JPH05215554A

JPH05215554A - ジャイロコンパス

Info

Publication number: JPH05215554A
Application number: JP2013492A
Authority: JP
Inventors: Fuyuki Hane; 冬希羽根; Shuichi Fujimoto; 修一藤本; Tsurashi Yamamoto; 貫志山本
Original assignee: Tokimec Inc
Current assignee: Tokyo Keiki Inc
Priority date: 1992-02-05
Filing date: 1992-02-05
Publication date: 1993-08-24

Abstract

(57)【要約】【目的】高い精度且つ高い信頼性を有しより低い価格
の方位サーボ系及び方位角発信系を含むジャイロコンパ
スを提供することを目的とする。【構成】ジャイロケース１とその支持装置３、１０、
１３との間の鉛直軸線周りの偏角を検出する方位偏差検
出装置８と、支持装置を盤器１６に対して鉛直軸周りに
回転させるステップモータ５０と、ステップモータ５０
を制御する方位制御装置１００とを有するジャイロコン
パスにおいて、方位制御装置１００は、方位偏差検出装
置８からの偏差信号８Ａを入力する方位制御部１１０と
電圧周波数変換器及びパルス方向弁別器を含むモータ制
御部１２０とステップモータドライバ部１３０と方位角
累積部１４０とを含み、方位制御部１１０と電圧周波数
変換器との間にパルスレート抑圧手段を設けるように構
成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば高速航行する船
舶に使用して好適なジャイロコンパスに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、船舶の針路測定にはジャイロコン
パスが多く用いられている。図９は、本願出願人と同一
の出願人に係わる特許第４２８３１７号に開示された従
来例によるジャイロコンパスを示す。

【０００３】ジャイロコンパスＡはジャイロロータを内
蔵したジャイロケース１を有しており、斯かるジャイロ
ロータは誘導電動機により一定の回転速度にて高速回転
される。ジャイロロータ即ちジャイロは水平方向のスピ
ン軸を有し、その回転ベクトルは南向き（北側より見て
時計方向）である。ジャイロケース１は上下に突出した
１対の垂直軸２、２’を有しており、斯かる垂直軸２、
２’はジャイロケース１の外側に配置された垂直環３の
対応する位置に取り付けられたボールベアリング４、
４’の内輪にそれぞれ嵌合している。上側の垂直軸２は
縣吊線５を介して縣吊線取り付け台５’に取り付けられ
ており、斯かる縣吊線取り付け台５’は垂直環３上に支
持されている。

【０００４】ジャイロケース１の全重量は縣吊線５又は
縣吊線取り付け台５’によって担われており、従って、
垂直軸２、２’のボールベアリング４、４’にはスラス
ト荷重が加わらず、ボールベアリング４、４’の摩擦ト
ルクが低減されることができる。垂直環３の東西両側に
は１対の液体安定器６、６’が取り付けられ、ジャイロ
ケース１の西側にはダンピングウェイト７が取り付けら
れている。液体安定器６、６’はジャイロケース１を指
北運動させるための指北装置として機能し、ダンピング
ウェイト７はジャイロケース１の指北運動を制振させる
ための制振装置として機能する。

【０００５】垂直環３は１対の水平軸９、９’を有し、
斯かる水平軸９、９’は垂直軸２、２’及びジャイロの
スピン軸の双方に直交し東西の位置より外方に突出して
おり、斯かる水平軸９、９’の端部は垂直環３の外側に
配置された水平環１０の対応する位置に取り付けられた
ボールベアリング１１、１１’の内輪に各々嵌合してい
る。水平環１０は、更に、水平面内にて水平軸９、９’
と直交する１対のジンバル軸１２、１２’を有する。斯
かるジンバル軸１２、１２’の各々は、水平環１０の外
側に配置された追従環１３に取り付けられた１対のジン
バル軸ボールベアリング１４、１４’の内輪に嵌合して
いる。

【０００６】追従環１３はその上下に突出した１対の追
従軸１５、１５’を有しており、斯かる追従軸１５、１
５’は盤器１６の対応した位置に取り付けられた追従軸
ボールベアリング１７、１７’の内輪に嵌合している。
垂直環３、水平環１０及び追従環１３とこれらを互いに
回転可能に接続する３軸２、２’、９、９’、１２、１
２’によってジャイロケース１を３軸にて支持する支持
装置が構成される。

【０００７】上側の追従軸１５の軸端にはコンパスカー
ド１８が取り付けられており、斯かるコンパスカード１
８と盤器１６の対応する船首側の位置に固設された基線
１８Ｂとによって船首の方位角が読み取られる。下側の
追従軸１５’には方位歯車２１が取り付けられており、
斯かる方位歯車２１は方位ピニオン２０を介して盤器１
６の下部に取り付けられた方位サーボモータ１９の回転
軸１９Ａと結合している。方位歯車２１には歯車列を介
して方位発信器２２の回転軸２２Ａが係合しており、斯
かる方位発信器２２の方位信号は電気信号に変換されて
外部に発信される。

【０００８】水平環１０の内部、即ち、水平環１０、垂
直環３、ジャイロケース１等を含む部分は通常鋭感部と
呼ばれている。斯かる鋭感部はジンバル軸１２、１２’
の周りに下方に重い物理振子を構成しており、これによ
って水平軸９、９’は船体の傾斜に関係なく常に水平面
内に保持される。

【０００９】ジャイロケース１の東側には追従ピックア
ップ８が取り付けられており、斯かる追従ピックアップ
８はジャイロケース１に配置された差動変圧器の１次コ
イル８−１とこれに相対する垂直環３の位置に配置され
た差動変圧器の２次コイル８−２とよりなる。ジャイロ
ケース１の方位と垂直環３の方位との間に差があると、
斯かる差は両者に設けられた追従ピックアップ８によっ
て検出され、斯かる方位差は電気信号８Ａに変換されて
外部のサーボ増幅器２３に供給される。斯かる電気信号
８Ａはサーボ増幅器２３によって増幅されて方位サーボ
モータ１９に供給され、それによって方位サーボモータ
１９は制御される。

【００１０】方位サーボモータ１９の回転は、回転軸１
９Ａ、歯車列、方位歯車２１を経由して追従環１３に伝
達され、更に水平環１０、水平軸９、９’等を介して垂
直環３に伝達されるため、垂直環３とジャイロケース１
との間の方位偏差は常にゼロに保たれるようになってい
る。かくして方位サーボモータ１９を制御する方位サー
ボ系が構成される。

【００１１】方位サーボ系の作用により、水平軸９、
９’とジャイロのスピン軸とは常に直交関係を保ち、且
つ縣吊線５の捩りトルクがジャイロケース１に加わるこ
とはない。即ち、サーボ系を持った垂直軸２、２’、水
平軸９、９’及びジンバル軸１２、１２’の３軸の働き
によって、ジャイロケース１は船体の揺動等の角運動か
ら完全に遮断されることとなり、ジャイロスコープを構
成することとなる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ジャイロコンパスは上
述の如き方位サーボ系内に方位サーボモータ２１を有し
方位角発信系に方位発信器２２を有する。方位サーボモ
ータ２１は、低速域から高速域までの広い応答性を有す
ること、製品寿命が長いこと及び小型であることが要求
され、一方、方位発信器２２は、分解能が高く、高い精
度且つ高い信頼性を有することが要求される。

【００１３】方位サーボモータ２１及び方位発信器２２
は斯かる性能が要求される特殊産業用製品であるため一
般に高価格である。更に、図９では図示されていないが
実際には、方位歯車２１と方位サーボモータ２１の回転
軸１９Ａ及び方位発信器２２の回転軸２２Ａの間には歯
車列が設けられており、斯かる歯車列も高い精度且つ高
い信頼性が要求される。

【００１４】従って、ジャイロコンパスの価格において
方位サーボモータ２１を含む方位サーボ系及び方位発信
器２２を含む方位角発信系の部分の占める割合が大き
い。本発明は、斯かる点に鑑み、高い精度且つ高い信頼
性を有しより低い価格の方位サーボ系及び方位角発信系
を含むジャイロコンパスを提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に依れば、スピン
軸を略々水平にしたジャイロを内蔵するジャイロケース
１と、ジャイロケース１を３軸の自由度にて支持する支
持装置３、１０、１３と、水平面に対するスピン軸の傾
斜に比例したトルクをジャイロケース１に対してスピン
軸に直交する垂直軸２、２’の周りに加える制振装置
と、ジャイロケース１と支持装置の間の鉛直軸線周りの
偏角を検出する方位偏差検出装置８と、支持装置を盤器
１６に対して鉛直軸周りに回転させるステップモータ５
０と、方位偏差検出装置８からの信号に基づいてステッ
プモータ８を制御する方位制御装置１００とを有するジ
ャイロコンパスにおいて、方位制御装置１００は、方位
偏差検出装置８からの偏差信号８Ａを入力する方位制御
器１１０と電圧周波数変換器１２０−７とパルス方向弁
別器１２０−８とステップモータドライバ器１３０とを
含み、方位制御器１１０と電圧周波数変換器１２０−７
との間にパルスレート抑圧手段１２０−１〜１２０−６
を設けるように構成されている。

【００１６】本発明に依れば、斯かるジャイロコンパス
において、パルスレート抑圧手段１２０−１〜１２０−
６は前回のパルスレートと今回のパルスレートを比較し
（１２０−２）、その差が所定パルスレート以内の場合
には今回のパルスレートをそのまま出力し（１２０−
４）、その差が所定パルスレートより大きい場合には前
回のパルスレートに所定パルスレートを加減算して出力
する（１２０−５）ように構成されている。

【００１７】本発明に依れば、斯かるジャイロコンパス
において、方位制御装置１００はパルス方向弁別器１２
０−８からの出力パルスを累積する累積演算手段１４０
と盤器１６と支持装置との間に設けられた基準パルス発
生器６０とを有し、基準パルス発生器６０からの出力パ
ルスによって累積演算手段１４０からの出力信号をリセ
ットし累積演算手段１４０の出力を方位出力信号ＨＥＡ
Ｄとして出力するように構成されている。

【００１８】

【作用】本発明に依れば、方位サーボモータ１９及び方
位発信器２２の代わりに広く一般に使用されているステ
ップモータ５０が使用されており、斯かるステップモー
タ５０は方位制御装置１００によって制御される。方位
制御装置１００はパルスレート抑圧手段１２０を含んで
おり、斯かるパルスレート抑圧手段１２０によってステ
ップモータ５０の脱調が防止される。

【００１９】

【実施例】以下、図１〜図８を参照して本発明に実施例
について説明する。尚、図１〜図８において、図９の対
応する部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明
は省略する。

【００２０】図１は本例のジャイロコンパスを示してお
り、斯かる本例のジャイロコンパスが図９に示す従来例
のジャイロコンパスと異なる点は、方位サーボモータ１
９の代わりにステップモータ５０を設け、方位発信器２
２とサーボ増幅器２３とを除去しその代わりに方位制御
装置１００を設置し、方位歯車２１に対してゼロクロス
発信器６０が付設されていることである。

【００２１】追従ピックアップ８によってジャイロケー
ス１と垂直環３との間に方位差が生じたことが検出され
ると、斯かる方位差は電気信号８Ａに変換されて方位制
御装置１００に供給される。方位制御装置１００からは
ステップモータ５０に対して制御信号ＣＳが出力され、
斯かる制御信号ＣＳに基づいてステップモータ５０が制
御される。ステップモータ５０が回転すると方位歯車２
１が回転され水平環１０及び垂直環３が回転される。斯
くしてジャイロケース１の方位に対して垂直環３の方位
が追従され両者間の方位差は常にゼロになるように構成
されている。

【００２２】図２に示す如く方位制御装置１００は、方
位制御部１１０とステップモータ制御部１２０とドライ
バ部１３０と方位角累積部１４０とを有する。追従ピッ
クアップ８より出力された電気信号８Ａは入力端子１０
０ａを経由して方位制御部１１０に入力され斯かる方位
制御部１１０より電気信号Ｖ_OUTがステップモータ制御
部１２０に出力される。

【００２３】ステップモータ制御部１２０からは、垂直
環３をジャイロコンパスを上方より見て時計方向に回転
させるためのパルス信号ＣＷ又は反時計方向に回転させ
るためのパルス信号ＣＣＷが出力される。ドライバ部１
３０はステップモータ制御部１２０から出力されたパル
ス信号ＣＷ又はＣＣＷに応答してステップモータ５０を
制御する制御信号ＣＳを出力端子１００ｃを経由してス
テップモータ５０に出力する。方位角累積部１４０は入
力したパルス信号ＣＷ又はＣＣＷに応答して、出力端子
１００ｄを経由してジャイロコンパスの方位角信号ＨＥ
ＡＤを出力し、それによってジャイロコンパスの方位角
が図示しない表示器にて表示される。

【００２４】ゼロクロス発信器６０から出力されたリセ
ット信号ＲＳは入力端子１００ｂを経由して方位角累積
部１４０に入力される。後に説明するように、斯かるリ
セット信号ＲＳによって、盤器１６に対する支持装置の
方位を示す方位角信号ＨＥＡＤの基準角が付与される。
方位制御部１１０はジャイロコンパスの方位サーボ系の
特性を確立する制御系であり、斯かる方位サーボ系のブ
ロック図を図３に示す。図３において、ブロック１１０
−１には追従ピックアップのゲインＫ_PV、ブロック１１
０−２には制御部Ｇ_C（Ｓ）、ブロック１１０−３には
電圧パルス周波数ゲインＫ_VF、ブロック１１０−４には
ステップモータ５０の１パルス当たりの回転角度ＳＴＥ
Ｐ、ブロック１１０−５にはステップモータ５０の１パ
ルス当たりの回転角度と垂直環３の回転角度との比Ｎの
逆数がそれぞれ表されている。Ｓはラプラス演算子を表
すが等価的にステップモータを表している。

【００２５】図３のブロック図において制御部Ｇ
_C（Ｓ）が方位制御部１１０に相当している。ジャイロ
コンパスの方位サーボ系の入力に対する追従誤差の伝達
関数を求めると、

【００２６】

【数１】

【００２７】ここに、Ｓはラプラス演算子、Ｄ₁（Ｓ）
は外乱項であり、α及びβはそれぞれ次の数２の式によ
って与えられる。

【００２８】

【数２】

【００２９】ここで外乱項Ｄ₁（Ｓ）を省略すると、数
１の式は、

【００３０】

【数３】

【００３１】となる。制御部Ｇ_C（Ｓ）がＰＩ（比例＋
積分）制御によって作動すると仮定すれば、

【００３２】

【数４】

【００３３】ここで、Ｋ_Pは比例ゲイン、Ｔ_Iは積分時
定数を表す。この数４の式を数３の式に代入して、

【００３４】

【数５】

【００３５】この式の右辺の分子はＳ²である。従っ
て、制御部Ｇ_C（Ｓ）がＰＩ制御によって作動される場
合には、入力信号θ_in（Ｓ）がステップ入力又はランプ
入力であっても定常誤差を無視するごとができること
は、例えば最終値の定理より明らかである。

【００３６】次に、入力信号θ_in（Ｓ）＝０として外乱
項Ｄ₁（Ｓ）のステップ入力に対する定常誤差の影響を
考える。数１の式より、

【００３７】

【数６】

【００３８】外乱項Ｄ₁（Ｓ）のステップ入力に対する
定常誤差は、

【００３９】

【数７】

【００４０】となる。従って、外乱項Ｄ₁（Ｓ）即ち電
気回路等のオフセット電圧は無視することができる。

【００４１】斯くして、制御部Ｇ_C（Ｓ）即ち方位制御
部１１０を数４の式に示す如きＰＩ制御に構成すること
によって、ジャイロコンパスの旋回等の角速度運動に対
しても追従誤差が生じないような方位サーボ系の特性を
得ることができる。ステップモータ制御部１２０は方位
制御部１１０によって出力された電気信号Ｖ_OUTを入力
し、パルス信号ＣＷ又はＣＣＷをドライバ部１３０に出
力する。ステップモータ５０は斯かるパルス信号ＣＷ又
はＣＣＷに応答してその回転軸が回転する。

【００４２】ステップモータ５０はドライバ部１３０よ
り供給された制御信号ＣＳのパルスに同期して回転し、
その回転速度はパルス速度（ｐｐｓ）即ちパルス周波数
によって定められ、その回転角はパルス数によって定め
られる。

【００４３】しかしながら、ステップモータ５０は入力
されるパルス周波数に対して固有の自起動領域を有して
おり、そのためステップモータ５０は入力されるパルス
信号に対して応答不能（脱調）状態となることがある。

【００４４】ステップモータ５０の動作特性を図４を参
照して説明する。図４は、通常のステップモータのパル
ス・トルク特性曲線を示しており、斯かる特性曲線は入
力パルスの周波数とステップモータによって発生するト
ルクとの間の関係を示す。ステップモータ５０の特性は
図示の如く、２つの曲線によって分割された３つの領域
を有しており、自起動限界曲線Ａの下側の自起動領域Ｘ
と自起動限界曲線Ａとスルー限界曲線Ｔとの間に挟まれ
たスルー領域Ｙとスルー限界曲線Ｔの外側の領域Ｚとで
ある。

【００４５】自起動領域Ｘでは、ステップモータ５０を
停止状態から始動することも又は運転状態から停止する
こともできる。スルー領域Ｙでは、ステップモータ５０
は運転状態から他の運転状態に変化することはできるが
停止状態から始動したり又は運転状態から停止すること
はできない。スルー領域Ｙでステップモータ５０を停止
状態から始動したり又は運転状態から停止したりしよう
とするとステップモータ５０は脱調して回転不能とな
る。

【００４６】例えば入力パルスの周波数がＰＦ１のとき
は自起動領域Ｘにあるためステップモータ５０を停止状
態から始動することも又は運転状態から停止することも
可能である。しかしながら、入力パルスの周波数がＰＦ
２のときはスルー領域Ｙにあるためステップモータ５０
を停止状態から始動することができず、脱調する。

【００４７】例えば、追従ピックアップ８によって大き
な値の方位差が検出され、方位制御信号装置１００から
ステップモータ５０に対してパルス周波数がＰＦ２の制
御信号ＣＳが出力された場合には、ステップモータ５０
は脱調することとなる。

【００４８】スルー領域Ｙより外側の領域Ｚは非作動領
域である。尚、ステップモータ５０によって発生するト
ルクは負荷トルクより充分大きいものとし、ステップモ
ータ５０の加減速時に生じる負荷トルクの増加について
の考察は省略する。ステップモータ５０は市販のものが
使用されてよく、その構造及び他の機能の詳細な説明は
省略する。

【００４９】ステップモータ制御部１２０はパルスレー
ト抑圧手段を有しており、斯かるパルスレート抑圧手段
はステップモータ５０が脱調状態となることを回避する
ように機能する。次に、ステップモータ制御部１２０の
機能を図５に示す流れ図を参照して説明する。ステップ
モータ制御部１２０の動作は、開始ステップ１２０−
０、絶対値計算ステップ１２０−１、偏差値計算ステッ
プ１２０−２、偏差値判定ステップ１２０−３、置き換
えステップ１２０−４、１２０−５及び１２０−６、パ
ルス周波数変換ステップ１２０−７、方向分別ステップ
１２０−８及び終了ステップ１２０−９を含む。開始ス
テップ１２０−０では方位制御部１１０から電気信号Ｖ
_OUTが入力される。絶対値計算ステップ１２０−１で
は、方位制御部１１０から入力された電気信号Ｖ_OUTの
絶対値が計算され、斯かる絶対値を表す絶対値信号Ｖ_X
が偏差値計算ステップ１２０−２に供給される。更に、
電気信号Ｖ_OUTの正負の極性が判定され、斯かる極性を
表す極性信号ＰＳが方向分別ステップ１２０−８に出力
される。

【００５０】偏差値計算ステップ１２０−２では今回の
絶対値信号Ｖ_Xが前回の絶対値信号Ｖ_X0と比較されてそ
の偏差値ΔＶが計算される。偏差値判定ステップ１２０
−３ではステップ１２０−２からの偏差値ΔＶの絶対値
が設定値Ｖ_Sと比較される。偏差値ΔＶの絶対値が設定
値Ｖ_Sより小さいか又はそれに等しいときは置き換えス
テップ１２０−４に進み、偏差値ΔＶの絶対値が設定値
Ｖ_Sより大きいときは置き換えステップ１２０−５に進
む。ステップ１２０−５において、記号Ｓｉｇｎは括弧
内の変数の正負の符号を取り出す操作を表す。ステップ
１２０−４では今回の絶対値信号Ｖ_Xに置き換えられた
出力Ｖ_Yがそのまま出力され、ステップ１２０−５では
前回の絶対値信号Ｖ_X0に基づいて計算された値が出力値
Ｖ_Yとして出力される。置き換えステップ１２０−４又
はステップ１２０−５からの出力値Ｖ_Yは置き換えステ
ップ１２０−６にて前回の絶対値信号Ｖ_X0として置き換
えられる。

【００５１】置き換えステップ１２０−４及びステップ
１２０−５からの出力値Ｖ_Yは更に、パルス周波数変換
ステップ１２０−７にてパルス周波数に変換されてパル
ス周波数信号ＰＦが出力される。方向分別ステップ１２
０−８ではパルス周波数変換ステップ１２０−７からの
パルス周波数信号ＰＦと絶対値計算ステップ１２０−１
からの極性信号ＰＳとに基づいてパルス信号ＣＷ又はＣ
ＣＷが計算される。パルス信号ＣＷ及びＣＣＷは、次式
の如き論理演算式によって求められる。

【００５２】

【数８】

【００５３】ここに、記号∩は論理演算のＡＮＤを表
し、記号￣は論理演算の反転を表す。斯かるパルス信号
ＣＷ及びＣＣＷは終了ステップ１２０−９にてステップ
モータ制御部１２０に供給される。

【００５４】ステップモータ制御部１２０の内、ステッ
プ１２０−１〜１２０−６はパルスレート抑圧手段を構
成しており、それによって入力パルスの周波数が自起動
領域Ｘを越えてスルー領域Ｙにあるときでもステップモ
ータ５０が脱調することなく始動されることができる。
以下にパルスレート抑圧手段を具体的に説明する。

【００５５】最初に第１の場合として、方位制御部１１
０からステップモータ制御部１２０に電気信号Ｖ_OUTが
入力され、斯かる電気信号Ｖ_OUT（極性は正とする。）
がステップモータ制御部１２０にて周波数がＰＦ１のパ
ルス信号に変換され、それよりパルス信号ＣＷ又はＣＣ
Ｗが生成されてステップモータ５０に供給される場合に
ついて考える。ステップ１２０−１にて電気信号Ｖ_OUT1
の絶対値｜Ｖ_OUT1｜が計算されるが、電気信号Ｖ_OUT1の
極性は正だから、Ｖ_X＝Ｖ_OUT1である。ステップ１２０
−２では偏差値ΔＶが計算されるが、前回の電気信号は
Ｖ_XO＝０だから、偏差値ΔＶ＝Ｖ_Xとなる。偏差値判定
ステップ１２０−３において設定値Ｖ_Sを、

【００５６】

【数９】

【００５７】とすれば、ステップ１２０−３の判定結果
はイエスとなるから置き換えステップ１２０−４に進
む。尚、この設定値Ｖ_Sは自起動領域Ｘの周波数ＰＦ１
に対応している。ステップ１２０−４ではＶ_Y＝Ｖ_Xに
置き換えられるが、数９の式よりＶ_Y＝Ｖ_Sとなって出
力される。パルス周波数変換ステップ１２０−７では、
設定値Ｖ_Sに対応するパルス周波数ＰＦに変換される。
斯かるパルス周波数は必ず自起動周波数ＰＦ１であり、
方向分別ステップ１２０−８より出力されるパルス信号
ＣＷ又はＣＣＷも自起動領域Ｘ内にある。

【００５８】従って、方位制御部１１０からの電気信号
Ｖ_OUT1が自起動領域Ｘ内のパルス信号ＣＷ又はＣＣＷに
対応しているときは、その周波数ＰＦ１を有するパルス
信号がステップモータ５０に供給される。しかしなが
ら、第２の場合として、方位制御部１１０からの電気信
号Ｖ_OUT2がスルー領域Ｙ内のパルス信号ＣＷ又はＣＣＷ
に対応しているときは、その周波数ＰＦ２を有するパル
ス信号ではなく次のようにして求められた周波数のパル
ス信号がステップモータ５０に供給される。但し、この
場合、周波数ＰＦ２は周波数ＰＦ１のほぼ４倍程度の大
きさであると仮定している。

【００５９】方位制御部１１０から出力された電気信号
Ｖ_OUT2は、上述の如き、絶対値計算ステップ１２０−
１、偏差値計算ステップ１２０−２及び偏差値判定ステ
ップ１２０−３を進む。偏差値判定ステップ１２０−３
では、偏差値の絶対値は設定値より大きく、｜ΔＶ₁｜
＞Ｖ_Sだから判定結果はノーとなり置き換えステップ１
２０−５に進む。

【００６０】第１回のサイクルでは前回の絶対値信号は
Ｖ_X0＝０だから、置き換えステップ１２０−５ではＶ_Y
＝＋Ｖ_Sなる置き換えがなされる。斯かる出力信号Ｖ_Y
は、上述の如き、置き換えステップ１２０−６、パルス
周波数変換ステップ１２０−７及び方向分別ステップ１
２０−８に進み、自起動周波数ＰＦ１のパルス信号ＣＷ
又はＣＣＷが生成される。こうして第１回のサイクルで
生成された制御信号ＣＳによってステップモータ５０は
脱調することなく始動される。第１回のサイクルにおい
て、置き換えステップ１２０−６では、

【００６１】

【数１０】

【００６２】なる置き換えがなされている。第２回のサ
イクルでも、偏差値判定ステップ１２０−３では、｜Δ
Ｖ₂｜＞Ｖ _Sだから置き換えステップ１２０−５に進
む。しかしながら、置き換えステップ１２０−５では、
数１０の式よりＶ_X0＝Ｖ_Sだから、

【００６３】

【数１１】

【００６４】となる。斯かる出力信号Ｖ_Yはパルス周波
数変換ステップ１２０−７にて周波数変換される。こう
して第２回のサイクルにおいてステップ１２０−７から
は、方位制御部１１０からの電気信号Ｖ_OUT2に対応した
周波数ＰＦ２のパルス信号ではなく数１１の式の出力信
号に対応して周波数２×ＰＦ１のパルス信号が出力され
る。

【００６５】斯かるステップモータ５０に供給される周
波数２×ＰＦ１のパルスは自起動領域Ｘを越えたスルー
領域Ｙ内にある。しかしながら、ステップモータ５０は
第１回のサイクルにて供給された周波数ＰＦ１のパルス
によって既に始動されているから、第２回のサイクルに
て周波数２×ＰＦ１のパルスが出力されても、各サイク
ル毎の周波数偏差値ΔＰＦ（＝ＰＦ１）が自起動領域Ｘ
内にある限り、ステップモータ５０は脱調しない。斯く
してステップモータ５０は周波数ＰＦ１の２倍の周波数
２×ＰＦ１パルスによって２倍の回転速度で回転され
る。第３回以降のサイクルによって、同様に、順次、ス
テップモータ制御部１２０から出力信号のパルス周波数
が増加し、それによってステップモータ５０の回転速度
が増加する。ここに説明したパルスレート抑圧動作は図
６の各グラフを参照することによってより容易に理解さ
れよう。

【００６６】図６のグラフは、ステップモータ制御部１
２０に入力される電気信号Ｖ_OUTとステップモータ制御
部１２０より出力されるパルス信号ＣＷ又はＣＣＷの周
波数ＰＦの関係を表す。図６Ａと図６Ｂは、自起動領域
Ｘ内の周波数ＰＦ１に対応する電気信号Ｖ_OUT1が時刻ｔ
₁〜ｔ₂にステップモータ制御部１２０に入力された場
合に、モータ制御部１２０からステップモータ５０に対
して時刻ｔ₁〜ｔ₂に周波数ＰＦ１のパルスがそのまま
出力されることを示している。これは、上述の第１の場
合である。但し、電気信号Ｖ_OUTと周波数ＰＦ１とは電
圧パルス周波数ゲインＫ_VFで関係していることに留意さ
れたい。図６Ｃと図６Ｄは、スルー領域Ｙ内の周波数Ｐ
Ｆ２に対応する電気信号Ｖ_OUT2が時刻ｔ₁〜ｔ₂にステ
ップモータ制御部１２０に入力された場合に、モータ制
御部１２０からステップモータ５０に対して周波数ＰＦ
２のパルスがそのまま出力されず、周波数ＰＦ２より小
さい周波数のパルスが順次出力されることを示してい
る。これは、第２の場合である。

【００６７】図６Ｄを参照して斯かる第２の場合につい
て、パルスレート抑圧動作サイクルの各サイクル毎に出
力されるパルス周波数ＰＦについて説明する。パルスの
周波数ＰＦは、第１サイクル〜第４サイクルに相当する
時刻ｔ₁〜ｔ₁’で順次増加し、第５サイクル以降に相
当する時刻ｔ₁’〜ｔ₂で一定周波数ＰＦ２となり、第
１’サイクル〜第４’サイクルに相当する時刻ｔ₂〜ｔ
₂’で順次減少している。パルスの周波数ＰＦが階段状
に変化したときが、各サイクルで周波数ＰＦが更新され
たことに対応している。

【００６８】時刻ｔ₁で周波数ＰＦ２に対応した電気信
号Ｖ_OUT2が入力され、第１サイクルでは偏差値判定ステ
ップ１２０−３の結果はノーとなりステップ１２０−５
を経由して周波数ＰＦ１のパルスが出力される。次の第
２サイクルでも偏差値判定ステップ１２０−３の結果は
ノーとなりステップ１２０−５にて前回の周波数ＰＦ１
に周波数増分ΔＰＦ（＝ＰＦ１）が加算されるから周波
数が２×ＰＦ１のパルスが出力される。同様に、第３サ
イクルでは周波数３×ＰＦ１のパルスが出力され、第４
サイクルでは周波数４×ＰＦ１のパルスが出力される。

【００６９】しかしながら、上述したように周波数ＰＦ
２は周波数ＰＦ１のほぼ４倍と仮定しているため、第５
サイクルでは、偏差値判定ステップ１２０−３の結果は
イエスとなる。偏差値計算ステップ１２０−２におい
て、今回の入力絶対値信号Ｖ_X（＝｜Ｖ_OUT2｜）が前回
の絶対値信号Ｖ_X0と比較されてその偏差値ΔＶ₅（添字
はサイクル回数を表す。）が計算されるが、今回の入力
絶対値信号Ｖ_Xは周波数ＰＦ２のパルスに対応した値で
あり前回の絶対値信号Ｖ_X0は周波数４×ＰＦ１に対応し
た値だから、その偏差値はΔＶ₅＝０となる。こうし
て、ステップ１２０−３にて判定結果がイエスとなり、
置き換えステップ１２０−４に進む。斯くして第５サイ
クルでは、入力電気信号Ｖ_OUT2に対応した周波数ＰＦ２
のパルス信号が出力される。これは、第４サイクルで出
力されたパルスの周波数４×ＰＦ１と同じである。第５
回以降のサイクルでも、周波数４×ＰＦ１に等しい周波
数ＰＦ２のパルス信号が出力される。

【００７０】時刻ｔ₂にて、入力電気信号はＶ_OUT＝０
となるが、出力されるパルス信号の周波数ＰＦは、同様
に、第１’サイクル〜第４’サイクルまでサイクル毎に
周波数変分ΔＰＦ（＝ＰＦ１）ずつ減少し、第４’サイ
クルになって始めて０となる。第５’回以降のサイクル
でも出力パルス信号の周波数ＰＦは０である。

【００７１】図６Ａ及び図６Ｂと図６Ｃ及び図６Ｄとを
比較して明らかなように、図６Ｃ及び図６Ｄではパルス
レート抑圧手段が機能し、入力された電気信号Ｖ_OUT＝
Ｖ_OU _T2 又はＶ_OUT＝０に対応した周波数ＰＦ２又は０
のパルス信号ＣＷ又はＣＣＷではなく修正されたパルス
信号が生成されている。

【００７２】次にドライバ部１３０の構成と機能を図７
を参照して説明する。ドライバ部１３０はステップモー
タ制御部１２０より供給されたパルス信号ＣＷ又はＣＣ
Ｗのパルス列を所定の順序にてステップモータ５０の巻
線に供給するための回路として構成されており、励磁信
号発生部１３０−１と増幅部１３０−２とを有する。入
力端子１３０ａ、１３０ｂを経由してステップモータ制
御部１２０より供給されたパルス信号ＣＷ又はＣＣＷは
励磁信号発生部１３０−１にて整形及び分配される。励
磁信号発生部１３０−１より出力された信号ＥＳは、増
幅部１３０−２にて増幅される。増幅部１３０−２から
出力された制御信号ＣＳは出力端子１３０ｃを経由して
ステップモータ５０に供給される。

【００７３】尚、図７には図示されていないが、ドライ
バ部１３０にはステップモータ５０の巻線に電圧を印加
するための電源が接続され、斯かる電源は好ましくは直
流安定化電源が使用される。

【００７４】方位角累積部１４０は、図８に示す如き、
差分部１４０−１と累積部１４０−２とを含む。差分部
１４０−１には入力端子１４０ａ、１４０ｂを経由して
ステップモータ制御部１２０より供給されるパルス信号
ＣＷ及びＣＣＷが入力される。そこで、次の数１２の式
によりパルス信号ＣＷ及びＣＣＷの周波数の差分ΔＣが
計算され出力される。

【００７５】

【数１２】

【００７６】累積部１４０−２では斯かる差分ΔＣが累
積演算されてその累積値が方位角信号ＨＥＡＤとして出
力される。即ち、

【００７７】

【数１３】

【００７８】図１に示す如く方位歯車のゼロ点を調節す
るためのゼロクロス発生器６０が設けられている。斯か
るゼロクロス発生器６０からのリセット信号ＲＳが累積
部１４０−２に供給されると、累積部１４０−２にて累
積演算されたその累積値は基準方位角信号ＨＥＡＤ０に
置き換えられる。

【００７９】

【数１４】

【００８０】ここに、基準方位角信号ＨＥＡＤ０は、盤
器１６に対する支持装置の方位角の基準値を表す。斯か
るリセット信号ＲＳによって数１４の式の操作がなさ
れ、方位角累積部１４０での差分及び累積計算で生じた
誤差が排除されることができる。

【００８１】以上本発明の実施例について詳細に説明し
てきたが、本発明は上述の実施例に限ることなく本発明
の要旨を逸脱することなく他の種々の構成が採り得るこ
とは当業者にとって容易に理解されよう。

【００８２】

【発明の効果】本発明によると、価格の高いサーボモー
タの代わりに比較的価格の低いステップモータが使用さ
れているため、従来のジャイロコンパスに比べてより安
価なジャイロコンパスを製造することができる利点があ
る。

【００８３】本発明によると、大きなトルクを発生する
ことができるステップモータ５０が使用されているの
で、従来のジャイロコンパスの如く減速比の大きな多段
歯車列を使用する必要がなく、従って、機構がより簡単
なジャイロコンパスを提供することができる利点があ
る。

【００８４】本発明によると、従来のジャイロコンパス
で使用されていた方位発信器が不要となるので、ジャイ
ロコンパスの価格をより低価格に設定することができる
利点がある。

【００８５】本発明によると、ステップモータ５０を有
するジャイロコンパスにおいて、方位制御装置１００に
パルスレート抑圧手段が設けられているため、ステップ
モータ５０を脱調させることなく制御することができる
利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のジャイロコンパスの例を示す図であ
る。

【図２】方位制御装置の例を示すブロック図である。

【図３】方位サーボ系の動作を示す説明図である。

【図４】ステップモータの特性を示す図である。

【図５】ステップモータ制御部の動作を示す流れ図であ
る。

【図６】ステップモータ制御部のパルスレート抑圧動作
を示す説明図である。

【図７】ドライブ部の例を示すブロック図である。

【図８】方位累積部の例を示すブロック図である。

【図９】従来のジャイロコンパスの例を示す図である。

【符号の説明】

１ジャイロケース２、２’ 垂直軸３垂直環４、４’ボールベアリング５縣吊線５’縣吊線取り付け台６、６’ 液体安定器７ダンピングウェイト８追従ピックアップ９、９’ 水平軸１０水平環１１、１１’ ボールベアリング１２、１２’ ジンバル軸１３追従環１４、１４’ ボールベアリング１５、１５’ 追従軸１６盤器１７、１７’ ボールベアリング１８コンパスカード１８Ｂ基線１９方位サーボモータ１９Ａ回転軸２０方位ピニオン２１方位歯車２２方位発信器２３サーボ増幅器５０ステップモータ６０ゼロクロス発信器１００方位制御装置１１０方位制御部１２０ステップモータ制御部１３０ドライバ部１４０方位角累積部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スピン軸を略々水平にしたジャイロを内
蔵するジャイロケースと、該ジャイロケースを３軸の自
由度にて支持する支持装置と、水平面に対する上記スピ
ン軸の傾斜に比例したトルクを上記ジャイロケースに対
して上記スピン軸に直交する垂直軸の周りに加える制振
装置と、上記ジャイロケースと上記支持装置の間の鉛直
軸線周りの偏角を検出する方位偏差検出装置と、上記支
持装置を盤器に対して鉛直軸周りに回転させるステップ
モータと、上記方位偏差検出装置からの信号に基づいて
上記ステップモータを制御する方位制御装置とを有する
ジャイロコンパスにおいて、上記方位制御装置は、上記方位偏差検出装置からの偏差
信号を入力する方位制御器と電圧周波数変換器とパルス
方向弁別器とステップモータドライバ器とを含み、上記
方位制御器と上記電圧周波数変換器との間にパルスレー
ト抑圧手段を設けたことを特徴とするジャイロコンパ
ス。
【請求項２】請求項１のジャイロコンパスにおいて、
上記パルスレート抑圧手段は前回のパルスレートと今回
のパルスレートを比較し、その差が所定パルスレート以
内の場合には今回のパルスレートをそのまま出力し、そ
の差が上記所定パルスレートより大きい場合には前回の
パルスレートに上記所定パルスレートを加減算して出力
するように構成されていることを特徴とするジャイロコ
ンパス。
【請求項３】請求項１又は２のジャイロコンパスにお
いて、上記方位制御装置は上記パルス方向弁別器からの
出力パルスを累積する累積演算手段と上記盤器と上記支
持装置との間に設けられた基準パルス発生器とを有し、
該基準パルス発生器からの出力パルス信号によって上記
累積演算手段からの出力信号をリセットし上記累積演算
手段の出力を方位出力信号として出力することを特徴と
するジャイロコンパス。