DE1623501A1 - Verfahren zum Schnellrichten von Plattformen mit integrierenden Wendekreiseln - Google Patents

Verfahren zum Schnellrichten von Plattformen mit integrierenden Wendekreiseln

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DE1623501A1
DE1623501A1 DE19671623501 DE1623501A DE1623501A1 DE 1623501 A1 DE1623501 A1 DE 1623501A1 DE 19671623501 DE19671623501 DE 19671623501 DE 1623501 A DE1623501 A DE 1623501A DE 1623501 A1 DE1623501 A1 DE 1623501A1
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gyro
integrating
rate gyro
normal
axis
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DE19671623501
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Gerber Dipl-Ing Gerhard E
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LEAR SIEGLER GmbH
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LEAR SIEGLER GmbH
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
    • G01C25/005Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass initial alignment, calibration or starting-up of inertial devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
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Description

  • Verfahren zum Sohneliriohten von Plattformen mit integrierenaen Wendekreiseln flie Erfindung besieht sich auf ein Verfahren sun Schnellrichten, insbesondere zum Sehnellaufrichten eines Plattformsystemes mit integrierenden Wendekreiseln, dadurch gekennzeichnet, aa. das Schnellrichten mittels normaler Wendekreisel durchgeführt wird.
  • Integrierende Wendekreisel finden u.s. in Stabilisierungssystemen frei in Eaum bewaglicher Frojektile, wie z.B. in Torpedos oder Baketen, Verwendung. Als Wendekreisel wird ein Kreisel verwendet, der neben der präzessionsfreien Bewegungarichtung in seiner Drehachse einen Çusätzlichen Preiheitsgrad der Bewegung durch eine halbkardanische Aufhängung besitzt. lin solcher Kreisel ist also noch in einer senkrecht zur Drehachse liegenden sog. Me#schse gefesselt, während er um eine dritte möghohe Achse in Raum, die sowohl senkrecht ur Drehachse als auch zur Me#schse liegt, frei bewegt werden kann.
  • Diese dritte Aschse sei als "freis" Ashse definiert. Aus den Gesetzom der Kreiseltheorie lä#t sich ableiten, da# zur Wendekreisel at eine Drchung na seine freie Achse mit einer emtsprechanden Fräsessionsauslenkung um seins Me#anhse reagiert. Diese Erscheinung nutzt man in Stabilisierungnsystemen sum Messen der Nichtungsabweichung des Kreiselträgere von einer durch den Kreisel definierten raumfenten Richtung und zum Wiedersusrichten des Kreiselträgers aus. Der halbkardanisch aufgehängte Kreisel ist ni, .ia.w an :r Se5hee ->qi£snden sk.tSll-oder Dämpfungaverrichtung und mit einem obenfalls an dieser Achme sugebrnahten Me@rertgeber versehen. Allgemein soll also umter simen Wendekreisel ein zu Me@zwecken verwendeter und nit einer Rückstell- oder Dämpfungsverrichtung versehemer halbkardanisch aufg@hängter Kreisel verstenden werden.
  • Wird sine an der Me#ashse angrsifande Räskstellworrichtut verwendet, derem Düskstellkraft af die Me#sshse proportional der Auslenkung der Me#echse ist, so arbetet der Vendekreisel als sog. nommeler Wendakreisel.
  • Nach dar Kreisel-Theorie ergibt sich, da# die Auslenkung der Ne#enhse proportiomal der Winkelgeschwindigkeit ist. itt de der Wendeknisel na <i. fr.ie ohse gorht wird. Bei einem normalen Wendekreisel ist deshalb die Rückstellkraft ebenfalls propertional dieser Winkelgeschwindigkeit. Der normale Wendekreisel hat die Eiganschaft, einer Drehung ul seine freie Achse eine der Winkelgeschwindigkeit dieser Drehung proportionale Trägheitekraft entgagemzusetzen, und ist dechalb zur Dämpfung gegen Veränderungen aus einer augenblicklichen Istlage geeignet.
  • Gegenüber dem normalen Wendekreisel arbeitet der sog. integrierende Wendekreisel kit einer integrierenden Dämpfung. In diesen Falle ist keine Rückstellkraft wird ror, sondern die Auslenkung der Me#achse ist dem Integral der erwähnten Winkelgeschwindigkeit über der 8tit, d.h. direkt dem Drehwinkel um die freie Achse proportional.
  • Wird die Drehung des Wendekreisels um seine freie Anhse abgestoppt, so wird die Anslenkung der Me#achse nicht wie bei einer normalen Wendekreisel infolge der Rückstellkraft wieder In Mull, sondern die Ma#schse verharrt in der dei Integralwert entsprechenden Stellung. Ein derartiger intsgrierender Nendekreisel ist also mai Ausregeln der Lageveränderung des intagrierenden Wendekreisels ge eignet, der die Auslenkung der Me#anhse bewirkt hat. Erst wenn der Wendekreisel wieder seine Sollage einnimmt, wird auch die Auslankung wieder su Null.
  • Normelerweise wird in Stabilieierungssystemen als Kreisel träger eine sog. Plattform verwendet, an der der auserste Kardanrahmen befestigt ist und die .m die freie Achse des Kreisels schwenkbar ist. Zur Stabilisierung dieser Plattform wird das von dem Me#wertgeber des Wendekreisels abgegebene Signal als Stellwert für einen die Plattform in Sollrichtung haltenden Stellmotor benutzt. Ein Stabilisierungssystem umfa#t also den Wendekreiscl. die Plattform und einen Regelkreis. Hat der Kreisel seine volle Umdrebungsgeschwindigkeit und liegt seine raumfeste Richtung fest, so erfolgt die Stabilisierung der Plattform automatisch.
  • Wird der lireisel jedoch von Stillstand auf seine volle Umdrchungegeschwindigkeit gebracht, so fehlt ihm zunächet jede Orientierung; er mu# deshalb erst auf die Sollrichtung einjustlert werden. Dieser Vorgang wird als "Richten" oder bei Verwendung von Plattformaystemen als "Aufriehten" des Kreisels bezeichnet.
  • Beim Richten eine integrierenden Wendekreisels treten im allgemeinen Schwierigkeiten auf, die folgende Gründe haben: Des ausrichten erfolgt-in einem geconderten Regelkreis. Dieser besteht aus einem Sollwertgeber, z.B. einem auf der Plattform angebrachten Pendel, einem Regler, der entaprechend der Regelabweichung von dem Sollwert ein Stellwert-@ignel erzeugt, und dem durch das Stellwert-Signal err@ gten Stellmotor zum Ausrichten der Plattform.
  • Der Stellmotor bewegt die Plattform so lange, bis die Regelabweichung Null ist, d.h. er wirkt als integrales Stellglied. Regelkreise mit stark integralem Verhalten neigen jedoch zu Inatabilitäten, d.h. zu Regelschwingungen. Ein integrales Stellglied ist jedoch in diesem Fall notwendig, da die Genauigkeit des Stabilisierungssystems von der Einjustierung des Kreisels abhängt, d.h. davon, ob die Regelabweichung beim Richten tatsächlich Null wird. Der Gefahr des Auftretens von Instabilitäten geht man bisher dadurch aus dem Wege, daß man das Richten langsam durchführt. Insbesondere bei Waffen, wie Raketen und Torpedos kommt es jedoch darauf an, daß das Stabilisierungssystem so-schnell wie möglich funktionsbereit ist. Das bisher bekannte Richt-Verfahren erweist sich also als großer Mangel bei einem solchen Zysten.
  • Es ist deshalb Aufgabe der vorliegendell krfirdung, ein Schnellricht-Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu entwickeln, das ein System mit integrierenden Wendekreiseln in kurzer Zeit vum Stillstand in Funktionsbereitachaft versetæt.
  • Daß erfindungsgemäbe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Schnellrichten mit teLt3 normaler Wendekreisel durch geführt wird.
  • Mit diesem Verfahren nacht nan sich die erwähnte higenschaft normaler Wendekreisel zunutze, daß diese einer Bewegung um ihre freie Achse eine als Dämpfung wirkende Trägheit entgegensetzen.
  • Zu zweckmä#iger Weiterbildung kann das erfindungegemä#e Verfahren dadurch gekennzeichnet eein, daX die integrierenden Wendekreisel während des Schnellrichtens als normale Wendekreisel betrieben werden.
  • Als andere Möglichkeit einer zweckmäßigen Weiterbildung des erfindungagemä#en Verfahrens kann das Schnellrichten mittels zu den integrierenden Wendekreiseln zusätzlicher normaler Wendekreisel durchgeführt werden.
  • Um einen integrierenden Wendekreisel während des Schnellaufrichtens als normalen Wendekreisel zu betreiben, kann das erfindungsgemä#e Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, daß die geschwindigkeitsproportionale Wendekreiseldämpfung während des Schnellaufrichtens durch eine winkelproportionale Fesselung des Wendekreisels ersetzt wird.
  • In Weiterbildung der zuletzt genannten Maßnahme kann ein in der Meßachse des Wendekreisels auftrstender Wendekreiselausschiag als elektrischer, gegebenenfalls verstärkster Wert einem auf der Ma#achse angeordneten, den Wendekreisel winkelproportional fesselnden Drehmomentengeber zugeführt werden. Dieser Drehmomentengeber erzeugt die eingange erwähnte Rückholkraft zum Betrieb des Wendekreisels als normaler Wendekreisel.
  • @ime Binrichtung zur Durchführung des erfindungsgemä#en Verfahrens mit Anordn@ng eines Plattformaystemes, das mit integrierenden Wend@kreiseln ausgerüstet ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Schalteranordnung zu Umschalten des Betriebes integrierender Wendekreisel auf einen Betrieb, bei dem die Wendekreisel als normale Wendekreisel arbeiten, vorgesehen ist. Diese Einrichtung bezieht eich also auf die Weiterbildung des erfindungegemä#en Verfahrens, die besagt, daß die integrierenden Wendekreisel während des Sohnellrichtene ale normale Wendekreisel betrieben werden.
  • Soll das Sohnellrichten mittels zu den integrierenden Wendekreiseln zusätzlichen normalen Wendekreiseln durchgeftihrt werde, so ist auch die Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens durch diese zusätzlichen normalen Wendekreisel gekennzeichnet.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden beschreibung eines Ausführungsbeispieles, wobei' auf die beiliegende Zeichnung Bezug genormen wird.
  • Es zeigend Fig. 1 eine schematische Darstellung eines normalen Wendekreiseis in zwei äquivalenten Ausführungsformen a und b; Fig. 2 die Impulsantwort eines normalen Wendekreisels auf eine rechteckimpulsförmige Drehung des Wendekreisels um seine freie Achse; Fig. 3 eine schematische Darstellung eines integrierenden Wendekreiselß ; Fig. 4 die Impulsantwort eines integrierenden Wendekreisels auf eine rechteckförnfige Drehung des Wendekreisels um seine freie Achse; Fig. 5 ein kombiniertes Block-und Funktionsschaltbild einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Schnellrichtverfahrens.
  • Fig. 1a zeigt eine schematische Darstellung für eine Ausführungsform eines normalen Wendekreisels. Darin rotiert der Kreiselkörper 1 um seine Drehachse 2. Die Drehachse 2.ist in einem inneren kardanischen Rahmen 3 aufgehängt. Dieser kardanische Rahmen 3 ist rest mit der Meßachse 4 des Wendekreiseis verbunden. Die Meßachse 4 wiederum ist beweglich in einem äußeren kardanischen Rahmen 5 angeordnet. Wird der äußere kardanische Rahmen mit der Winkelgeschwindigkeit @ F um die freie Achse 9 des Kreisels gedreht, so erfährt der Wendekreisel eine Auslenkung um seine Meßachse 4. Zur Anzeige dieser Auslenkung ist die Meßachse mit einem Zeiger 6 verbunden, der den Wert der Auslenkung auf einer Skala 7 anzeigt. Außerdem ist die Meßachse durch eine weder 8 gefesselt. Die Rückholkraft der Feder 8 ist proportional der Auslenkung des Kreisels um seine Meßachse 4.
  • Fig. ib zeigt eine zu Fig. la äquivalente Ausführungsform eines normalen Wendekreisels. In dieser Figur ist die Feder 8 durch einen Drehmomentengeber 13 ersetzt.
  • Erfährt der Kreisel eine Auslenkung um seine Meßachse 4, so wird dadurch ein mit der Meßachse 4 gekoppelter Abgriff 6 über einen Potentiometerwiderstand geführt.
  • An diesem Potentiometerwiderstand liegt eine Spannungsquelle 11. Dadurch wird ein dem Ausleflkungswert proportionales elektrisches Stellwertsignal über einen Verstärker 12 dem Drehmomentengeber 13 zugeführt. Dieser erzeugt auf gleiche Weise wie die Feder 8 in Fig. la eine Rückstellkraft, die der WinkelgeschwindigkeitJL F' mit der die Kreiselanordnung um ihre freie Achse 9 gedreht wird, proportional ist.
  • In Fig. 2 ist die Impulsantwort eines normalen Wendekreisels auf eine rechteokimpulaförmige Drehung des Wondekreiselg um seine freie Achse gezeigt. Man erkennt daraus, daß der Auslenkungswinkel @ @ M des Kreisels um seine Meßachse 4 proportional der Winkelgeschwindigkeit ist, mit der der Wendekreisel um seine freie Achse 9 gedreht wird.
  • Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines integrierenden Wendekreisels. Dieser unterscheidet sich von einem normalen Wendekreisel dadurch, daß seine Me#achse nicht durch eine Rückstellkraft gefesselt, sondern in ihrer Auslenkung gedämpft ist. Die der Drehgeschwindigkeit der Meßachse 4 proportionale Dämpfungsvorrichtung ist hier durch einen Flügel 14 angedeutet, der sich in einer in einem Gefäß 15 enthaltenen Flüssigkeit dreht.
  • Der integrierende Wendekreisel hat die Eigenschaft, daß nach Beendigung der Drehung des Kreisels um seine freie achse 9 der Zeiger 6 auf einem der erfolgten Drehung proportionalen Wert stehen bleibt.
  • In Pig. 4 ist die Impulsantwort des integrierenden Wendekreiseis auf eine rechteckförmige Drehung des Wendekreisels um seine freie Achse gezeigt. Die Winkelgeschwindigkeit @ F, mit der die Drehung des Wendekreisels um seine freie Achse 9 erfolgt, sei dabei rechteckimpuleförmig. Der Winkel t, mit dem diese Drehung in der Zeiteinheit erfolgt, hat dann die Porm einer linear ansteigenden Funktion. Wie ion aus den Diagr-n n erkennt, ist die Reaktion des Wendekreisels auf eine erzwungene Drehung um seine freie achse 9 eine Prazessionsdrehung um seine We#achse 6 mit dem Winkel'. ei dem integrierenden Wendekreisel ist der winkel@ M proportional dem Winkel in Fig. 5 ist ein kombiniertes Block- und Punktionsechaltbild einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemä#en Schnellricht-Verfahrens gezeigt. Bei dieser Einrichtung ist der Wendekreisel auf einer um die freie Achse 25 des Wendekreisels drehbaren Plattform 22 angeordnet. Zur Halterung der Plattform ist eine schematisch dargestellte Trägervorrichtung 24 vorgesehen. Die Plattform kann mittels eines Zahnrades 21 und eines Schneckenrades 20 von einem Motor 19 gerichtet werden. Auf der Plattform 22 ist weiterhin eine als Sollwertgeber und regler kombinierte Vorrichtung 23 vorgesehen, die dem Rotor 19 über einen Verstärker 18 ein Stellwertsignal zuführt, wenn die Istrichtung der Plattform 22 von der Sollrichtung abweicht. Dazu ist eine erfindungsgemä#e Schaltervorrichtung 16 vorgesehen, die den normalerweise integrierenden Wendekreisel 17 während des Richtvorganges als normalen Wendekreisel schaltet. Durch dieses Unschalten wird bewirkt, daß der Richtworgang infolge der dämpfenden Wirkung des normalen Wendekreisels schneller erfolgen kann, als es Mit einem integrierenden Wendekreisel möglich wäre, ohne daß dabei Instabilitäten auftreten würden.

Claims (6)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e t 1. Verfahren zum Schmellrichten eines Plattformsystemes mit integrierenden Wendekreiseln, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Schmellrichten mittels normaler Wendekreisel durchgeführt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die integrierenden Wendekreisel während des Bohnellrichtens al. normale Wendekreisel betrieben werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, d z d u r c h g e k e n n -t e i c h n e t , daß des Schuellrichten mittels zu den integrierenden Wendekreiseln zusätzlicher normaler Vendekreisel durchgeföhrt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, d z d u r o h g e k e n nz e i c h n e t , daß die integrierenden Wendekreisel während des Schmellrichtens als normale Wendekreisel betrieben werden und daß das Schnellrichten während des Hochlaufens der Kreisel vorgenommen wird.
  5. 5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Anspruche 1 4 mit Anordnung eines Flattformsystemes, das mit integrierenden Wendekreiseln ausgerüstet ist, g e k e n n z a i o h n e t d u r c h eine ein Sohnellrichten unter Wirkung eines normalen Wendekreisels gewährende Ausbildung der Einrichtung (16-25).
  6. 6. Einrichtung naoh Anspruch 5, g e k e n n z e i c h n e t d u r o h eine Schalteranordnung (16) zum Umxohalten des Betriebes integrierender Wendekreisel (17) auf einen Betrieb, bei dem die Wendekreisel als normale Wendekreisel arbeiten.
DE19671623501 1967-08-30 1967-08-30 Verfahren zum Schnellrichten von Plattformen mit integrierenden Wendekreiseln Pending DE1623501A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8511904B2 (en) 2006-03-07 2013-08-20 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Ready-to-install needle bearing comprising an inner and outer ring

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8511904B2 (en) 2006-03-07 2013-08-20 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Ready-to-install needle bearing comprising an inner and outer ring

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