DE2315499C3

DE2315499C3 - Redundante Trägheitsnavigationsanlage

Info

Publication number: DE2315499C3
Application number: DE2315499A
Authority: DE
Inventors: Michael New Milford N.J. Epstein; Bernard J. Eastchester N.Y. O'connor; Richard Mahwah N.J. Shaw Jun.
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1972-03-31
Filing date: 1973-03-28
Publication date: 1980-04-24
Also published as: JPS4927250A; JPS5829445B2; FR2178955A1; FR2178955B1; DE2315499B2; DE2315499A1; US3918309A; IT987753B; GB1421275A

Description

Die Erfindung betrifft eine redundante Trägheitsnavigationsanlage nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine derartige Navigationsanlage ist aus der US-Patentschrift 33 91 568 bekannt. Sie umfaßt zwei identische Plattformen, die jeweils mit zwei Kreiseln stabilisiert sind. An jeder Plattform befinden sich zusätzlich Beschleunigungsmesser, wobei die Beschleunigungsmesser der einen Plattform unter einem Winkel von 45° gegen die Beschleunigungsmesser der anderen Plattform ausgerichtet sind. Vier Computer vergleichen die von den Beschleunigungsmessern auf den beiden Plattformen erzeugten Ausgangssignale.

Diese Anlage ist hardware-mäßig vergleichsweise kompliziert aufgebaut. Gleichwohl ermöglicht sie nur eine Entscheidung, welchem von zwei unabhängig arbeitenden Systemen bei differierender Anzeige der Vorrang einzuräumen ist. Die Redundanz des Systems ist gering.

Eine ähnliche Navigationsanlage, bei der auch die Verwendung von drei Plattformen in Betracht gezogen wird, ist aus der Zeitschrift VDI-Z, 113, 1971, Seiten 1417-1420, bekannt.

Schließlich ist in der US-Patentschrift 34 89 004 eine Plattform beschrieben, die mit vier Wendekreiseln ausgestattet sind. Deren Eingangsachsen sind schräg zu den Plattformachsen ausgerichtet Es fehlt jedoch ein Hinweis darauf, wie eine derartige Anordnung bei redundanten Navigationsanlagen zur Lösung der nachfolgend geschilderten Aufgabe der Erfindung verwendet werden könnte.

Diese besteht darin, eine Trägheitsnavigationsanlage der in Rede stehenden Art zu schaffen, bei welcher die verwendeten Kreisel überwacht, ein eventuell ausgefal-

lu lener Kreisel identifiziert und abgeschaltet und die Anlage danach in einer anderen Kreiselkombination aus gestützten und nicht gestützten Kreisel weiterverwendet werden kann. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des

ι ι Hauptanspruchs beschriebene Erfindung gelöst

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Navigationsanlage sind alle kardanisch aufgehängten Plattformen mechanisch identisch und damit untereinander austauschbar. Es werden auch Zustände mit Doppelfehlern erfaßt, in denen zwei übergroße Driftgeschwindigkeiten zueinander in einem solchen Verhältnis stehen, daß die sich daraus ergebende Plattformdrift senkrecht zur Achse

2Ί eines gestützten Kreisels verläuft Die Ausrichtung von mehr als sechs Kreiselachsen im Raum ermöglicht die Ermittlung aller einzelner und doppelter Fehler dadurch, daß die dreifachen skalaren Produkte der Einheitsvektoren von drei senkrecht aufeinanderstehen den Rächen, die bei der Fehlerermittlung verwendet werden, maximiert werden. Senkrecht zu den Flächen eines regelmäßigen Ikosaeders stehende Kreiselachsen erfüllen diese Bedingung. Die Kreiselachsen auf einer Plattform können dabei durch Drehung um die Achse

v> des Plattforminnenrahmens parallel zu den Kreiselachsen auf jeder anderen Plattform ausgerichtet werden. Hierdurch können die Plattformen untereinander ausgetauscht werden. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Trägheitsnavigationsanlage mit drei Plattformen,

F i g. 2 das Blockschaltbild der Trägheitsnavigationsanlage von Fig. 1 mit drei jeweils durch vier Rahmen stabilisierte Plattformen und den Resolvern zur Messung der Winkekirehung der Rahmen, Fig.3 die schematische Darstellung der Beziehung

w der Eingangsachsen der Kreisel zu den Flächen eines regelmäßigen Ikosaeders,

Fig.4 die schematische Darstellung der Anordnung der Achsen der Kreiselrahmen.

Fig. 1 bietet eine allgemeine Übersicht über die

r> Trägheitsnavigationsanlage mit den drei Plattformen 1, 2 und 3. Der Regler 4, Bestandteil einer Ausricht- und Stützmatrix, erhält die Signale für die Ablage der Kreiselrahmen £* von den Plattformen 1 und 2 und gibt die Stützmomentbefehle fir-an diese Plattformen ab. Am

in Regler5 liegen die Ablägesignäleder Kreiselrähmen £,. von den Plattformen 2 und 3 her an; er gibt seinerseits die Stützbefehle E₍ an diese Plattformen ab. Der Regler 6 erhält die Ablagesignale für die Kreiselrahmen Εφ von den Plattformen 1 und 3 und gibt die Stützbefehle fir·an

h'. diese Plattformen ab.

Fig. 2 zeigt eine spezielle Ausführungsform, bei der die Plattform 3 der Plattform 2 nachgeführt wird und nur die Regler 4 und 5 vorhanden sind. Somit umfaßt die

Plattform 1 der F i g. 2 die Grundplatte 40, den durch die Grundplatte getragenen redundanten Rahmen 42, den durch den redundanten Rahmen 42 getragenen Außenrahmen 44, den durch den Außenrahmen 44 geführten Mittelrahmen 46 sowie den durch den Mittelrahmen 46 getragenen Innenrahmen 50; dies ist der Stand der Technik. Vier Resolver 11, 12,13 und 14 werden durch die Grundplatte 40, den redundanten Rahmen 42, den Außenrahmen 44 sowie den Mittelrahmen 46 der Plattform 1 getragen. Die Motoren der Stützmomentengeber 52, 54, 56 und 58 werden durch den redundanten Rahmen 42, den Außenrahmen 44, den Mittelrahmen 46 und den Innenrahmen 50 gehalten. Der Innenrahmen 50 trägt die Kreisel O1, G 6 und G 8.

Die Plattform 2 umfaßt die Grundplatte 60, den durch die Grundplatte 60 getragenen redundanten Rahmen 62, den durch den redundanten Rahmen 62 getragenen Außenrahmen 64, den durch den Außenrahmen 64 geführten Mittelrahmen 66 sowie den durch den Mittelrahmen 66 gehaltenen Innenrahmen 68. Die Resolver 21,22,23 und 24 werden von der Grundplatte 60, den redundanten Rahmen 62, den Außenrahmen 64 sowie dem Mittelrahmen 66 getragen. Die Stützmomentengeber-Motoren 70, 72, 74 und 76 werden durch den redundanten Rahmen 62, den Außenrahmen 64, den Mittelrahmen 66 und den Innenrahmen 68 geführt Der Innenrahmen 68 trägt die Kreisel G 3, G 2 und GO. Die Plattform 3 umfaßt die Grundplatte 80, den durch die Grundplatte 80 getragenen redundanten Rahmen 82, den durch den redundanten Rahmen 82 getragenen Außenrahmen 84, den durch den Außenrahmen 84 getragenen Mittelrahmen 86 sowie den durch den Mittelrahmen 86 getragenen Innenrahmen 88. Die Resolver 31,32,33 und 34 werden durch die Grundplatte 80, den redundanten Rahmen 82, den Außenrahmen 84 und den Mittelrahmen 86 geführt. Die Stützmomentengeber-Motoren 90, 92, 94 und 96 werden durch den redundanten Rahmen 82, den Außenrahmen 87, den Mittelrahmen 86 und den Innenrahmen 88 geführt. Der Innenrahmen 88 trägt die Kreisel G 9, G 4 und G 5.

Die Ausgangssignale der Resolver 11,12,13,14,21,22, 23 und 24 werden durch den Regler 4 verarbeitet, der Kreiselstützsignale erzeugt, die am Kreisel G 6 der Plattform 1 sowie an den Kreiseln G 2 und GO der Plattform 2 anliegen. Die Ausgangssigcale der Resolver 21, 22, 23, 24, 31, 32, 33 und 34 werden vom Regler 5 verarbeitet, der Kreiselstützsignale erzeugt, welche an den Kreiseln G 4, G 5 und G 9 der Plattform 3 anliegen.

Der Regler 4 enthält ein·! durch eine Ausrichtmatrix angesteuerte Stützmatrix. Die Signale der Resolver 11 und 21 werdpn durch das Summierglied 100 addiert; die Signale der Resolver 12 und 22 werden durch das Summierglied 102, die Signale der Resolver 13 und 23 durch das Sumtnicglied 104 und die Signale der Resolver 14 und 24 durch das Summierglied 105 addiert. Die Signale der Summierglieder 100, 102, 104 und 105 gelangen an die Ausrichtmatrix.

Der Regler 5 enthält eine durch eine Aüsrichtmatrix angesteuerte Stützmatrix. Die Signale der Resolver 21 und 31 werden durch das Summierglied 106 addiert; die Signale der Resolver 22 und 32 werden durch das Summierglied 107, die Signale der Resolver 23 und 33 durch das Summierglied 108 und die Signale der Resolver 24 und 34 durch das Summierglied 109 addiert. Die Signale der Sumuiierglieder 106, 107, 108 und 109 gelangen an die Ausrichlrratrix.

Die Signale der Resolver 22 und 24 gelangen sowohl zur Ausrichtmatrix des Reglers 4 als auch zur Ausrichtmatfix des Reglers 5. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß die Regler 4 und 5 sowie die entsprechenden Matrizen sowohl digital als auch analog arbeitende Einrichtungen sein können.
Die Kreisel G1, G 6 und G 8 am Innenrahmen 50 der Plattform 1 stabilisieren die Plattformrahmen mit Hilfe herkömmlicher Servos. Somit gelangen die Ausgangssignale der Kreisel Gl, G 6 und G 8 an den Summenverstärker UO und von dort über den

κι Servoverstärker 112 an den Stützmomentengeber 58. Ebenso gelangen die Kreiselsignale über das Summierglied 110 an den Resolver 114, der sie seinerseits an den Ausgang des Innenrahmens 50 abgibt, sowie auch über die Servoverstärker 116 und 118 an die Stützmomentenj geber 56 und 54. Das Ausgangssignal des Resolvers 13 gelangt über den Servoverstärker 120 an den Stützmomentengeber 52. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß der Resolver 114 durch entsprechende mechanische Einrichtungen mit dem Resolver 14 und dem Stützmomentengeber 58 gekoppelt ist, wobei c«ese miteinander so verbunden sind wie der Resolver »1 und der Stützmomentengeber 52, der Resolver 12 und der Stützmonientengeber 54 sowie der Resolver 13 und der Stützmomentengeber 56.

Die Aubgangssignale der Kreisel G 3, G 2 und G 0 am Innenrahinen 68 der Plattform 2 gelangen zum Summenverstärker 122 und von dort über den Servovenitärker 124 an den Stützmomentengeber 76. Die Kreiselsignale gelangen auch über das Summierglied 122 an den Resolver i28, der sie seinerseits an den Ausgang des Innenrahmens 50 abgibt, von wo aus sie über die Servoverstärker 130 und 132 an den Stützmomentengebern 74 und 72 anliegen. Das Ausgangssignal des Resolvers 23 gelangt über den

r> Servoverijtärker 134 an den Stützmomentengeber 70. Der Resolver 128 ist durch entsprechende mechanische Vorrichtungen mit dem Resolver 24 und dem Stützmomentengeber 76 gekoppelt, die ihrerseits miteinander so verbunden sind wie der Resolver 21 und der Stützmomentengeber 70, der Resolver 22 und der Stützmomentengeber 72 sowie der Resolver 23 und der Stützmomentengeber 74.

Die Ausgangssignale der Kreisel G 5, G 4 und G 9 am Innenrahmen 88 der Plattform 3 gelangen über den

Vi Summenverstärker 140 an den Servoverstärker 142 und von dort aus an den Stützmomentengeber 96. Die Kreiselsignale liegen über das Summierglied 140 am Resolver 144 an, der sie an den Ausgang des Innenrahmens 50 abgibt; von dort aus gelangen sie über

ίο die Servoverstärker 146 und 148 an die Stützmomentengeber 94 und 92. Das Ausgangssignal des Resolvers 33 gelangt über den Servovei stärker 150 an den Stützmome.iteiigraer 90. Der Resolver 144 ist durch entsprechende mechanische Einrichtungen an den Stützmo-

V) mentengeber % sowie den Resolver 34 gekoppelt, die ihrerseits miteinander so verbunden sind wie der Resolver 31 und der Stützmomentengeber 90, der Resolver 32 und der Stützmomentengeber 92 sowie der Resolver 33 und der Stützmomentengeber 94. F i g. 3

hii zeigt die Anordnung der Kreisel Cl, C6 und G8 der Plattform !,der Kreisel G 3, G 2 und G Oder Plattform 2 sowie der Kreisel G5, G4 und G9 der Plattform 3. Fig.3 zeigt, daß die Eingangsachsen der Kreisel mit den cmisprechendcn Kennzeichen jeweils senkrecht zu

hi einer der neun Flächen eines regelmäßigen Zwanzigflächners stehen und daß die Achsen der Innenrahmen. (die zusammenfallen und mit G7 bezeichnet sind) senkrecht zur zehnten Flüche verlaufen.

Zur Erläuterung der gegenwärtigen Erfindung genügt es, festzustellen, daß drei der sechs Kreisel auf den beiden Plattformen, beispielsweise Cl, G8 und G 3, freie Kreisel sind und die Anlage stabilisieren. Die übrigen drei Kreisel G 6. G 2 und GO werden durch Signale gestützt, die von den Rahmenwinkeldifferenzen abgeleitet sind, welche durch die Stützmatrix des Reglers 4 erzeugt werden, um die Plattformen aufeinander auszurichten. Es kann auch eine Kombina tionswahlschaltung vorgesehen sein, welche die verschiedenen Kombinationen von freien und gestützten Kreiseln nach den Erfordernissen des nachstehend erklärten Fehlerbestimmungsplanes auswählt.

Im Normalbetrieb bestimmen die Resolver 21 24 und 31 —34 die Differenz zwischen den Winkeln der Rahmen auf der Plattform 3 und der entsprechenden herkömmliche Übereinkunft gelten, daß eine logische »1« einen übermäßigen Stützmomenlengeberstrom darstellt, während eine logische »0« für einen innerhalb einer bestimmten Grenze liegenden Stützmomentengeberstroms steht, dann würde eine logische »1« den Ausfall eines gestützten Kreisels an, zwei »I« den Ausfall von zwei gestützten Kreiseln und drei »1« den Ausfall von allen drei gestützten Kreiseln oder eines freien Kreisels anzeigen, wenn die Anlage auf die von den Plattformen 1 und 2 gewonnenen Daten beschränkt wäre. Eine Anlage dieser Art könnte, wie eingangs erwähnt, eine Gruppe von Doppelfehlern nicht eindeutig ermitteln.

Wenn nämlich angenommen wird, daß zwei freie Kreisel ausfallen und ihre Driftgeschwindigkeiten in einem solchen Verhältnis stehen, daß die Plattformdrift

κ ι; aiii ι /. it 11 ι

Resolvern erzeugten Differenzsignale gelangen an die Ausrichtmatrix des Reglers 5, der zu diesem Zweck eine Resolverkette oder einen Digitalrechner umfassen kann, wo die orthogonalen Komponenten «,;;, λ,21. λ,-> < eines kleinen Ablagewinkels in einem am Innenrahmen der Plattform 3 befestigten Bezugsrahmen erzeugt werden. Es ist zu beachten, daß die Kreiselstützsignale bei einer herkömmlichen Plattform mit orthogonalen Kreiselachsen proportional den Komponenten <x,jj. λ,_;) und tx,2i sind. Bei der hier beschriebenen Plattform sind jedoch die Winkel zwischen den Kreiselachsen keine rechten Winkel und die durch die Summenverstärker 122, 140 erzeugten Stützsignale sind proportional zu linearen Kombinationen von a^j, A₁₂₁. a^t- Bei der Anordnung der Fig. 2 wirken die Stützmomente in einer Richtung zur Verringerung der Winkelablage, so daß die Plattform 3 der Plattform 2 nachgeführt wird. Die Regler 4, 5 und 6 (F ig. 1) sind mit Schaltvorrichtungen versehen, so daß in der beschriebenen Betriebsart oder in einer Betriebsart, in welcher die Plattformen 2 und 3 miteinander gekoppelt sind und die Plattform 1 der Plattform 3 nachgeführt wird, oder auch in einer Betriebsart, bei welcher die Plattformen 3 und 1 miteinander gekoppelt sind und die Plattform 2 der Plattform 1 nachgeführt wird, gearbeitet werden kann.

Die Kreiselauswanderungen werden anhand der Stützmomentenströme gemessen, von denen sechs für diesen Zweck zur Verfügung stehen. Beispielsweise sei die anhand der F i g. 2 beschriebene Betriebsart betrachtet, d. h. die Plattformen 1 und 2 arbeiten als ein gekoppeltes Paar, wobei die Kreisel Gl, G 8 und G 3 frei und die Kreisel G 6, G 2 und GO gestützt sind; die Plattform 3 wird durch Stützen der Kreisel G 5, G 4 und G 9 der Plattform 2 nachgeführt Läßt man die ist für diesen Kreisel kein Stüt/m-mient erforderlich. Selbst wenn die Plattformdrift nicht genau senkrecht zur Drallachse des gestützten Kreisels stehen würde, dann läge der Stützmomentengeberstrom innerhalb der Grenze und die Fehleranzeige würde noch immer aus zwei logischen »I« und einer logischen »0« bestehen. Somit können sowohl ein freier als auch ein gestützter Kreisel eine übermäßige Drift dahingehend aufweisen, daß c'.o Drift des gestützten Kreisels die Drehung erzeugt, die durch den Stützmomentengeber erzeugt worden wäre, wenn der freie Kreisel alkine ausgefallen wäre. Ohne weitere Information würde angenommen, daß zwei gestützte Kreisel ohne Beziehung zueinander ausgefallen sind, da dieser Fall wahrscheinlicher ist als der zusammenhängende Ausfall zweier freier Kreisel. Da aber die Drift des Gesamtsystems von den freien Kreiseln abhängt, muß deren Zustand bekannt sein.

Die durch die Kreisel der Plattform 3 gezogenen Stützmomentengeberströme liefern die nötigen Daten. Keiner dieser Kreisel ist auf einen Kreisel der Plattform 1 oder 2 ausgerichtet. Somit kann eine Drift des Systems, die senkrecht zu einem der Kreisel der Plattform 1 oder 2 verläuft, nicht senkrecht zu einem der Kreisel der Plattform 3 verlaufen. Somit würde der in Wechselbeziehung stehende Ausfall von zwei freien Kreiseln durch fünf logische »1« und eine »0« angezeigt werden, während ein Ausfall von zwei gestützten Kreiseln zwei »1« und vier »0« ergeben würde. Um alle möglichen Signale und Doppelfehler bzw. Doppelausfälle zu identifizieren, muß die Anlage in verschiedenen Betriebsarten arbeiten. Die folgende Tabelle gibt die minimal ausreichende Betriebsartengruppe an. .bwohl es nicht die einzig mögliche ist:

Kreisel	Plattform -	Betriebsart	gestützt	Paar 2. 3	1	gestützt	3	2	gestützt
kombination	1		320 549	Nachgeführt	549 168	Paar 3. I	168 320
	Paar 1, 2		832 549	frei	054 168	Nachgeführt	916 320
	Nachgeführt	3	620 549	320	249 168	frei	468 320
	frei	ISO 549	329	309 168	549	598 320
I	168	162 549	305	324 168	548	546 320
2	160	163 549	254	325 168	591	541 320
3	183	168 549	059	320 168	416	549 320
4	632		049		918
5	830		549	968
6	820		168
7	320

Man erkennt jetzt, daß der Ausfall eines gestützten Kreisels durch eine einzelne logische »t« angezeigt wird; die Drift eines gestützten Kreisels beeinflußt nicht die Plattformdrift; der Ausfall zweier gestützter Kreisel wird stets durch zwei logische »1« angezeigt, während der Ausfall eines freien Kreisels durch sechs logische »1« gemeldet wird. Der Ausfall zweier freier Kreisel wird entweder durch fünf oder sechs logische »1« angezeigt und der Ausfall eines freien Kreisels sowie eines gestützten Kreisels durch entweder fünf oder sechs logische »1«. Die Drift eines freien Kreisels bewirkt eine Drift der Plattform.

Änderungen der Kreiselkombination beeinflussen die Ablagewinkel zwischen entsprechenden Rahmen eines gekoppelten Plattformpaares nicht. Andererseits erfährt die nachgeführte Plattform eine geringe Neuausrichtung. Der Ausrichtungsvorgang nimmt einen Zeitraum von eiwa zwei fninuicii in Anspruch. Dai'icf geben die Kreiselstützsignale auf den miteinander gekoppelten Plattformpaar laufend brauchbare Daten ab, während die Stützmomentengebersignale der nachgeführten Plattform nicht für die Fehlerbestimmung verwendet werden dürfen, bis eine gewisse Zeit nach einem Wechsel der Kreiselkombination ausgelaufen ist. Auf der Grundlage der vorstehenden Erklärung läßt sich ein Umschaltplan für die Betriebsart aufstellen, der einen Digitalrechner erfordert Dieser Rechner trägt in F i g. 2 das Kennzeichen 160. In der dargestellten Betriebsart erhält er die Eingangssignale des gestützten Ki eiseis G 6 auf der Plattform 1, der gestützten Kreisel G 2 und GO auf der Plattform 2 und der gestützten Kreisel GS, GA und G 9 auf der Plattform 3. Das Ausgangssignal des Rechners liegt an den Stützmatrizen der Regler 4 und 5 an.

Die Trägheitsnavigationsanlage kann in einer beliebigen Betriebsart anlaufen. Wenn alle Kreisel innerhalb ihrer Toleranzwerte arbeiten, dann stellt sich die Anzeige als sechs »0« dar und die Anlage bleibt in dieser Betriebsart. Das Auftreten von Signalen der Größe »1« erfordert keinen Eingriff, bis entweder die drei Signale

Aar «relrnnnpjtpn Plottfrwrmpn iPlottfnriripn 1 ιιηΗ "7\ nHpr

die drei Signale von der nachgeführten Plattform (Plattform 3) insgesamt den Pegel »1« aufweisen. In diesem Fall schaltet der Rechner 160 die Anlage auf eine andere Betriebsart um. Wenn drei »1« unter den Signalen der beiden gekoppelten Plattformen erscheinen, dann wird die Anlage wieder auf eine andere Betriebsart umgeschaltet Dies wird so lange wiederholt bis mindestens eine »0« unter den Signalen der beiden miteinander gekoppelten Plattformen erscheint

Wenn nach dem vorerwähnten Zeitraum mindestens eine »0« unter den Signalen der nachgeführten Plattform erscheint, dann erfolgt keine weitere Betriebsartenumschaltung. Sonst wird der Vorgang fortgesetzt Das heißt die Anlage bleibt nicht in einer Betriebsart, so lange nicht mindestens zwei »0« vorhanden sind. Wenn die Anzeige der beiden miteinander gekoppelten Plattformen drei »1« in allen Betriebsarten ist dann sind mehr als drei Kreisel unter den sechs der beiden Plattformen ausgefallen. Dann muß die Anlage auf eine andere Plattformbetriebsart (unter Verwendung eines anderen gekoppelten Plattformpaares) umgeschaltet werden, und das Fehlerbestimmungsverfahren muß wiederholt werden. Dies kann nicht auftreten, wenn einer oder mehrere freie Kreisel eine übeimäßige Drift aufweisen. Der Umschaltplan für die Betriebsart ist in der nachstehenden Tabelle zusammensefaßt:

Fehleranzeige

Gekoppeltes Paar

Nachgeführte Plattform Eingriff
Sofort nach 3 Min.

000, 100 oder 110	jede	000, 100 oder 110	keiner
111		jede	Kreisel kombination umschalten
jede	jede	111	Kreisel kombination umschalten
000, 100 oder lift	jede		Zeitspanne auslaufen laccpn
111 in allen Kreisel-		Kreisel kombination umschalten

kombinationen

Die Vorteile der in F i g. 3 gezeigten Ikosaederanord-

nung können besser erkannt werden, wenn man berücksichtigt daß bei einer einzelnen Plattform mit drei Kreiseln die Drallachsen der Kreisel nicht koplanar sein dürfen, da in diesem Fall die Drehung um eine zur

Ebene der Kreiselachsen senkrecht stehenden Achse

nicht abgetastet werden könnte und die Plattformdrift unendlich werden würde. Es kann gezeigt werden, daß das Verhältnis der Plattformdrift zur Kreiseldrift W_it grob umgekehrt proportional zum dreifachen skalaren

Produkt der Einheitsvektoren (1» 1> U) längs der Drallachsen der Kreisel ist:

Wi,= 1/(1, χ lyx It)

Das dreifache skalare Produkt ist Null, wenn die Drallachsen in einer Ebene liegen und maximal, wenn sie rechtwinklig zueinander stehen.

Wenn 7WP.I Plattformen als ein gekoppeltes Plattformpaar arbeiten, dann stellt das dreifache skalare Produkt der Einheitsvektoren längs den Achsen der freien Kreisel das reziproke Maß für die Plattformdrift dar und muß so groß wie möglich sein.

Eine Überlegung ergibt daß die Plattformdrift senkrecht zu zwei Kreiselachsen bei allen miteinander in Wechselbeziehung stehenden Doppelfehlern verläuft, die aus den oben geschilderten Gründen früher nicht

so bestimmt werden konnten. Daher erfordert die Bestimmung dieser Driften weitere Kreisel, deren Eingangsachsen merkliche Komponenten haben, die senkrecht zu allen möglichen Achsenpaaren der ersten Gruppe stehen. Diese Bedingung wird erfüllt, wenn die dreifachen skalaren Produkte der Einheitsvektoren längs der neuen Kreiselachsen und aller möglichen Paare von Einheitsvektoren längs der ersten Achsen groß sind. F i g. 4 zeigt eine Achsengruppe, welche diese Bedingung erfüllt Die dreifachen skalaren Produkte für die Achsen G\ bis Ge wurden etwas verringert, um die Produkte für die Achsen G₇ bis Gio zu vergrößern. Diese zehn Achsen stehen senkrecht zu den parallelen Flächenpaaren eines regelmäßigen Zwanzigflächners, wie es bereits anhand der F i g. 3 erklärt wurde.

f>5 Die Betriebssicherheit wird durch Redundanz anderer Bauteile als von Kreiseln dadurch verbessert, daß auf je drei Plattformen drei Kreisel montiert werden. Die Austauschbarkeit der drei Plattformen ist äußerst

wünschenswert und kann dadurch erreicht werden, daß die Achse des Innenrahmens längs der Achse G₇ eingestellt wird und daß die drei Kreisel so montiert werden, daß ihre Drallachsen längs den Achsen Gi, G₆ und Gg verlaufen. Drehungen um 120° und 240° um die Achsen der lnnt.nrahmen verwandeln die Achsen Gi, Gs, G₈ in die Achsen G₁, Gi, - Cw bzw. in die Achsen G₅, Ga und Ge. Somit ist der einzige Unterschied zwischen den Plattformen der Winkel des Innenrahmens, der durch äußere Einrichtungen gesteuert werden kann. Diese Tatsache kann leicht durch Umsetzung der Matrix gezeigt werden und ergibt sich aus einer Betrachtung der F i g. 3, worin - Gio = G₀ ist

Zusammenfassend erkennt man, daß die beschriebene Ausrichtung von mindestens acht Kreiseln im Räume in einer solchen Weise, daß alle möglichen Einzel- und r%Qr*r\AJfAMAt* bcStiiTalTlt v^e^r^^on 1^Ληηί»η AinHpitticrp

Vorteile aufweist

Von besonderer Bedeutung ist in diesem Zusammenhang die Austauschbarkeit der Plattformen.

Bei einer Anlage mit vielen Kreiseln und mit Einrichtungen zur Auswahl bestimmter Gruppen von je drei Kreiseln die zur Stabilisierung der Anlage frei sind, während alle anderen Kreisel gestützt sind und den drei freien Kreiseln nachgeführt werden, ist die Verwendung des Maßstabs »110-110« für die Wahl der Gruppe der drei freien Kreisel wesentlich. Hier zeigt das Signal »I« einen übermäßigen Drehmomentengeberstrom bei einem der gestützten Kreisel an.

Selbstverständlich sind andere Ausführungsformen als vorstehend beschrieben möglich. Insbesondere können neun Kreisel auf drei Plattformen verteilt werden, wobei sich die Kreisel Gi, Gt, und Gg auf der Plattform 1. die Kreisel G₃, G₆ und Gg auf der Plattform

ίο 2 und die Kreisel G₅, G₂ und G₀ auf der Plattform 3 befinden. Das Driftverhalten ist dem der beschriebenen Anordnung identisch.

Es können auch acht Kreisel auf zwei Plattformen so verteilt werden, daß die Kreisel Gj, Ge, Gio und Gi auf

r> der Plattform 1, die Kreisel Gn, G% Gy und — Gi auf der Plattform 2 angeordnet sind und daß die Achse des Innenrahmens längs X verläuft (F i g. 4). Eine Drehung um 180° um die Achse des Innenrahmens verwandelt dann die erste Gruppe in die zweite.

-Ό Andererseits kann ein Flugzeug auch vier Plattformen mit je drei Kreiseln besitzen. Dann wurden drei Plattformen in der vorstehend beschriebenen Weise miteinander verbunden sein und es wären Einrichtungen vorgesehen, um, falls erforderlich, die vierte Plattform

2i anstelle von einer der drei anderen einzuschalten.

Hier/u 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Redundante Trägheitsnavigationsanlage mit Überwachungsvorrichtung zur Bestimmung der unkorrekt arbeitenden Plattform, mit mindestens zwei identisch bestückten, kreiselstabilisierten Plattformen, mit Vergleichseinrichtungen für die Ausgangssignale der beiden Plattformen, mit Schwellwertgliedern, mit einer logischen Schaltung, welche aus den über dem Schwellwert liegenden Signalen Anzeigen für die fehlerhaft arbeitende Plattform liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattformen (1, 2) zusammen mindestens acht Wendekreisel (Go—Gi) in solcher Anordnung aufweisen, daß die Eingangsachsen der Kreisel senkrecht zu den parallelen Flächenpaaren eines regelmäßigen Ikosaeders in Rotationssymmetrie angeordnet sind, daß aus den Ablagesignalen -der Plattformrafemen über eine Ausricht- und Stützmatrix (4, 5„ 6) Stützsignale für die gestützten Kreisel erzeugt werden, und daß der logischen Schaltung die Stützsignale der Kreisel zugeführt werden, die daraus Kreisel mit zu hoher Drift ermittelt und eine funktionierende Kombination aus freien und gestützten Kreiseln auswählt

2. Trägheitsnavigationsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgenden Baugruppen umfaßt: Zwei paarweise gekoppelte Plattformen (1, 2) und eine dritte, der einen der beiden Plattformen (2) nachgeführte Plattform (3).

3. Trägheitsnavigationsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jide der drei Plattformen (1,2,3) drei Kreisel (G., G₆, G₈; G₀, G₇, G₃; G₉, G₄, G₅) trägt und daß die Ausric: ι- und Stützmatrix (4,5,6) mit einem Kreisel (Gt) der einen Plattform (1) und mit zwei Kreiseln (Go, G₇) der anderen Plattform (2) des gekoppelten Paares und mit allen drei Kreiseln (G% Ga, Gg) der nachgeführten Plattform (3) verbunden ist