている線形加速度計１４は、ライン２２上に出力 信号を生成させる。この出力信号はＺ軸に平行に整列された感度軸Ｓに沿ってい る加速度計１４の加速度の関数である。加速度計１４はアーチ形の経路１６に沿 って振動されるが、これは振動軸Ｖに対してタンジェントの関係にあり、また、 Ｙ軸に平行であるとともに感度軸に直角である。振動運動の間の振動の実行は、 感度軸ＳがＺ軸に対して平行に留まる態様でなさに比例した駆動信号に応答して （また、これと同期して）加速度計を振動させる。駆動信号のための指示ｓｉｎ ωｔは、加速度計１４が時点ｔ・０においてその振動中点にあることを指示する ものである。

米国特許第４，５１０，８０２号に開示されているように、経′路１６に沿った 振動に基づき、その感度軸に沿って加速度計１４により得られる加速度は次のよ うに与えられる。

４１２Ｒθｓｉｎψ５ｉｎ１１ｔ＋ａ２Ｒθ２ｃｏｓψｃｏｓ２ｍｔ　（３）こ こに、ωは振動の角周波数、Ｒは経路１６の曲率半径、ψは振動の初期オフセッ ト、そして、θは振動の振幅である。かくして、加速度計１４によりライン２２ 上で生成される出力信号は次の４個の成分を含んでいる。即ち、Ｚ軸に沿った線 形加速度に基づく線形加速度成分Ａ２、Ωつｅｏｓｍｔに比例したコリオリ成分 （ここに、Ω×は第１図の平面から指向されたＸ軸の周囲の加速度計アセンブリ １２の角速度）、および、上記の式（３・）のｓｉｎ＃ｔおよびｃｏｓ２４１ｔ 毎に比例した成分である。米国特許第４，６５５，７４８号で説明されているよ うに、加速度計１４からの出力信号は、該加速度計１４の感度軸に対して逆平行 の感度軸をもって反対方向に振動される第２の加速度計の出力信号とともに処理 されて、角速度Ω、に比例した信号が生成される。

ここで、第１図に例示された信号処理要素の動作について説明する。その検討を 簡単にするために、Ａｚ酸成分よびｓｉｎ＃を成分は無視できるものとする。こ の信号処理要素の目的は、ライン２２上での信号を処理して、角速度Ω８を指示 する信号を生成させることである。一般的に、これの達成は、出力信号をｅｏｓ ｍｔと同期した周期的信号で復調することによりなされる。しかしながら、実際 の装置においては、出力信号の周期的成分とライン２０上での駆動信号との間に は位相シフトが存在する。かくして、理想的には、出力信号の復調は、周波数ω で加速度計アセンブリによって誘導された位相シフトφ、に対応する大きさだけ 、時間的なディレィまたは位相のシフトがなされた、ｅｏｓｍｔと同期した信号 によってなされるべきである１時間的なディレィＴ、によって生成された周期的 な信号の位相シフトはωＴ、に等しく、ここに、ωは信号の角周波数である。前 述されたように、該位相シフトφ、は、加速度計の運動と周期的な出力信号成分 との間の比較的大きい位相シフートと、駆動信号と加速度計の運動との間の比較 的小さい位相シフトとの和である。ｅｏｓｍｔの復調信号を所要の大きさだけデ ィレィさせるための位相サーボ技術について以下に説明する。

位相サーボを閉にすることなく、装置の開ループへの変更のものについて始めに 説明することにより、この装置の理解が容易になる。ここでの簡略な説明におい て、ｅｏｓ＃ｔの復調信号についての所要の時間的なディレィは、ｃｏｓ２ｓｔ に比例した出力信号の位相シフトを始めに測定することで決定され、かくして、 周波数２ωにおける加速度計アセンブリの位相シフトφ２．が決定される。

ｃｏｓ２ωｔに比例した出力信号成分の位相シフトは、出力信号なｓｉｎｍｔと 同期した信号で復調することによって決定される０位相シフトφ２．が一旦決定 されると、それは周波数ωにおける位相シフトφ、を予測するために使用される 。この予測された位相シフトφ、は、関係式Ｔ、＝φ、／ωを用いて、所要の時 間的なディレィＴ、に変換される。

この発明による実際の位相サーボにおいては、時間的なディレィＴ４は５ｉｎ２ ωｔおよびｃｏｓｌｉｔの復調信号の双方に対するディレィのために使用される 。これの達成は、タイミング／コントロール回路３０、復調器３２および位相シ フト予測器３６からなる位相サーボ・ループによってなされる。タイミング／コ ントロール回路３０はライン上で適当なりロック信号を受け入れる。そして、こ のクロック信号を用いて、ライン４２．４４および４６のそれぞれの上で、タイ ミング信号ＳにＮ　５ｉｎｓｔ、ＳＧＮ　ｅｏｓｍｔおよびＳにＮ　５ｉｎ２＆ ｔを発生させる。ここでの記号“ＳＧＮ″は“該当の符号”を表わすものであり 、また、ライン４２．４４および４６の上での信号は、周期的な関数に対応する 符号をコード化させる任意の信号である。

当業者によって認められることは、ライン４２．４４お単−の周期的な信号であ り得るということである。ライン４２上での信号ＳＧＮ　５ｉｎ６１ｔは駆動信 号発生器５０に入力され、該駆動信号発生器で使用されて、ライン２０上で正弦 駆動信号５ｉｎｉｔが発生される。加速度計アセンブリ１２は、上述されたよう に、経路１６に沿って加速度計１４を振動させることにより該駆動信号に応答す る。

ライン４４および４６の上での信号ＳＣＮ　ｃｏｓωｔおよびＳにＮ　５ｉｎ２ ωｔはディレィ回路５２に入力され、それぞれのライン５４および５６上で、こ れらの信号についてディレィして変形された信号が生成される。なお、ここでの ディレィの大きさはライン５８上でのディレィ信号によってコントロールされる ものである。ライン５４上でのディレィされた信号ＳにＮ　ｃｏｓｌｌｔは、Ｙ 軸およびＺ軸に直交するＸ軸の周囲での角加速度Ωつを決定するために、ライン ２２上での出力信号を復調する角速度チャンネル３４において使用される。ディ レィ回路５２によって誘導されるディレィの目的は、加速度計アセンブリ１２の 位相シフトに等しい大きさだけ、ライン５４上での復調信号を位相シフトさせる ことである。この発明によれば、ディレィ回路５２によって誘導されるディレィ は、ライン５８上でのディレィ信号によって決定され、次いで、復調器３２およ び位相シフト予測器３６によって決定される。

復調器３２においては、ライン５６上での復調信号ＳにＮ　ｓｉｎωｔを用いて 出力信号の復調をする。復調器３２によってライン６０上で生成される、結果と しての位相シフト信号は、駆動信号の２倍の周波数において、加速度計アセンブ リ１２の位相シフトと時間的なディレィＴ、に対応する位相シフトとの間の差を 表わすものである。この位相シフト信号は位相シフト予測器３６に入力される１ 位相シフト予測器３６においては、位相シフト信号と、現在のディレィ信号に基 づいて該位相シフト予測器によって発生されたオフセット信号との比較がなされ る。このオフセット信号は、駆動信号の２倍の周波数において、加速度計アセン ブリ１２によって生成された位相シフトと時間的なディレィＴ、に対応する位相 シフトとの間の差の予測値を表わすものである０位相シフト予測器においては、 位相シフト信号からオフセット信号が減算されて、それらの間の差に対応−する エラー信号を生成するようにされる０次いで、位相シフト予測器は、エラー信号 がゼロ値に向けて駆動されるように、該エラー信号に基づいてディレィ信号を更 新させる。エラー信号はライン７０を介して角速度チャンネル３４にも入力され 、この角速度チャンネルにおいて、角速度の計算を改善するために使用される。

第２図には、位相シフト予測器３６のための好適な実施例が示されている。この 位相シフト予測器は、プログラム化されたデータ・プロセッサにより、または、 アナログ信号処理要素により、デジタル的な領域で実施することができる。一般 的には、より嵩度の正確性のために、デジタル的な実施が好適である。かくして 、例えば、ここでの術語“信号”の使用には、アナログ信号に加えて、データ・ プロセッサによって生成されるデジタル・ワードが含まれることが理解されるべ きである１位相シフト予測器を構成するものは、加算点８０、スケーラ８２、加 算ブロック８４、予測モデル８６および温度センサ９０である。゛ライン５８上 で加算ブロック８４により生成されるディレィ信号は、周波数ωにおける駆動信 号に関する加速度計出力信号の位相シフトφ、の予測値である。

予測モデル８６においては、信号φ、を受け入れて、ライン８８上でオフセット 信号φ。ｆｆ５ａｔを生成させる。このオフセット信号は、周波数２ωにおける 出力信号の位相シフトと、周波数２ωにおける現在のディレィ信号の位相シフト との間の差の予測値である。最も簡単な場合においては、φ。ｆｆａ＠ｔがゼロ に等しいように、周波数２ωにおける位相シフトが周波数ωにおける位相シフト の２倍に等しいものと単に仮定することができる。これは、周波数ωお、よび２ ωにおいて時間的なディレィが等しい場合に対応するものである。ただし、加速 度計アセンブリ１２を２次装置としてモデル化できると仮定したときには、２ω （゛おける、位相シフトのより正確な予゛測値を次のように決定することができ る。

φａｔｔ＊ａｔ＝　ｓｉｎ［ｔａｎ−’　（（２（１−（ｍ／ｉｉ、、）’）ｔ ａｎφ、）／（１−４（ω／ω、）２１）−２φ、÷φｃ］　（４）ここに、ω ゎは加速度計アセンブリの自然周波数であり、また、φ。は目盛り調整値である 。第２図のライン９２で指示されているように、予測モデル８６は位相関係につ いての温度のモデル化を付与することもできる。かくして、最も簡単な場合にお いては、φ。ｆｆｌ＠ｔはφ、および温度だけの多項式関数としてモデル化させ ることができる。一般的に、予測モデルは、装置によって発生されるφ１、およ び、定数または温度の反復型間数のいずれかであるωおよびω。のような大きさ だけの関数である。

予測処理を実際的なものにするのがこの特性である。多くの他の低次ダイナミッ ク装置と同様に適度に減衰された２次装置に対しては、２ωにおける位相シフト がωにおける位相シフトの２倍に等しく、φ。ｒｔｓｅｔはφ３．よりも相当に 低くされる。かくして、式（４）で付与された改善は比較的小さいものであって 、予測モデルの正確な形式は多くの適用に対して臨界的なものではない。

加算接続部８０においては、ライン６０上での位相シフト信号とライン８８上で の信号φ。ｆ□、ｔとの間の差が決定され、次いでスケーラ８２においては、こ の差信号に１／２を乗算することにより、当該差を（２ωではなく）ωの領域に 変換させる。ライン７０上での結果としてのエラー信号は、位相シフト信号と該 位相シフト信号の現在の予測値φ。ｆｌｏａｔとの間の差を表わすものである。

このエラー信号は加算ブロック８４において積分され、ライン５８上にディレィ 信号が生成されるものであって、該エラー信号がゼロ値に向かうように連続的に 駆動させるような動作をする。

この発明による位相サーボを備えた角速度センサの好適な実施例が、第３図およ び第４図に示されている。この角速度センサに含まれているものは、加速度計ア センブリ１００、タイミング／コントロール回路１０２、復調器１０４と１０６ 、ディレィ・コントロール回路１０８、角速度チャンネル１１０、および、不整 列チャンネル１１２である。加速度計アセンブリ１００に含まれている加速度計 １２０および１２２は、米国特許第４，５９０゜８０１号で説明されているよう に、平行四辺形アセンブリ１２４に搭載されている。加速度計１，２０および１ ２２はそれらの感度軸が逆平行になるように位置付けられており、互いに１８０ 度の位相ずれをもって、振動軸に沿って振動されている。この振動軸は加速度計 の感度軸に直角にされている。加速度計１２０および１２２は、それぞれに、ラ イン１３０および１３２上で出力信号を生成させる。

加速度計１２０からのライン１３０上での出力信号は復調器１０４によって処理 され、また、加速度計１２２からのライン１３２上での出力信号は復調器１０６ によって処理される。復調器１０４および１０６は、それぞれに、タイミング／ コントロール回路１０２からのライン１３４および１３６上でのタイミング信号 によってコントロールされる。このタイミング／コントロール回路に含まれてい るものは、クロック回路１４０、駆動信号発生器１４２、および、ディレィ回路 １４４と１４６である。クロック回路１４０からライン１４８上で生成されるマ スク・タイミング信号は、周波数ωにおける振動サイクルを規定するものである 。例えば、ライン１４８上でのマスク・タイミング信号を構成できるものは、π ／２ωなるインタバルで間隔をおかれた一連のパルスまたはエツジである。この マスク・タイミング信号は駆動信号発生器１４２によって受け入れられ、この駆 動信号発生器で使用されて、ライン１５０上でｓｉｎｍｔに同期した駆動信号を 生成するようにされる。

ディレィ回路１４４はマスク・タイミング信号を受け入れて、ライン１３４上で ディレィされたタイミング信号を生成させるが、このディレィの大きさはライン １５０上で受け入れたディレィ信号によってコントロールされるものである。同 様な態様で、ディレィ回路１４６はマスク・タイミング信号を受け入れて、ライ ン１３６上でディレィされたタイミング信号を生成させるが、このディレィの大 きさはライン１５２上でのディレィ信号によってコントロールされるものである 。復調器１０４においては、ライン１３４上でのディレィされたタイミング信号 を用い、加速度計１２０の出力信号を関数５ｉｎ２ａｔ、　ｅｏｓｉａｔおよび ｓｉｎｍｔで復調して、それぞれに、ライン１６０上での位相シフト信号Ｐ１、 ライン１６２上での速度信号Ｃ１、および、ライン１６４上での整列信号Ｓ１を 生成させる。同様にして、復調器１０６においては、ライン１３６上でのディレ ィされたタイミング信号を用い、加速度計１２２の出力信号を復調して、ライン １７０上での位相シフト信号Ｐ２、ライン１７２上での速度信号Ｃ２、および、 ライン１７４上での整列信号Ｓ２を生成させる。

ライン１６０および１７０上での位相シフト信号Ｐ１およびＰ２はディレィ・コ ントロール回路１０８に入力される。ディレィ・コントロール信号により、ライ ン１６０および１７０上での位相シフト信号を、それぞれに、ライン１５０およ び１５２上での現在のディレィ信号と比較し、位相シフトと現在のディレィ信号 との差に対応して、それぞれに、ライン１８０および１８２上でエラー信号φ、 、およびφ、２を発生させる。ディレィ・コントロール回路１０８においてはラ イン１５０および１５２上でのディレィ信号を調整して、エラー信号φ、１およ びφ、２の間の差をゼロに向けて駆動するようにされる。一般的には、これの達 成は、エラー信号を互いに等しくすること、および／または、双方のエラー信号 をゼロに等しくすることでなされる。

これらのエラー信号は、復調器１０４および１０６からの信号Ｃ１、Ｃ２、Ｓｌ およびＳ２とともに、角速度チャンネル１１０に入力される。ここで説明された タイプの加速度計アセンブリについては、振動周期Ｔ中のＸ軸の周囲の角度の変 化Δθ８は次のように与えられることが認められる。

Δθｘ□ａ［ｃ１＋ｃ２＋ｂ（Ｃ１−Ｃ２）＋ｅＴ］＋ｄ［Ｓ１φ、、＋Ｓ２φ 、２］　（５）この式において、ａ、ｂ、ｃおよびｄは温度のモデル化された係 数である。式（５）において第１のカッコ付きの項は米国特許第４，６６５，７ ４８号における式（７）に対応しており、また、式（５）において第２のカッコ 付きの項は上記の式（２）における第２項に対応している。角速度チャンネル１ １０においては式（５）の実施を行い、各振動周期に対するΔθ８を決定して、 Ｘ軸の、周囲の角速度を測定する。また、角速度チャンネル１１０においてはＳ ｌおよびＳ２の値をも使用して、ライン１７８上での不整列コマンド市を発生さ せ、これは不整列チャンネル１１２に入力される。不整列チャンネル１１２につ いては、米国特許第４．６６５．７４８号に詳述されている。該不整列コマンド は、好適には、ブロック１１０において指示されているように発生される。ここ で、ｆ、ｇおよびｈは温度モデルの係数である。

ディレィ・コントロール回路１０８が各エラー信号φ・１およびφ・２をゼロに する探索だけをする装置については、このディレィ・コントロール回路は、第２ 図に示されている位相シフト予測器３６のような、２個の接続されない回路から なるだけで良い、しがしながら、式（２）を参照すると、φ、、およびφ、２の 値がゼロでなくても、φ、Ｉをφ、２に等しくすることにより、式（２）の第２ 項がゼロになるように駆動されることが認められる。かくして、好適な実施例に おいては、ディレィ・コントロール回路により、各エラー信号をゼロにすると同 様に、エラー信号φ、１およびφ、２を互いに等しくするように探索することも できる。このようなディレィ回路の好適な実施例は第４図に示されている。この ディレィ・コントロール回路を構成するものは、位相シフト予測器１９０と１９ ２、ロジック回路１９４、および、加算ブロック１９６と１９８である１位相シ フト予測器１９０および１９２の双方は、第２図に示されている位相シフト予測 器３６と同等のものである０位相シフト予測器１９０および１９２は、それぞれ に、ライン２００および２０２上でエラー信号φ、１およびφ、２を生成させる 。ロジック・ブロック１９４では信号φ、１およびφ、２の試験をして、これら ２個の中のいずれが太きいがを決定する。φ、１の方が大きいときには、ロジッ ク・ブロック１９４により、加算ブロック１９６に蓄積されているカウント値を 減少させ、これにより、加算ブロック１９６でライン１５０上に生成されるディ レィ信号を減少させる。この動作により、φ、の大きさを減少させること、およ び、φ、１をφ、、により等しくすることの、双方の目的が果たされる。

同様にして、φ、２がφ、１よりも大きいときには、ロジ・ジク・ブロック１９ ４により、加算ブロック１９８に蓄積されているカウント値を減少させる。第２ 図を参照すると、加算ブロック１９６および１９８が、加算ブロック８４で行わ れるものと同様な動作をすることが認められる。即ち、対応するエラー信号の積 分動作をすることが認められる。

この発明の好適な実施例についての例示および説明がなされたけれども、その変 更は当業者にとって明らかなことである。従って、この発明は説明された実施例 に限られるべきではなく、この発明の範囲は請求の範囲の記載を参照して決定さ れるべきである。。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の７第１項）平成　１年　３月　９日

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. （１）対象物の回転の角速度を表わす角速度信号を発生させるための装置であっ て： 第１の力センス軸を有する第１の加速度計であって、該第１の力センス軸に沿っ た加速度を指示する第１の出力信号を生成させるための手段を含む該第１の加速 度計、第２の力センス軸を有する第２の加速度計であって、該第２の力センス軸 に沿った加速度を指示する第２の出力信号を生成させるための手段を含む該第２ の加速度計、それちの力センス軸の双方が共通のセンス軸に平行であるように該 第１および第２の加速度計を搭載するための手段であって、該加速度計は、その 各々が該センス軸に対して直角の振動軸に対するタンジェントであるようなそれ ぞれのアークに沿って振動できるようにされた前記の手段、および、第１の周波 数を有する周期的な駆動信号を受け入れるように結合された駆動手段であって、 該駆動手段には該第１の周波数においてそれぞれのアークに沿って加速度計を振 動させるための手段が含まれており、各出力信号には該第１の周波数の２倍に等 しい第２の周波数における成分を含んでいる加速度計アセンブリ； 周期的なマスク・タイミング信号を発生させるための手段、駆動信号がマスタ・ タイミング信号に対して所定の位相的な関係を保持するように駆動信号を発生さ せるための手段、第１のタイミング信号が駆動信号に関する求積位相の第１の周 波数における第１の速度成分を表わすように該第１のタイミング信号を発生させ るための手段、駆動信号と同位相の第２の周波数における第１の位相シフト成分 であって、該第１のタイミング信号は第１のディレイ信号の所定の関数である第 １の時間的なディレイ分だけディレイされているもの、および、第２のタイミン グ信号が駆動信号に関する求積位相の第１の周波数における第２の速度成分を表 わすように該第２のタイミング信号を発生させるための手段、駆動信号と同位相 の第２の周波数における第２の位相シフト成分であって、該第２のタイミング信 号は第２のディレイ信号の所定の関数である第２の時間的なディレイ分だけディ レイされているもの、を含んでいるタイミング／コントロール手段； 第１の出力信号および第１のタイミング信号を受け入れるように結合された第１ の復調手段であって、第１の速度成分を用いて第１の速度信号を生成させるため の第１の出力信号の復調手段、および、第１の位相シフト成分を用いて第１の位 相シフト信号を生成させるための第１の出力信号の復調手段を含んでいるもの； 第２の出力信号および第２のタイミング信号を受け入れるように結合された第２ の復調手段であって、第２の速度成分を用いて第２の速度信号を生成させるため の第２の出力信号の復調手段、および、第２の位相シフト成分を用いて第２の位 相シフト信号を生成させるための第２の出力信号の復調手段を含んでいるもの； 第１および第２の速度信号を受け入れて、感度軸および振動軸に直角な軸の周囲 の角速度を指示する角速度信号を生成させるための速度チャンネル手段；および 第２の周波数において、第１の時間的なディレイに対応する位相シフトと、駆動 信号と第１の出力信号の周期的な成分との間の位相シフトとの間の予測された値 を表わす第１のオフセット信号を生成させるための手段、該第１のオフセット信 号を第１の位相シフト信号と比較してそれらの間の差を表わす第１のエラー信号 を生成させるための手段、第２の周波数において、第２の時間的なディレイに対 応する位相シフトと、駆動信号と第２の出力信号の周期的な成分との間の位相シ フトとの間の予測された値を表わす第２のオフセット信号を生成させるための手 段、該第２のオフセット信号を第２の位相シフト信号と比較してそれらの間の差 を表わす第２のエラー信号を生成させるための手段、および、第１および第２の エラー信号に応答して、該第１および第２のエラー信号の差がゼロ値に向けて駆 動されるように第１および第２のディレイ信号を生成させるための手段を含んで いるディレイ・コントロール手段； からなる前記の装置。
2. （２）ディレイ・コントロール手段には、第１および第２のエラー信号の中の大 きい方を決定して、該大きい方のエラー信号の振幅を減少させるために対応のデ ィレイ信号を変化させるための手段が含まれている、請求項１の装置。
3. （３）各オフセット信号を生成させるための手段は、対応のディレイ信号を受け 入れるように接続された手段を含んでいて、ある所定の予測モデルを用いて、そ れから該オフセット信号を決定するためのものである、請求項１の装置。
4. （４）各予測モデルに対して温度信号を付与するための温度センサが更に含まれ ていて、各予測モデルにより対応のディレイ信号および温度信号の関数としての オフセット信号が決定される、請求項３の装置。
5. （５）各予測モデルにより加速度計アセンブリが２次装置としてモデル化される 、請求項３の装置。
6. （６）各予測モデルによりオフセット信号が対応のディレイ信号の多項式関数と して予測される、請求項３の装置。
7. （７）各オフセット信号に対して、ディレイ・コントロール手段により、対応の 位相シフト信号からオフセット信号を減算し、その差に１／２を乗じることによ って、対応のエラー信号が決定される、請求項１の装置。
8. （８）ディレイ・コントロール手段により、対応のエラー信号を積分することで 各ディレイ信号が生成される、請求項７の装置。
9. （９）速度チャンネル手段には、第１および第２のエラー信号を受け入れるため の手段、および、これから修正項を減算することで角速度信号を修正するための 手段が含まれていて、該修正項は第１および第２のエラー信号の所定の関数であ る、請求項１の装置。
10. （１０）対象物の回転の角速度を表わす角速度信号を発生させるための装置であ って： 第１の力センス軸を有する第１の加速度計であって、該第１の力センス軸に沿っ た加速度を指示する第１の出力信号を生成させるための手段を含む該第１の加速 度計、第２の力センス軸を有する第２の加速度計であって、該第２の力センス軸 に沿った加速度を指示する第２の出力信号を生成させるための手段を含む該第２ の加速度計、それらの力センス軸の双方が共通のセンス軸に平行であるように該 第１および第２の加速度計を搭載するための手段であって、該加速度計は、その 各々が該センス軸に対して直角の振動軸に対するタンジェントであるようなそれ ぞれのアークに沿って振動できるようにされた前記の手段、および、第１の周波 数を有する周期的な駆動信号を受け入れるように結合された駆動手段であって、 該駆動手段には該第１の周波数においてそれぞれのアークに沿って加速度計を振 動させるための手段が含まれており、各出力信号には該第１の周波数の２倍に等 しい第２の周波数における成分を含んでいる加速度計アセンブリ； 周期的なマスタ・タイミング信号を発生させるための手段、駆動信号がマスタ・ タイミング信号に対して所定の位相的な関係を保持するように駆動信号を発生さ せるための手段、第１のタイミング信号が駆動信号に関する求積位相の第１の周 波数における第１の速度成分を表わすように該第１のタイミング信号を発生させ るための手段、駆動信号と同位相の第２の周波数における第１の位相シフト成分 、該駆動信号と同位相にある第１の周波数における第１の整列成分、および、第 ２のタイミング信号が駆動信号に関する求積位相の第１の周波数における第２の 速度成分を表わすように該第２のタイミング信号を発生させるための手段、駆動 信号と同位相の第２の周波数における第２の位相シフト成分、および、該駆動信 号と同位相にある第１の周波数における第１の整列成分、を含んでいるタイミン グ／コントロール手段；第１の出力信号および第１のタイミング信号を受け入れ るように結合された第１の復調手段であって、第１の速度成分を用いて第１の速 度信号を生成させるための第１の出力信号の復調手段、第１の整列成分を用いて 第１の整列信号を生成させるための第１の出力信号の復調手段、および、第１の 位相シフト成分を用いて第１の位相シフト信号を生成させるための第１の出力信 号の復調手段、を含んでいるもの、 第２の出力信号および第２のタイミング信号を受け入れるように結合された第２ の復調手段であって、第２の速度成分を用いて第２の速度信号を生成させるため の第２の出力信号の復調手段、第２の整列成分を用いて第２の整列信号を生成さ せるための第２の出力信号の復調手段、および、第２の位相シフト成分を用いて 第２の位相シフト信号を生成させるための第２の出力信号の復調手段、を含んで いるもの、 第２の周波数において、第１のタイミング信号と第１の出力信号の周期的な成分 との間の予測された位相シフトを表わす第１のオフセット信号を生成させるため の手段、該第１のオフセット信号を第１の位相シフト信号と比較してそれらの間 の差を表わす第１のエラー信号を生成させるための手段、第２の周波数において 、第２のタイミング信号と第２の出力信号の周期的な成分との間の予測された位 相シフトを表わす第２のオフセット信号を生成させるための手段、および、該第 ２のオフセット信号を第２の位相シフト信号と比較してそれらの間の差を表わす 第２のエラー信号を生成させるための手段、を含んでいるコントロール手段；お よび第１および第２の速度信号を受け入れて、感度軸および振動軸に直角な軸の 周囲の角速度を指示する角速度信号を生成させるための速度チャンネル手段であ って、第１および第２の整列信号と第１および第２のエラー信号とを受け入れて 、第１のエラー信号によって乗じられた第１の整列信号の積と、第２のエラー信 号によって乗じられた第２の整列信号の積とを加えた和の比例項によって前記角 速度信号を修正するための手段が更に含まれている、前記速度チャンネル手段； からなる前記の装置。
11. （１１）各オフセット信号に対して、該オフセット信号を生成させるための手段 には、対応のエラー信号を積分してディレイ信号を生成させるための手段、およ び、該ディレイ信号を受け入れ、ある所定の予測モデルを用いて、これからオフ セット信号を決定するための手段が含まれている、請求項１０の装置。
12. （１２）各予測モデルに対して温度信号を付与するための温度センサが更に含ま れていて、各予測モデルによりディレイ信号および温度信号の関数としてのオフ セット信号が決定される、請求項１１の装置。
13. （１３）各予測モデルにより加速度計アセンブリが２次装置としてモデル化され る、請求項１１の装置。
14. （１４）各予測モデルによりオフセット信号が対応のディレイ信号の多項式関数 として予測される、請求項１１の装置。
15. （１５）対象物の回転の角速度を表わす角速度信号を発生させるための装置であ って： 力センス軸を有する加速度計であって、該力センス軸に沿った加速度を指示する 出力信号を生成させるための手段を含む該加速度計、該加速度計を搭載するため の手段であって、該加速度計は、その力センス軸に対して直角の振動軸に対する タンジェントであるようにされた前記の手段、および、第１の周波数を有する周 期的な駆動信号を受け入れるように結合された駆動手段であって、該第１の周波 数においてそのアークに沿って加速度計を振動させる前記駆動手段を含んでいる 加速度計アセンブリであって、その出力信号には第２の周波数において第１の周 波数の２倍に等しい成分が含まれているもの； 駆動信号を発生させるための手段、該駆動信号に関する求積位相の第１の周波数 における速度成分を表わすようなタイミング信号を発生させるための手段、駆動 信号と同位相の第２の周波数における位相シフト成分であって、該タイミング信 号はディレイ信号の所定の関数である時間的なディレイ分だけディレイされてい るもの、を含んでいるタイミング／コントロール手段；速度成分を用いて感度軸 および振動軸に直角の軸の周囲で角速度を表わす角速度信号を生成させるための 出力信号の復調手段、および、位相シフト成分を用いて位相シフト信号を生成さ せるための出力信号の復調手段を含んでいる復調手段；および 第２の周波数において、時間的なディレイに対応する位相シフトと、駆動信号と 出力信号の周期的な成分との間の位相シフトとの間の予測された差を表わすオフ セット信号を生成させるための手段、該オフセット信号を位相シフト信号と比較 してそれらの間の差を表わすエラー信号を生成させるための手段、および、該エ ラー信号に応答して該エラー信号がゼロ値に向けて駆動されるようにディレイ信 号を生成させるための手段を含んでいるディレイ・コントロール手段； からなる前記の装置。
16. （１６）オフセット信号を生成させるための手段は、ディレイ信号を受け入れる ように接続された手段を含んでいて、ある所定の予測モデルを用いて、それから 該オフセット信号を決定するためのものである、請求項１５の装置。
17. （１７）予測モデルに対して温度信号を付与するための温度センサが更に含まれ ていて、予測モデルによりディレイ信号および温度信号の関数としてのオフセッ ト信号が決定される、請求項１１の装置。
18. （１８）予測モデルにより加速度計アセンブリが２次装置としてモデル化される 、請求項１１の装置。
19. （１９）予測モデルによりオフセット信号がディレイ信号の多項式関数として予 測される、請求項１１の装置。