JPH09218039A - ジンバル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、ジンバル装機構の外乱による空間運
動を抑制するとともに、捜索モードと追尾モードのコマ
ンドに対しては高応答性を有するジンバル装置を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】母機プラットフォーム上に設けた角度セン
サと、レートセンサと、ジンバル機構からなるジンバル
装置の制御装置において、第１加算器と、第２加算器
と、ジンバル装置と、積分要素を前記順に配置し、角度
センサ６は、空間座標ジンバル角θ_G を検知して、第１
加算器にネガティブ・フィードバックし、レートセンサ
７は、母機運動を検知して第２加算器にネガティブ・フ
ィードバックし、第１加算器は、角度コマンド１と、追
尾コマンド２と、角度センサ６からの信号を入力し、第
２加算器は、第１加算器からの信号と、レートセンサ７
からの信号を入力し、空間座標ジンバル角θ_G を出力す
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、安定化機構を具備
したジンバル装置に関する。ここで、安定化機構を具備
したジンバル装置とは、外乱があってもジンバル軸が空
間に対し安定しているジンバル装置、すなわち、母機プ
ラットフォームの運動（外乱）に対してジンバル軸が影
響をうけないジンバル装置をいう。本発明装置は、車両
用ジンバル装置や、ミサイルシーカジンバル等に利用で
きる。

【０００２】

【従来の技術】従来のミサイルシーカジンバル装置の技
術を図３〜図４に示す。図３は、従来のジンバル装置の
ブロック図、図４は、従来のジンバル装置の構成図であ
る。

【０００３】図３において、捜索モードとは、角度コマ
ンドに追従してジンバルの角度を制御するサーボ系であ
り、そのサーボ系の性能評価には、静特性（直線性、ヒ
ステリシス、分解能等）と動特性（周波数応答、過渡応
答等）がある。

【０００４】分解能とは、微小な角度設定に対しても、
どれだけ追従して作動する事ができるかを示す性能をい
う。捜索モードでは、角度コマンド（指令）に対して如
何に忠実に追従できるかが要求される条件である。

【０００５】追尾モードとは、追尾コマンドに追従して
ジンバルの角度を制御するサーボ系であり、サーボ系と
しては捜索モードと同様であるが、母機運動（外乱）に
対して相反する運動をすることにより、母機運動（外
乱）を減衰させ、設定した空間座標軸からの誤差角を０
にするように動作する。

【０００６】従来のジンバル装置においては、図３に示
すように、捜索モード１０の時は、角度コマンド１によ
り作動し、追尾モード１１の時は、制御ループの切換ス
イッチ１６を切り換えて、追尾・空間安定ループ１３の
みでサーボ系を構成し、追尾コマンド２を入力して、母
機座標ジンバル角（λ_G ）１５を制御することにより、
捜索性能と追尾・空間安定性能を両立させていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のジンバルサーボ
系の構成に於いては、図４に示すように、レートセンサ
１４をジンバル軸１９の上に配置していた。そのため、
外乱によるジンバル１８の空間運動を抑制しようとする
追尾／空間安定の性能と、ジンバル１８の高い応答性を
得ようとする捜索性能の両方の性能は，相反する特性の
ため、どちらかを優先して設計する必要があった。

【０００８】また、上記問題を解決するためには、図３
に示すように捜索モード１０から追尾モード１１にする
には、サーボループ系を切り換える必要があり、かつ追
尾時の空間安定ループ１３のフィードバックセンサとし
て、ジンバル軸上に設置したレートセンサ１４を用いる
ため、ジンバルの角度の精度がレートセンサの精度に左
右されていた。

【０００９】そのためジンバルの角度の精度に限界があ
った。本発明はこれらの問題を解決することができるジ
ンバル装置、すなわち、母機プラットフォームの運動
（外乱）に対してジンバル軸が影響をうけないジンバル
装置、したがって、外乱に対する空間運動は抑制する
が、角度コマンド又は、追尾コマンドに対する空間運動
は抑制することのない、高応答性を有するジンバル装置
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係るジンバル装
置は、母機プラットフォーム上に設けた角度センサと、
レートセンサと、ジンバル機構からなるジンバル装置の
ジンバル軸の制御装置において、（Ａ）第１加算器と、
第２加算器と、ジンバルと、積分要素を前記順に配置
し、（Ｂ）前記角度センサは、前記積分要素の出力であ
る空間座標ジンバル角（θ_G）を検知して、第１加算器
にネガティブ・フィードバックし、（Ｃ）前記レートセ
ンサは、母機プラットフォームの運動（外乱）を検知し
て、第２加算器にネガティブ・フィードバックし、
（Ｄ）前記第１加算器は、角度コマンドおよび追尾コマ
ンドを入力するとともに、角度センサからの信号を入力
し、（Ｅ）前記第２加算器は、第１加算器からの信号を
入力するとともに、レートセンサからの信号を入力し
て、制御対象であるジンバルに出力し、（Ｆ）前記積分
要素は、ジンバルからの信号を入力し、空間座標ジンバ
ル角（θ_G ）を出力し、（Ｇ）前記角度コマンドと、第
１加算器と、第２加算器と、制御対象であるジンバル
と、積分要素と、角度センサは、捜索／追尾ループを形
成し、（Ｈ）前記レートセンサと、第２加算器と、制御
対象であるジンバルと、積分要素は、空間安定ループを
形成することを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１〜図２
に示す。ミサイルシーカジンバルの場合を例にして説明
する。図１は、本発明の実施の形態のジンバル装置のジ
ンバルサーボ系のブロック図を示し、図２は、本発明に
係るジンバル装置の構成を示す。

【００１２】図１の座標の定義に記載した記号、λ_G 、
θ_P 、およびθ_G の意味は次の通りである。 λ_G …ジンバル軸の母機座標軸に対する相対角（母機プ
ラットフォームの座標軸とジンバル軸の相対角）、 θ_P …母機座標軸の空間座標軸に対する相対角（母機プ
ラットフォームの運動による、母機座標軸の空間座標軸
からの誤差角）、 θ_G …ジンバル軸の空間座標軸に対する相対角（ジンバ
ル軸の運動による、ジンバル軸の空間座標軸からの誤差
角）。 したがって、 θ_G ＝θ_P ＋λ_G （１） となる。

【００１３】ここで、空間座標軸とは、制御対象である
ジンバル１８を空間に安定させ、保持させるべき空間座
標軸をいう。図１に示すように、本発明に係るジンバル
装置の制御対象はジンバル１８であり、制御量θ_G （ジ
ンバル軸の空間座標軸に対する相対角）を制御すること
により、ジンバル１８を、設定した空間座標軸からの誤
差角が０になるように出来るものである。

【００１４】他方、従来のジンバル装置では、ジンバル
に入力される角度コマンドは、あくまでも母機プラット
フォーム上のジンバルに対して入力されているため、コ
マンドを切り換えて追尾コマンドを入力し追尾空間安定
ループを構成する必要があった。

【００１５】しかし、本発明に係るジンバル装置では、
ジンバルに入力されている角度コマンドは従来と同様で
あるが、母機プラットフォーム上にレートセンサ７を設
置することにより、θ_P （母機プラットフォームの運動
による、母機座標軸の空間座標軸からの誤差角）が制御
されることになり、λ_G （ジンバル軸の母機座標軸に対
する相対角）を制御するだけで、θ_G （ジンバル軸の運
動による、ジンバル軸の空間座標軸からの誤差角）を制
御することが可能になる。

【００１６】図２に示すように、母機上レートセンサ７
を母機プラットフォーム１７に設置し、母機プラットフ
ォームの運動（外乱）８に対する空間安定ループ５を捜
索／追尾ループ４と全く独立して構成する。

【００１７】角度センサ６は、ジンバル軸の角度を検出
するが、母機プラットフォーム１７の角度は検出しな
い。角度コマンド１及び追尾コマンド２は、母機プラッ
トフォーム１７からのジンバル角に対するジンバルの角
度指令（すなわちジンバル軸の角度指令）である。

【００１８】この指令に対して、母機上レートセンサ７
からの母機プラットフォームの運動（外乱）８を加え合
わせることにより、制御対象であるジンバル１８に入力
される制御量は、λ_G （母機座標ジンバル角）となり、
ジンバル１８は設定した空間座標軸からの誤差角が０に
なるように保持されることになる。

【００１９】そのため、角度コマンド１及び追尾コマン
ド２に対して、角度センサ６により高精度な捜索／追尾
ループ４を構成し、空間座標ジンバル角（θ_G ）９を制
御することができる。

【００２０】すなわち、本発明に係るジンバル装置は、
図２に示すように、ジンバル・サーボ系を構成する母機
プラットフォーム１７にレートセンサ７を取付けるこに
より、母機プラットフォームの空間安定ループを実現す
る。

【００２１】それとともに、本来の捜索モードにより、
高精度な追尾モードを実現する。そして、高精度な捜索
／追尾モード３と、高性能な空間安定ループ５を両立さ
せる。

【００２２】捜索性能と追尾空間安定性能は、ジンバル
１８の性能を評価するための評価性能の１つであるとと
もに、母機プラットフォーム１７の性能を評価するため
の評価性能の１つでもある。

【００２３】本発明に係るジンバル装置によれば、 （１）捜索性能と追尾空間安定性能を分離独立して設計
することがができる。したがって、双方の性能を目的の
要求性能に合わせて、構成することが可能になる。 （２）捜索／追尾の切り換えが不要となり、角度センサ
６の分解能で追尾性能の精度を得することができる。し
たがたつて、一般のレートセンサでは得られない高精度
追尾性能を得ることができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、前述のように構成されている
ので、以下に記載するような効果を奏する。 （１）捜索性能と追尾空間安定性能を分離独立して設計
することができる。

【００２５】そのため、双方の性能を目的の要求性能に
合わせて、構成できるようになる。従って、今までは、
どちらかの性能を優先させた設計をしなければならなか
ったものを、双方の性能とも高性能にすることが可能に
なる。 （２）捜索／追尾の切り換えが不要になり、角度センサ
６の分解能で追尾性能の精度を得ることができ、分解能
の性能を改善することができる。

【００２６】そのため、一般のレートセンサでは得られ
ない高精度追尾性能を得ることができる。 （３）レートセンサをジンバル軸上に搭載する必要がな
くなる。

【００２７】そのため、ジンバル機構の設計の自由度が
増すとともに、ジンバル機構の空間的な角度の精度を厳
密に設計する必要も無くなり、調整作業を軽減すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るジンバル装置のブロック図。

【図２】本発明に係るジンバル装置の構成図。

【図３】従来のジンバル装置のブロック図。

【図４】従来のジンバル装置の構成図。

【符号の説明】

１…角度コマンド、 ２…追尾コマンド、 ３…捜索／追尾モード、 ４…捜索／追尾ループ、 ５…空間安定ループ、 ６…角度センサ、 ７…レートセンサ（母機上）、 ８…母機プラットフォームの運動（外乱）、 ９…空間座標ジンバル角（θ_G ）、 １０…捜索モード、 １１…追尾モード、 １２…捜索ループ、 １３…追尾／空間安定ループ、 １４…レートセンサ（ジンバル軸上）、 １５…母機座標ジンバル角（λ_G ）、 １６…切換スイッチ、 １７…母機プラットフォーム、 １８…ジンバル（制御対象）、 １９…ジンバル軸（ピッチ軸、ロール軸、ヨー軸）、 ２１…母機座標軸の空間座標軸に対する角（θ_P ）、 ３１…ジンバル装置、 ３２…積分要素、 ４１…第１加算器、 ４２…第２加算器、 λ_G …ジンバル軸の母機座標軸に対する相対角、 θ_P …母機座標軸の空間座標軸に対する相対角、 θ_G …ジンバル軸の空間座標軸に対する相対角（θ_G ＝
θ_P ＋λ_G ）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 母機プラットフォーム（１７）上に設け
   た角度センサ（６）と、レートセンサ（７）と、ジンバ
   ル（１８）からなるジンバル装置（３１）のジンバル軸
   の制御装置において、（Ａ）第１加算器（４１）と、第
   ２加算器（４２）と、ジンバル（１８）と、積分要素
   （３２）を前記順に配置し、（Ｂ）前記角度センサ
   （６）は、積分要素（３２）の出力である空間座標ジン
   バル角（θ_G ）を検知して、第１加算器（４１）にネガ
   ティブ・フィードバックし、（Ｃ）前記レートセンサ
   （７）は、母機プラットフォームの運動（外乱）を検知
   して、第２加算器（４２）にネガティブ・フィードバッ
   クし、（Ｄ）前記第１加算器（４１）は、角度コマンド
   （１）および追尾コマンド（２）を入力するとともに、
   角度センサ（６）からの信号を入力し、（Ｅ）前記第２
   加算器（４２）は、第１加算器（４１）からの信号を入
   力するとともに、レートセンサ（７）からの信号を入力
   して、制御対象であるジンバル（１８）に出力し、
   （Ｆ）前記積分要素（３２）は、ジンバル（１８）から
   の信号を入力し、空間座標ジンバル角（θ_G ）を出力
   し、（Ｇ）前記角度コマンド（１）と、第１加算器（４
   １）と、第２加算器（４２）と、制御対象であるジンバ
   ル（１８）と、積分要素（３２）と、角度センサ（６）
   は、捜索／追尾ループ（４）を形成し、（Ｈ）前記レー
   トセンサ（７）と、第２加算器（４２）と、制御対象で
   あるジンバル（１８）と、積分要素（３２）は、空間安
   定ループ（５）を形成することを特徴とするジンバル装
   置。