JPS61245603A - 安定化システム - 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】 本発明はプラットホーム用安定化マウント、特に衛星追
跡用アンテナのプラットホーム用安定化マウントに関す
る。このマウントは固定面にも適用できるが、原則的に
は船舶や大型車輛などの移動体に使用するものである。

例えば衛星からの信号を追跡する場合、本質的なことは
アンテナによって極めて小さな偏差をもって正確な追跡
を行うことである。受信はアンテナベースの簡単な中継
ではない。というのは、衛星は極めて遠い位置にあるた
め、アンテナを少し動作させるだけでは、アンテナによ
って検出される衛星の方位や高度がほとんど変化しない
からである。ディツシュの軸線が正確な整合からずれる
と、信号強度が極めて突然に低下する。ディツシュの軸
線はその中心においてディツシュ面に対して直交する縁
である。例えば、角度誤差がａ５°以上あると、動作能
力の損失が生じる。［１５°誤差における電力信号は正
確な整合時よシ約α５ボルト低く、アンテナからのパイ
ロット信号の受信は、角度誤差が約２゜のときに、損失
が生じる。この点までは電力信号は正である。

従って、アンテナに動作補償システムを設けて、アンテ
ナと信号の整合に影響を及ばず移動体の動作に関係なく
、正確にアンテナを機能させることが重要である。有効
な安定化システムは、例え移動体が同動しても、固定面
に対してプラットホームが同動することを防止するもの
である。この安定化システムは勿論アンテナの軸線にそ
って移動体の加速とプラットホームを無関係にするもの
ではない。

公知のプラットホーム安定化システムは能動的か受動的
のいずれかである。代表的な受動的安定化システムは低
摩擦軸受でジムバル上のプラットホームのバランスを保
つ。横方向に慎重にバランスを保つと、プラットホーム
支持体を加速しても、プラットホームは囲動しない。プ
ラットホームに作用する唯一の回転力はジムバル軸受に
よって伝達される少量のトルクである。

しかし、プラットホームの慣性によって絶対空間におい
て揺動する傾向が出てくる。受動的システムの例はジャ
イロスコープである。ジャイロスコープでは、そのジム
バル軸受の低摩擦を利用して、安定化プラットホームの
回動を防止している。ジャイロスコープの回転フライホ
イールがプラットホームの有効慣性を増す作用をもつ。

能動的システムは、プラットホームの動作を検出する機
器及び支持体に対するプラットホームの回動を直ちに測
定して、その動作を最小限に抑える制御システムを備え
てｈる点で相異している。すべての能動的システムは支
持構造体に対するプラットホームの回動速度に直接対応
する制御信号を発生する。プラットホームの動作を検出
する機器が船舶のロール速度がα５°／秒であることを
検出すると、信号が制御システムに送られ、船舶に対し
て−［Ｌ５°／秒の速度で安定化プラットホームを駆動
するため、プラットホームの真の回動がゼロになる。

受動的システムでは、摩擦があるため完全なシステムが
得られる。即ち、ジムバル軸受内の摩擦を完全に排除す
ることは不可能であシ、従ってプラットホームの所望位
置からのずれは不可避である。能動的システムの問題は
比較的複雑な構成にあ如、動作を検出し、かつ適尚な補
λ 償動作をプラットホームに与える際にｌＩ＃が不可避的
に生じる点にある。

本発明の目的は能動的／受動的な機能をもつシステムを
提供することにある。

即ち、本発明は支持体、径方向に対向する第１ジムバル
によって支持体に取付けたジムバルリング、ジムバルリ
ングにプラットホームラ取付けるために使用する、径方
向に対向する第２ジムバルリングからなるプラットホー
ム用安定化マウントにおいて、 第１ジムバルのひとつに第１シャフトを延長させ、この
第１シャフトに第１電動機を取付け、第２ジムバルのひ
とつに第２シャフトを延長させ、この第２シャフトに第
２電動機を取付け、そして検出手段を設けて該プラット
ホームの絶対的動作を検出し、これによって該ジムバル
リングの動作に誘導され、かつジムバル摩擦ニよってプ
ラットホームに伝達されるプラットホームの動作を電動
機によるトルクによって補償するようにしだ上記安定化
マウントを提供するものである。

発明の好適な実施態様 先づ第１図及び第２図について説明すれば、図示の安定
化マウントは上面に（ロ）動自在に、強固に設けたジム
バル支持アーム４，６を有する回転自在な円形ベース２
からなる。円形ベース２は船舶の甲板１０に係合するよ
うに下方に延長するピン８によって位置決めする。支持
アーム４及び６の間において、径方向に対向する水平シ
ャフト１４及び１６にジムバルリング１２を取付ける。

これらシャフト１４．１６はジムバルリング１２から外
方に延長して支持アーム４及び６に係合する。径方向に
対向するさらに一対のシャフト１８．２０をプラットホ
ーム２２に固着すると共に（このプラットホームは一部
第２図に図示しである）、ジムバルリング１２の低摩擦
軸受２４及び２６間に位置決めする。第１電動機２８を
シャフト１４に、第２電動機ＳＯをプレー）３２及びシ
ャフト２８に取付ける。

電動機６０から延長するシャフト２０はジムバルリング
１２内で自由回転するが、プラットホーム２２には強固
に連結する。電動機２８から延長するシャフト１４はジ
ムバルリング１２に強固に連結するが、プラットホーム
４内において低摩擦軸受によｐ自由回転する。使用する
すべての軸受は低始動トルクを有し、かつ両電動機２８
及び６０は低摩擦電動機を選択する。

角速度センサ３４（第１図参照）を設けて、ジムバルリ
ング構造体が可能にする２方向におけるプラットホーム
２２の動作を検出できるようにする。

プラットホーム２をロー２２６に取付け、これの周囲に
歯３８を形成する。プラットホーム２に電動機４０を取
付けると共に、この駆動シャフトに歯車４２を設けて、
駆動電動機４０によってプラットホーム２を回動できる
ようにする。耐候性を目的としたレドームと呼ばれるこ
とが多いカバー４４によってシステムを保護する。レド
ームの特に重要な機能はアンテナを突風から保護するこ
とにある。

プラットホーム２２に従来のアンテナ４６を取付け、こ
の角度を自動又は手動でプリセットする場合に応じて、
空中走査できるようにしてもよ１０ 装置の操作は第３図のブロック線図に示す制御システム
によって説明されている。ｔｓｓ図には、２つの電動機
アクチュエータ２８及び５゜の内一方のみの制御システ
ムを示しである。このシステムは勿論に他のアクチュエ
ータにも適用できる。

＃ｃ５図について説明する前に、いくつかの部材につい
て説明する。第２図に示す安定化マウントは回動軸線が
４つである。ビン８０を中心とする回転軸線は、電動機
４０により、全般的な方位角を定めるものである。ジム
バルの２つの軸線はアンテナの方向を正確に制御するも
のである。係留船例えば石油掘削船などのスンテナシス
テムでは、その船首方位が変化しないので、全般的な方
位角はプリセットでき、またベースをその位置に係止で
きる。ところが船首方位が変化し易い船舶の場合には、
電動機４０を使用し、これをコ／バスによる信号に接続
するのが望ましい。

マウントの精密制御は能動的かつ受動的に実施できる。

プラットホーム２２はジムバルリング１２上で自由に回
転するので、プラットホ−ムがアンテナに対し正確な方
位からずれたときのみ、能動制御によｊｔ）ルクを増大
させるようになっている。制御システムは船舶に対する
アンテナの回動速度ではなく、アンテナの絶対回動速度
を知るものである。これは能動的システムが船舶に対す
るプラットホームの動作を常時制御する上記従来システ
ムとは対照的である。

プラットホーム２２が支持するアンテナ４６はそのジム
バル上でバランスを保っているので甲板の側面加速度が
これにトルクを誘導することはない。このためには回動
部材、即ちアンテナの重心、アンテナに付随するローノ
ズ増副器及び安定化装置の重心を正確にジムバル取付位
置の中心に位置決めすると共に、ジムバルの両回転軸線
に整合させる必要がある。従って、平衡錘４８を使用し
、そして図示のように、平衡錘は小質量に応じてアンテ
ナのバランスヲトリミングできるようにする必要がある
。

アンテナがそのジムバル上で自由回動じ九場合、との回
動を起こさせる唯一の力はジムバル軸受を介して摩擦と
して伝達させるトルクである。どのような力もジムバル
リングを介して伝達されないという簡単な理由によシ、
船舶がローリングしてもアンチｊは常に同一方向を指向
している。しかし、能動的システムでは、摩擦を補償す
る必要がある。この点に関して、できるだけ低摩擦の軸
受を使用することが重要である。回動速度が非常におそ
いため、高い始動摩擦、即ちリトルクを持つ軸受の使用
は避けなければ々らない。さらに軸受は保守が容易で、
塩分に強くなければならない。しかし軸受公差は臨界的
ではなく、また負荷は小さい。

さらに摩擦に関していえば、電動機２８及び３０は回動
軸に密接する必要があシ、また一回転したシ、約２°／
秒以上の速度で回転しないようにしておく必要がある。

電動機の通常状態では、流れる電流値はゼロであシ、こ
の状態では、自由回動するので、電動機ジムバルの摩擦
に何も付加しない。ジムバル内の摩擦の効果を補償する
ためにトルクを追加する必要がある場合にハ、下記の制
御アルゴリズムによって制御量の電流を電動機に通電す
る。なお、本発明による能動的制御装置はアンテナ動作
を直接制御しないものである。ただ、いずれからの方向
にアンテナをブーストさせるだけである。

このように、第３図に示しだ制御システムはアンテナの
絶対的動作にのみ関する制御システムであシ、船舶に対
するアンテナの相対速度は制御しないシステムでおる。

低摩擦軸受によってアンテナは船舶の回動とは関係がな
いので、その慣性は適正方向に維持される。制御システ
ムは、慣性センサを使用、して、アンテナの絶対動作を
モニタし、そしてアンテナがその適正方位からずれた場
合にのみ、回転トルクを与えてアンテナをブーストさせ
る。

第３図はアンテナの「ロール」角度を制御するだめに使
用する制御システムのひとつを示す図である。この図に
ついて説明すると、船舶のローリングによるトルク１、
電動機によるトルク、及びアンテナ・ジムバルの力学的
作用がアンテナのロール速度を決定する。このロール速
度はアンテナに取付けた角速度センサによって測定する
。この角速度はジャイロ安定化慣性プラットホームかソ
リッド・ステート装置であればよい。この装置はアンテ
ナのロール速度に比例する電気的信号を発生し、この信
号をアナログ信号フィルタに送シ、情報なＡ／ｄコンバ
ータに送る。こζからＡ／ｄコンバータとｄ／Ａコンバ
ータとの間にある、制御システムのマイクロプロセッサ
部分に信号を送る。このマイクロプロセッサには１７１
ｃ電力信号からの情報を送る。

ξの電力信号は受信信号の強度に比例し、　Ａ／ｄコン
バータに送られて、走査アルゴリズムを使用して、アン
テナの所望ロール角度をｉｔｓするものである。この制
御システム部分につｈては後述する。

マイクロプロセッサは電流制御装置に制御信号を送り、
次にこの電流制御装置がどの電動機を特定電流によって
制御するかに応じて電′動機２８か３０に所要電流を送
シ、取付けられたジャフトに作用させるトルクを増加さ
せる。

制御システムに信号トラッキング制御システムを追加し
て、電力信号が最強塵になるようにアンテナを整合させ
るようにするのが望ましい。

このようなシステムでは電力信号が１次制御変数にな９
、アンテナを円弧状に走査させて、最強塵の信号が得ら
れる方向を定める。

発明の効果・作用 本発明では、プラットホームを低摩擦ジムバル上でバラ
ンスをと９１これを支持構造体の回動と無関係にしてい
る。しかし、所定の機器を使用してプラットホームの動
作を測定すると共に、制御システムを使用して生じるす
べての動作を相殺する。しかし、本発明においては、能
動的制御システムでは支持構造体に対するプラットホー
ムの動作を制御しない。通常の操作では、プラットホー
ムはそのジムバル内で自由回動するため、能動的制御シ
ステムは、プラットホームが正確な方位からずれ始めた
時にのみ、プラットホームに作用するトルクを増加させ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による安定化システムの側面図である。 第２図は安定化プラットホームの断面を含む正面図であ
る。 第５図は第１図及び第２図に示す安定化システムと共に
使用する制御システムを示すブロック線図である。 代理人　弁理士　　高　野　武和賀 手続補正書動幻 昭和６１年５月１９日 １、事件の表示 昭和６１年特許願第３１７４６号 ２、発明の名称　　　　　　　　安定化システム３、補
正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　カナダ国ブリティシュコロンビアバンクーバーウ
ェスブルックマール３６５０ 氏名（名称）テックウェストアディビジョンオブフリー
トアエロスペースコーポレーション４、代理人 住所　〒１７０　　東京都豊島区東池袋１丁目２８番１
号グローリア初穂池袋７０８号 ６、補正の対象　　　（１）願書の「３．特許出願人代
表者」の欄７、補正の内容　　　（１）別紙訂正願書の
通り（２）別紙の通り （３）別紙の通り（内容に変更なし） （４）別紙の通り

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）支持体、径方向に対向する第１ジムバルによつて
   支持体に取付けたジムバルリング、ジムバルリングにプ
   ラットホームを取付けるために使用する、径方向に対向
   する第２ジムバルからなるプラットホーム用安定化マウ
   ントにおいて、第１ジムバルのひとつに第１シャフトを
   延長させ、この第１シャフトに第１電動機を取付け、第
   ２ジムバルのひとつに第２シャフトを延長させ、この第
   ２シャフトに第２電動機を取付け、そして検出手段を設
   けて該プラットホームの絶対的動作を検出し、これによ
   つて該ジムバルリングの動作に誘導され、かつジムバル
   摩擦によつてプラットホームに伝達されるプラットホー
   ムの動作を電動機によるトルクによつて補償するように
   した上記安定化マウント。
2. （２）回路により該検出手段を該電動機に連結し、加え
   られるトルクを制御するようにした特許請求の範囲第１
   項に記載の安定化マウント。
3. （３）第１及び第２電動機それぞれが低摩擦直流電動機
   である特許請求の範囲第１項に記載の安定化マウント。
4. （４）電流が流れている状態において、該電動機のアー
   マチュアが自由回動するようにした特許請求の範囲第３
   項に記載の安定化マウント。
5. （５）ベースから支持体を上方に延長させた特許請求の
   範囲第１項に記載の安定化マウント。
6. （６）該ベースを固定した特許請求の範囲第５項に記載
   の安定化マウント。
7. （７）該ベースを回動自在にするが、所望の位置では固
   定できるようにした特許請求の範囲第５項に記載の安定
   化マウント。
8. （８）該ベースが、これを回動させてマウントを全般的
   な始動位置に位置決める電動機を有する特許請求の範囲
   第６項に記載の安定化マウント。
9. （９）該プラットホームが衛星を追跡するアンテナであ
   る特許請求の範囲第１項に記載の安定化マウント。
10. （１０）該プラットホーム及びジムバルリングの重心を
    ジムバルの回動中心に位置決めする平衡錘を有する特許
    請求の範囲第９項に記載の安定化マウント。