DE2611289A1

DE2611289A1 - Kreiselaufrichtsystem zweiter ordnung

Info

Publication number: DE2611289A1
Application number: DE19762611289
Authority: DE
Inventors: David Roger Brickner; James Stanley Johnson
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1975-03-17
Filing date: 1976-03-17
Publication date: 1976-09-30
Also published as: FR2304897A1; JPS51120249A; IT1074449B; GB1536344A; US3979090A; FR2304897B1

Description

Patentanwälte D'pi.-! ng. Cu rt Wallach Dipl.-lng. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Γ &l 1978

Datum:

Unser Zeichen: 15 447 - Fk/lle

Sperry Rand Corporation w York, USA

Kreiselaufrichtsystem zweiter Ordnung

Die Erfindung bezieht sich auf Kreiselaufrichtsysteme für vertikale Bezugssysteme für lenkbare Fahrzeuge zur Lieferung einer genauen Lageninformation bezüglich der Vertikalen. Die Lrfindung ist auf Kreiselbaugruppen anwendbar, die Information um drei zueinander senkrechte Bezugsaohsen bezüglich des lenkbaren Fahrzeuges liefern, wobei einige Nachteile bekannter Areise!baugruppen vermieden werden, bei denen Beschleunigungsfehler eine fehlerhafte Präzescion der Kreiselbaugruppe bewirken.

L-ie vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung dar, die bei Kreiselplattformen der allgemeinen Art anwendbar ist wie si-3 in der US-Patentschrift j5 648 525 der gleichen Anmelderin beschrieben sind. Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin allgemein auf den Gegenstand der US-Patentschrift > 931 747.

Die in der US-Patentschrift 5 648 525 beschriebene Anordnung verwendet eine relativ einfache mechanische Konstruktion mit fünf kreiselstabilisierten Kardanrahmen und lediglich einem servogesteuerten Xardanrahmen, so daß sich eine Kreiselplatt-

609840/0352

form ergibt, die relativ wenig aufwendig, einfach herzustellen und im Betrieb zuverlässig ist. Die Kardanrahmenanordnung von Kreiselplattformen von der Art, wie sie in der US-Patentschrift J5 648 525 beschrieben ist, ergibt eine Betriebsmöglichkeit in beliebigen Lagen, wobei sich zur gleichen Zeit eine genaue Lageninformation bezüglich der drei zueinander senkrechten Achsen des Fahrzeuges ergibt, an dem die Kreiselplattform befestigt ist. Durch Stabilisierung des Kurskreisels des Kreiselinstruments sowohl gegen Längsneigungen als auch gegen Querneigungen wird eine Steuerkursinformation geliefert, die aligemein frei von den Kardanrahmenfehlern eines in üblicher V/eise befestigten KurskreiseIsJLst.

Obwohl die in der US-Patentschrift 3 64S 525 beschriebene Anordnung für viele Anwendungen äußerst befriedigende Ergebnisse ergibt, weist es einige Nachteile und Fehler von kompliziertem Ursprung auf, von denen einige beseitigt wurden, wie dies in der US-Patentschrift J5 931 74-7 beschrieben ist, während einige sich deutlicher bei Präzisions-Luftfahrtanwendungen dieses Gerätes zeigen. Die Nachteile und Fehler der in diesen US-Patentschriften beschriebenen Anordnungen werden im folgenden noch ausführlicher beschrieben.

Ein erfindungsgemäßes Kreiselaufrichtsystem zweiter Ordnung für vertikale Kreiselbezugsanordnungen für lenkbare Fahrzeuge umfaßt Beschleunigungsmessereinrichtungen zur Lieferung von Signalen, die proportional zu den Ost- und Nord-Komponenten der Beschleunigung des Fahrzeuges sind, Geschwindigkeitsbezugseinrichtungen zur Lieferung von Bezugssignalen proportional zu den Ost- und Nord-Komponenten der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, mit den Beschleunigungsmessereinrichtungen gekoppelte Integratoreinrichtungen zur Lieferung integrierter Ost- und Nord-Trägheits-Geschwindigkeitssignale aus den zu den Ost- und Nora-Komponenten der Fahrzeugbeschleunigung proportionalen Signalen, mit den Integratoreinrichtungen und den Geschwindigkeits-Bezugseinrichtungen gekoppelte Kombinationseinrichtungen zur Lieferung von Ost- und Nord-Geschwindigkeits-

./. 609840/03S2

fehlersignalen aus den Bezugsgeschwindigkeitssignalen und den integrierten Ost- und Nord-Trägheitsgeschwindigkeitssignalen, eine veränderliche Verstärkung aufweisende Rückführeinrichtungen zur Zuführung der Geschwindigkeitsfehlersignale an die Eingänge der Integratoreinrichtungen derart, daß die Geschwindigkeitsfehlersignale des Fahrzeuges auf Null verringert werden, und Generatoreinrichtungen, die mit den Rückführungseinrichtungen gekoppelt sind, um die veränderliche Verstärkung der Rückführungseinrichtungen entsprechend den Ost- und Nord-Komponenten der Fahrzeugbeschelunigung zu steuern.

Ähnlich wie die in den beiden oben erwähnten US-Patentschriften beschriebenen Anordnungen ergibt die vorliegende Erfindung (in der bevorzugten Ausführungsform) eine Kreiselplattformanordnung mit fünf Kardanrahmen und einem einzigen Servosystem, eine Anordnung, die in der Herstellung relativ einfach und wenig aufwendig ist und die gleichzeitig zuverlässig ist. Die Kardanrahmenanordnung ergibt wiederum die Möglichkeit einer vollständigen Bewegung um alle Achsen und liefert genaue Querneigungs-Längsneigungs- und Steuerkurs-Lagendaten um drei zueinander senkrechte Fahrzeugachsen. Es werden Steuerkursdaten erzeugt, die im wesentlichen frei von den Auswirkungen von Kardanrahmenfehlern sind. Steuersysteme, wie sie bisher bei Systemen nach Art der US-Patentschrift 3 648 525 verwendet wurden, verwendeten Pendel-Beschleunigungsmesser und ergaben eine vollständige Abschaltung der an den Beschleunigungsmessern abgeleiteten Aufrichtsignale, sobald der Ausgang eines der beiden verwendeten Beschleunigungsmesser einen vorgegebenen Pegel überschritt. Bei dem bevorzugten /usführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung- wird dieser zusammenwirkende Abschaltpegel auf einen Wert; angehoben, der etwas unter dem Pegel der Beschleunigungsmesser-Sättigung liegt, während sich ein verringernder Beschleunigungsmesser-Einfluß als Funktion der aufgelösten Beschleunigungsmesser-Daten über einen Bereich ergibt, der sich im wesentlichen von dem bisher verwendeten Abschaltpegel zu einem neuen und viel höheren vorgegebenen

6 09 8 40/0352

-*- 2611282

Abschaltpegel erstreckt, so daß die Verwendung der Pendel-Beschleunigungsmesserdaten vollständig optimiert wird. Es ergibt sich eine Berücksichtigung von einen niedrigen Pegel aufweisenden jedoch relativ genauen Beschleunigungsmesserdaten, während einen höheren Pegel aufweisende jedoch fortschreitend weniger genaue Beschleunigungsmesserdaten unterdrückt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Pig. la ein Schaltbild einer Ausführungsform einer

Navigations-Signalverarbeitungseinrichtung des Kreiselaufrichtsystems;

Fig. Ib eine schematische isometrische Ansicht einer

Kreiselbaugruppe des Systems.

Im folgenden wird zunächst auf Fig. Ib bezug genommen. In Fig. Ib ist eine Dreiachsen-Kreiselplattform-Baugruppe 10 dargestellt, die um Halterungen 11 drehbar befestigt ist, die an einem Träger 12 wie z.B. einem Luftfahrzeug befestigt sind. Ein äußerer Querneigungskardanrahmen 1J> der Baugruppe 10 ist um eine Achse drehbar befestigt, die mit der Längsachse oder der Querneigungsachse 14 zusammenfällt, um die das Luftfahrzeug 12 eine Querneigungsbewegung ausführt. Der äußere Querneigungskardanrahmen I^ ist mit Hilfe von mit Abstand angeordneten Lagern 15 und 16 in den Halterungen 11 drehbar um die Achse 14 befestigt. Ein Längsneigungskardanrahmen 20 der Baugruppe 10 ist an dem äußeren Querneigungskardanrahmen 1J> mit Hilfe von mit Abstand angeordneten Lagern 21 und 22 um eine Achse 2j5 drehbar befestigt,

609840/035 2

die senkrecht zur Querneigungsachse l4 steht. Die Achse 23 ist normalerweise parallel zur Querachse, um die das Luftfahrzeug 12 eine Längsneigungsbewegung ausführt.

Der Längsneigungskardanrahmen 20 wirkt mit einem Vertikalkreisel 24 zusammen, dessen innerer Kardanrahmen 25 schwenkbar gegenüber dem Längsneigungskardanrahmen 20 mit Hilfe von mit Abstand angeordneten Lagern 26 und 27 um eine innere Querneigungsachse 28 befestigt ist, die normalerweise parallel zur Achse 14 verläuft, Ein Rotor 30 des Vertikalkreisels 24 ist seinerseits drehbar mit Hilfe von mit Abstand angeordneten Lagern 32 und 33 befestigt, so daß er in dem inneren Kardanrahmen 25 um eine normalerweise vertikale Spinachse 31 umlaufen kann.

In dem Längsneigungskardanrahmen 20 istweiterhin ein Kurskreisel 35 befestigt, um die Azimut-Bezugsinformation zu liefern. Der Kurskreisel 35 ist auf dem Teil des Langsneigungskardanrahmens 20 befestigt, der sich unterhalb der Achse 23 und unter dem Vertikalkreisel 24 erstreckt, um zu verhindern, daß der Kurskreisel

35 Tempera tür änderungen ausgesetzt ;«;ird, die andererseits durch die Nähe des Vertikalkreisels 24 hervorgerufen würden. Ein äußerer oder Azimut-Kardanrahmen J>6 des Kurskreisels 35 ist um eine Azimut-Achse 37 mit Hilfe von mit Abstand angeordneten Lagern 38 und 39 drehbar befestigt. Die Azimutachse 37 wird normalerweise in Übereinstimmung mit der vertikalen Spinachse 3I des Rotors 30 des Vertikalkreisels gehalten. Ein 'innerer Kardanrahmen

36 ist in dem äußeren Kardanrahmen 36 mit Hilfe von mit Abstand angeordneten Lagern 43 und 44 um eine Achse 45 drehbar befestigt. Der Rotor des Kurskreisels 35 ist seinerseits so befestigt, daß er um eine normalerweise horizontale Achse 47 in dem inneren Kardanrahmen 46 umlaufen kann, und zwar in mit Abstand angeordneten Lagern 48 und 49.

An dem Längsneigungskardanrahmen 20 sind jeweilige Längsneigungs- und Querneigungs-Beschleunigungsmesser 50 und 51 befestigt, die d ie Neigung des Kardanrahmens 20 gegenüber der vertikalen Stellung

609840/035 2

messen. Die Längsneigungs- und Querneigungs-Beschleunigungsmesser 50 und 51 können beispielsweise von der kreisringförmigen Form sein, wie sie in der deutschen Offenlegungsschrift 1 953 ^7 der gleichen Anmelderin beschrieben sind. Diese einfachen und wenig"aufwendigen kreisringförmigen Geräte reichen vollständig beim vorliegenden Anmeldungsgegenstand aus und ersetzen ohne weiteres höher entwickelte und aufwendige lineare Beschleunigungsmesser, die in vielen Fällen bei bekannten Kreiselplattformen verwendet wurden. Derartige kreisringförmige Beschleunigungsmesser sind weiterhin in der US-Patentschrift 3 823 beschrieben. Der Ausgang des Längsneigungs-Beschleunigungs-r messers 50 ist über eine Leitung I03 mit einem ersten Eingang der Signalverarbeitungseinrichtung nach Fig. la verbunden,^der dieser Ausgang einer noch zu beschreibenden Fehlerkorrektur unterworfen wird und die schließlich ein richtiges Signal erzeugt, das einem üblichen Längsneigungs-Aufrichtsteuerverstärker I62 und dann einer Leitung I65 zugeführt wird, um ein Steuersignal für einen Präzessions-Drehmomentmotor 53 nach Fig. Ib zu liefern, so daß der Rotor 30 so aufgerichtet wird, daß die Spinachse 3I dieses Rotors in der Vettikalrichtung gehalten wird. In ähnlicher Weise wird der Ausgang des Querneigungs-Beschleunigungsmessers 5I nach Fig. Ib über eine Leitung 102 einem zweiten Eingang der Signalverarbeitungseinrichtung nach Fig. la zugeführt, in der dieser Ausgang entsprechend einer Fehlerkorrektur unterworfen wird, um ein -richtiges Signal zu erzeugen, das über den üblichen Querneigungs-Aufrichtsteuerverstärker Ιό! einer Leitung 164 zugeführt wird, die ein geeignetes Steuersignal an einen Präzessions-Drehmomentmotor 55 liefert, um die Spinachse 31 des Rotors 30 in normalerweise vertikaler Ausrichtung zu halten.

Ein innerer Querneigungs-Kardanrahmenabgriff 60 ist so angeordnet, daß er eine Drehung des inneren Kardanrahmens 25 bezüglich des Längsneigungskardanrahmens 20 feststellt; der Abgriff 6o liefert ein Signal über einen Querneigungs-Nachlauf-Servoverstärker 6l an einen Gleichstrom-Servomotor 62,

609840/0352

"⁷" 2611283

der so befestigt ist, daß er den äußeren Querneigungskardanrahmen 13 um die Achse 14 dreht. Die Spinachse 47 des Kurskreisels 35 wird unter rechten Winkeln zur Drehachse 37 des äußeren Kardanrahmens dieses Kurskreisels mit Hilfe eines Abgriffes 59 gehalten, der ein Signal an einen Aufrichtmotor 63 liefert, um die Kurskreisel-Rotorbaugruppe in dem Kardanrahmen 46 in üblicher Weise zu präzedieren. Längsneigungs- und Querneigungs-Lagenbezugssignale werden an Leitungen 72 und 73 mit Hilfe von üblichen Längsneigungs- und Querneigungs-Ausgangsresolvern 64 und 65 erzeugt, die an dem äußeren Querneigungskardanrahmen I3 befestigt sind, so daß eine Drehung um die Achsen 23 bzw. 14 gemessen wird. Das Azimut-Bezugssignal wird an einer Leitung Jl von einem Azimut-Ausgangsresolver erzeugt, der auf dem Längsneigungskardanrahmen 20 befestigt ist und der auf die Bewegung des Azimut-Kardanrahmens 36 bezüglich der Azimut-Achse 37 anspricht. Erfindungsgemäß wird das Azimut-Signal an der Leitung 71 der Signalverarbeitungseinrichtung nach Fig. la zugeführt, in der es zur Durchführung der noch zu beschreibenden Fehlerkorrekturfunktion verwendet wird.

Im Betrieb der sowei beschriebenen Kreiselbaugruppe wird während eines unbeschleunigten Luftfahrzeug-Fluges die Spinachse 31 des Vertikalkreisels 24 durch die unabhängigen Längsneigungs- und Querneigungs-Aufrichtsysteme in vertikaler Richtung gehalten. Eine Neigung um die Längsneigungsachse 23 wird von dem Längsneigungsbeschleunigungsmesser 50 gemessen, der ein Signal liefert, das die Größe und Richtung der Neigung darstellt, und das in dem Längsneigungs-Aufrichtsteuerverstärker 162 verstärkt und dann dem Längsneigungs-Präzessionsdrehmomentmotor 53 zugeführt wird, so daß eine Präzession des Rotors 30 des Vertikalkreisels in einer derartigen Richtung hervorgerufen wird, daß die Spinachse 3I dieses Kreisels vertikal gehalten wird. In gleicher Weise wird eine Neigung um die Querneigungsachse 14 von dem Querneigungsbeschleunigungsmesser 5I gemessen, um ein Querneigungssignal zu liefern, das in dem Verstärker

609840/0352

verstärkt und dem Querneigungs-Präzessionsdrehmoraentmotor 55 mit einer derartigen Richtung zugeführt wird, daß die Spinachse 31 des Kreisels 24 vertikal gehalten wird.

Ein wesentliches Merkmal der Kreiselbaugruppe 10 besteht darin, daß der Kurskreisel 35 auf dem stabilisierten Längsneigungskardanrahmen 20 des Vertikalkreisels 24 befestigt ist. Dadurch, daß die Achse 37 des äußeren Kardanrahmens in vertikaler Ausrichtung ^halten wird, d.h. durch Längsneigungs- und Querneigungs-Stabilisierung, werden verbesserte Drifteigenschaften des freien Kreisels sowie ein Fortfall der Kurskreisel-Kardanrahmenfehler erzielt. Der Vertikalkreisel 24 weist vorzugsweise einen Drehimpuls auf, der beträchtlich größer als der des Kurskreisels 35 ist. Dadurch, daß der Kurskreisel 35 auf dem Längsneigungskardanrahmen 20 des Vertikalkreisels 24 befestigt ist, ist der Kurskreisel auf Grund des hohen Drehimpulses des Rotors des Vertikalkreisels gegenüber dem des Kurskreisels 35 mechanisch in Längsneigungsrichtung stabilisiert. Eine Querneigungs-Driftunsicherheit wird durch die Verwendung eines Vertikalkreisels mit einem Rotor mit hohem Drehimpuls verringert, um den Kurskreisel mit einem Rotor mit relativ niedrigem Drehimpuls zu stabilisieren. Weiterhin beseitigt diese Anordnung im wesentlichen eine Längsneigungs-Driftunsicherheit dadurch, daß eine Servoeinstellung des Kurskreisels 35 um die Querneigungsachse 14 mit Hilfe des einzigen Querneigungs-Nachlauf-Servosystems mit dem Abgriff, dem Querneigungs-Servomotor-Verstärker 6l und dem Gleichstrom-Servomotor 62 verwendet wird. Dadurch, daß der Kurskreisel 35 in Längsneigungs- und Querneigungsrichtung stabilisiert wird, wird ein Steuerkurs- oder Azimut-Ausgang an der Ausgangsleitung Jl geliefert, der im wesentlichen frei von den Interkardinal- oder Zwischenrichtungs-Kardanrahmenfehlern eines üblichen nicht stabilisierten Kurskreisels ist. Der Azimut-Ausgang kann weiterhin durch Zuführung geeigneter Signale an ein elektronisches System 70 in üblicher Weise korrigiert werden.

609840/0352

Die Kreiselbaugruppe kann weiterhin in anderer Hinsicht betrachtet werden, bei der der Vertikalkreisel 2k als ein Drei-Kardanrahmen-Gerät betrachtet wird, das durch Umwandlung eines üblichen Zwei-Kardanrahmen-Vertikalkreisels durch Drehung um 90° in Azimut-Richtung und durch Hinzufügen eines äußeren oder redundanten servobetätigten Kardanrahmens 13 erzeugt wird. Die Probleme der Massenverschiebung, die normalerweise bei der Längsneigungsachse eines Zwei-Kardanrahmen-Vertikalkreisels auftreten, zeigen sich als Querneigungs-Driftunsicherheiten in der Drei-Kardanrahmen-Vertikalanordnung. Als Ergebnis weist der Kreisel mit drei Kardanrahmen eine beträchtlich verringerte Empfindlichkeit gegenüber seitlichen Flug-(Dreh-)Beschleunigungen auf, er weist jedoch eine relativ höhere Empfindlichkeit gegenüber in Längsneigungsrichtung verlaufenden Beschleunigungen auf. Es wird jedoch insgesamt ein Vorteil in den Gesamtbetriebseigenschaften durch die Kreiselanordnung mit drei Kardanrahmen erzielt. Der innere Querneigungskardanrahmen 25 des Vertikalkreisels dient als Gehäuse für den Rotor 30 und er ist urn die innere Querneigungsachse 28 durch den Drehimpuls des Rotors des Vertikalkreisels stabilisiert. Der Längsneigungskardanrahmen 20 ist durch den Drehimpuls des Kreiselrotors um die Längsneigungsachse 23 und durch die Servoschleife um die innere Querneigungsachse 28 stabilisiert. Weil der Kurskreisel 35 an dem Längsneigungskardanrahmen 20 angeordnet ist, ist er in der gleichen Weise stabilisiert und diese Anordnung verhindert, daß die Kardanrahmen-Massenunsicherheits-Drehmomente des Kurskreisels 35 die Vertikalkreisel-Driftrate um die Längsneigungsachse 23 beeinflussen.

Eine stabile Kreiselplattform, wie sie beispielsweise in der oben erwähnten US-Patentschrift 3 648 525 beschrieben ist, weist, wenn die Signalverarbeitungseinrichtung gem. Fig. la fehlt, spezielle Nachteile unter bestimmten Betriebsbedingungen des Luftfahrzeuges auf, bei denen die Geschwindigkeitsfehler und die Beschleunigungsfehler eine fehlerhafte Präzession derartiger Plattformen hervorrufen. Bei einem derartigen Aufricht-

603840/035 2

steuersystem erster Ordnung erfolgt die Aufrichtung weitgehend unter der Steuerung des Längsneigungsbeschleunigungsmessers 5Oj des Verstärkers 162 und des Längsneigungsachsen-Drehmomentmotors 23 einerseits und des Querneigungsbeschleunigungsmessers 51* des Verstärkers ΐβΐ und des Querneigungsachsen-Drehmomentmotors 55 andererseits. Entsprechend erzeugen Längsneigungs- und Querneigungsfehler entsprechende Ausgangssignale an den jeweiligen Beschleunigungsmessern 50, 51. Diese Ausgänge werden jeweils verstärkt und der Kreiselbaugruppe 10 über die jeweiligen Drehmomentmotoren 53* 55 zugeführt. Die Eigenart der Kreiselplattform besteht darin, daß die angelegten Drehmomente integriert werden., wenn die Kreiselplattform in Richtung auf die gewünschte Vertikalausrichtung zurückpräzediert. Das Problem besteht jedoch darin, daß die Beschleunigungsmesser 50, 51 durch dynamische Beschleunigungen sowie durch die Beschleunigung auf Grund der Schwerkraft beeinflußt werden, wobei nicht zwischen diesen beiden Beschleunigungsarten unterschieden wird und daß die Beschleunigungsmesser ihre Sättigungspegel erreichen können. Als Folge hiervon wird die Längsneigungsachse des Kreisels fehlerhaft präzediert, insbesondere infolge einer Längsrichtungsbeschleunigung des Luftfahrzeuges während die Querneigungsachse fehlerhaft infolge von Querbeschleunigungen beeinflußt wird. Eine teilweise wirksame Hilfsmaßnahme, die in manchen Fällen verwendet wurde, besteht in der Abschaltung des Aufrichtsignals, wenn entweder die Längsrichtungs- oder Querrichtungs-Beschleunigungen einen bestimmten willkürlichen Wert überschreiten, wie z.B. 0,1 g.

Das erfindungsgemäße Aufrichtsteuersystem zweiter Ordnung gem. Fig. la beseitigt im wesentlichen die vorstehend genannten Fehler, ohne daß eine Aufricht-Abschaltung erforderlich ist, wenn die Beschleunigung einen Schwellwert von beispielsweise 0,1 g überschreitet. Das System nach Fig. la prüft die Luftfahrzeug-Bezugsgeschwindigkeit V_R und subtrahiert dynamische Beschleunigungen von den Beschleunigungsmesser-Ausgängen, so daß der

609840/035 2

Restwert die Kreiselneigung darstellt. Zu diesem Zweck werden die Jeweiligen Beschleunigungswerte a, und a_T über die Leitungen 102 und 103 als Eingänge vergleichbaren Kanälen der Signalverarbeitungseinrichtung nach Fig. la zugeführt.

Der Ausdruck a™ an der Leitung 102 am Resolver I06 ist YqVq bei Fehlen irgendeiner Neigung der Kreiselbaugruppe 10. Der Wert von Φ „ ist als die Waide geschwindigkeit des Luftfahrzeuges definiert, während V« die Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges entlang der Längsachse ist. Somit ist ψ _Qv"_G proportional zur Querbeschleunigung. Wenn eine Kreiselneigung auftritt, ergibt sich ein zusätzlicher Ausdruck, der die Neigung um die Querneigungsachse 14 der Kreiselbaugruppe darstellt. In gleicher Weise ist das Signal an der Leitung 103 gleich V_Q bei Fehlen irgendeiner Längsneigung in dem Kreise 1-kardanrahmensystem. Bei Vorhandensein einer derartigen Neigung ergibt sich ein zusätzlicher Ausdruck an der Leitung 103* der die Neigung um die Längsneigungsachse 23 darstellt.

Die erste Operation, die von der Signalverarbeitungseinrichtung nach Fig. la durchgeführt ist, wird an den auf das Luftfahrzeug bezogenen Signalen durchgeführt, die an den Leitungen und 103 auftreten. Um diese Signale in die Ost- und Nord-Beschleunigungskomponenten Ag und A_n aufzulösen, die an den jeweiligen Resolver-Ausgangsleitungen 107 und I08 auftreten, wird ein üblicher Analog- oder Digital-Resolver in üblicher Weise verwendet, dessen Einstellung entsprechend der verwendeten Analog- oder Digitaltechnik durch über eine Leitung zugeführte elektrische Signale oder alternativ durch eine mechanische Welle bestimmt ist, die einen Teil des Resolvers 106 gegenüber dem anderen Teil dreht. Wie es weiter erläutert wird, werden noch weitere Resolverfunktionen durch ähnliche übliche Resolver 123 und 158 durchgeführt. Um die Betriebsweise der verschiedenen Resolver zu steuern, kann die magnetische Variation mit Hilfe einer üblichen Einrichtung 166 für die magnetische Variation eingegeben oder erzeugt werden, bei-

.60 9 8 40/0352

spielsweise durch eine manuelle oder andere Einstellanordnung l66a. Auf diese Weise wird ein üblicher Ausdruck für die magnetische Variation über eine Leitung I67 einer üblichen Analogoder Digital-Kombinations- oder Summiereinrichtung 168 zugeführt. Der zweite Eingang an die Summiereinrichtung I68 ist das Azimut-Steuerkurssignal, das von dem Azimut-Resolver 66 nach Pig. Ib oder durch eine magnetische Bezugseinrichtung erzeugt wird und das der Summiereinrichtung 168 über die Leitung 71 zugeführt wird. Die Signale an den Leitungen 71 und 1β7 werden mit den in Fig. la angezeigten Polaritäten zugeführt. Das elektrische Ausgangssignal (oder eine mechanische WeHensteilung) an der Leitung (oder Welle) 121 stellt den rechtweisenden Steuerkurs des Luftfahrzeuges dar und dieses Signal für den rechtweisenden Steuerkurs wird in der vorstehend angedeuteten Weise verwendet. Beispielsweise kann es alternativ in einem üblichen Analog-Servomechanismus oder in einem (nicht gezeigten) Selsyn-Pernübertragungsgerät verwendet werden, um ein Element jedes der Resolver I06, 12J und 158 einzustellen. Es ist verständlich, daß wenn ein Vertikalkreisel allein durch das verbesserte Aufrichtsystem zweiter Ordnung gemäß der vorliegenden Erfindung aufgerichtet würde und wenn der rechtweisende Steuerkurs von einem Trägheitsnavigation zur Verfügung stehen würde, das magnetische Steuerkurssignal und der Eingang für die magnetische Variation durch das Signal für den rechtweisenden Steuerkurs von der Trägheitsnavigationseinrichtung ersetzt werden könnte.

Auf diese Weise werden <äie Beschleunigungsausdrücke a_T und a_L an den jeweiligen Leitungen 102 und 103 in üblicher Weise durch den Resolver 106 umgewandelt, so daß sie an den getrennten Ausgangsleitungen I07 und 108 als die jeweilige Ost-Beschleunigungskomponente Ag und die Nord-Beschleunigungskomponente a_N auftreten. Diese beiden aufgelösten Beschleunigungsausdrücke werden als nächstes jeweils zur Erzeugung von V„ und V„ verwendet, wobei diese Ausdrücke die wahren Ost- und Nord-Beschleunigungen des Luftfahrzeuges darstellen.

609840/0352

Weil die gerätemäßige Ausführung, die zurErzeugung des Ausdruckes V₇ verwendet wird, gleich der ist,die zur Erzeugung von V,j verwendet wird, ist, wird nur die Vorrichtung zur Erzeugung von Vr, als repräsentativ für beide Kanäle beschrieben. In der grundlegenden Form des Systems wird der Ausdruck a^ mit der dargestellten Polarität einer üblichen Summier einrichtung II3 zugeführt, deren Ausgang einer Integration in einem üblichen Integrator 117 unterworfen wird, so daß der gewünschte Ost-Geschwindigkeitsausdruck Vg erzeugt wird. Dieser Ausdruck wird mit der in der Zeichnung dargestellten Polarität einer üblichen Summieroder Kombinationseinrichtung 128 zugeführt, deren Ausgang dann über einen üblichen Multiplizierer (oder Verstärker) 115 weitergeleitet wird, dessen Verstärkung größer als 1 ist. Diese Verstärkung kann fest sein oder sie kann, wie dies weiter erläutert wird, veränderlich sein. Von dem Multiplizierer II5 wird der Ausgang mit der dargestellten Polarität dem zweiten Eingang der Summiereinrichtung II3 zugeführt.

Der Betrieb des Integrators 117 und der ihm zugeordneten Summier- und Ruckfuhrungsschaltungselemente schließt weiterhin den Vergleich des berechneten Wertes von Vg mit einer gemessenen Ost-Geschwindigkeitskomponente des Luftfahrzeuges in der algebraischen Summiereinrichtung 128 ein. Die gemessene Ost-Geschwindigkeitskomponente wird von dem Ausdruck V_R abgeleitet, der eine auf das Luftfahrzeug bezogene Geschwindigkeit darstellt, die allgemein in Luftfahrzeugen zur Verfügung steht, die mit einem Flugdatenrechner oder mit einem Doppler-Navigationssystem ausgerüstet sind. Der Ausdruck V_R wird einem Eingang 121 des Resolvers 123 zugeführt, der entsprechend den kompensierten Azimut-Daten betätigt wird, die an der Leitung (oder Welle) 121 auftreten. Die Funktion des Resolvers 123 besteht damit darin, die Größe V_R in Ost- und Nordkomponenten in dem Kanal des beschriebenen Systems aufzulösen. Beispielsweise erscheint die Ost-Komponente der Fluggeschwindigkeit des Luft_T fahrzeuges an einer Leitung 124, die diese Komponente als zweiten

609840/0352

Eingang der algebraischen Summiereinrichtung 128 zuführt. Wenn keine Neigung der Kreiselbaugruppe 10 auftritt, heben sich die beiden Signaleingänge an der Summiereinrichtung 128 im wesentlichen auf, so daß kein bipolarer Ausgangsfehler E„ an der Leitung I50 auftritt. Dieses Signal stellt die Größe der entsprechenden Neigung der Kreiselbaugruppe 10 dar und wird über den Multiplizierer 115 zurückgeführt, während es über einen Schalter 153 in dessen geschlossenen Zustand als ein Eingang dem dritten noch zu beschreibenden Resolver I58 zugeführt wird.

Aus dem Vorstehenden ist die Art des zweiten Kanals, des Kanals zur Erzeugung von V„, ohne weiteres verständlich. Der Ausdruck a,, wird in der dargestellten Polarität einer üblichen Summier- oder Kombinationseinrichtung 114 zugeführt, dessen Ausgang einer Integration in einem üblichen Integrator 118 unterworfen wird, so daß der gewünschte NordTGeschwindigkeitsausdruck V._T erzeugt wird. Dieser Ausdruck vVr wird mit der in der Zeichnung dargestellten Polarität einer üblichen Summier- oder Kombinationseinrichtung 129 zugeführt, dessen Ausgang über einen üblichen Multiplizierer (oder Verstärker) II6 mit einer Verstärkung größer als 1 zurückgeführt wird. Die Verstärkung des Multiplizierers 116 kann wiederum fest oder veränderlich sein. Der Ausgang des Multiplizierers Ho wird mit der dargestellten Polarität dem zweiten Eingang der Summiereinrichtung 114 zugeführt.

Die Betriebsweise des Integrators II8 und der ihm zugeordneten Summier- und Rückführungsschaltungselemente umfaßt weiterhin den Vergleich des berechneten Wertes von V„ mit einer gemessenen Nord-Geschwindigkeitskomponente des Luftfahrzeuges in der algebraischen Summiereinrichtung 129. Diese gemessene Geschwindigkeitskomponente wird ebenfalls von der oben erwähnten auf das Luftfahrzeug bezogenen Geschwindigkeit V_R von einem Flugdatenrechner oder ähnlichem abgeleitet. Wie vorher wird der Ausdruck V_R dem Resolver 123 zugeführt, der entsprechend den kompensierten Azimut-Daten betätigt wird. Der Resolver 123

609840/0352

löst damit die Größe V_R auf, so daß die Nord-Komponente der Flüggeschwindigkeit des Luftfahrzeuges an einer Leitung 125 erzeugt und als zweiter Eingang der algebraischen Summiereinrichtung 129 zugeführt wird. Wenn keine Neigung der Kreiselbaugruppe 10 auftritt, heben sich die beiden der Summiereinrichtung 129 zugeführten Signaleingänge im wesentlichen auf, so daß kein Ausgangsfehler E_n an der Ausgangsieitung 151 auftritt. Wenn sich die beiden der Summiereinrichtung 129 zugeführten Signale nicht aufheben, so ergibt sich ein bipolares Fehlersignal E^ an der Leitung 151. Dieses Signal stellt die Größe der entsprechenden Neigung der Kreiselbaugruppe 10 dar und wird über den Multiplizierer II6 rückgeführt, während es über einen Schalter 15^ in dessen geschlossenen Zustand als zweiter Eingang dem dritten Resolver 158 zugeführt wird.

Es ist bei einer Betrachtung der vorstehenden Elemente und Funktionen, die anhand der Fig. la erläutert wurden, verständlich, daß diese Elemente und Funktionen in Form einer Analog-Geräteausführung gemäß der Zeichnung durchgeführt werden können, oder daß eine äquivalente bekannte digitale Geräteausführung in genau äquivalenter V/eise angeschaltet und betrieben werden kann, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Es ist weiterhin verständlich, daß die Resolver ΙΟβ, 125 und I58 in einer praktischen Ausführungsform einfache Analogelemente von gut bekannter Art sein können, die einen oder mehrere Analog-Spannungswerte empfangen und die an ihren Ausgängen Versionen dieser Eingangssignale ergeben, die bezüglich der Ost- und Nord-Achsen aufgelöst sind. Sollte der übrige Teil des Gerätes Analogtechniken verwenden, so können diese Analog-Ausgangssignale direkt verwendet werden. Wenn jedoch der unmittelbar folgende Teil des Gerätes Digitaltechniken verwendet, können die mit 106, 123 und 158 bezeichneten Resolver übliche Analog«/Digital-Konverter einschließen, die vor oder nach der Auflösung einge- · schaltet sind.

60 9 840/0352

- ιβ -

Der Resolver I58 ist bei Verwendung eines Analog-Betriebs ein üblicher Resolver mit einem drehbaren Teil, der entsprechend dem rechtweisenden Steuerkurs-Ausgang der Summiereinriohtung 168 eingestellt wird, der an der Welle 121 auftritt. Die Fehlerkomponenten E„ und EL,, die an den jeweiligen Leitungen I50 und 151 auftreten, gelangen über die geschlossenen Schalter 153 und 154 über jeweilige Leitungen 156 und I57 an den Resolver 158. Auf diese V/eise wandelt der Resolver 158 die Fehlersignale E_E und Ejt in das Koordinatensystem der Kreiselbaugruppe 10 um, um die Kreisel-Kardanrahmen derart einzustellen, daß die Neigung der Kreiselbaugruppe im wesentlichen auf 0 verringert wird. In einer Ausführungsform des Systems können die Eingangsdaten des Resolvers I58 in Analogform sein und'sie können in dem Resolver 158 in Analog-Steuerspannungen umgewandelt werden, die an den Leitungen 159 und 160 auftreten. Wenn die Ausdrücke E„ und E Digitalformat aufweisen, kann der Resolver 158 diese Signaleinter Verwendung üblicher Digitaltechniken auflösen und er kann weiterhin einen Digital-/Analog-Konverter einschließen, um die jeweiligen gewünschten auf die Kreiselachsen bezogenen Steuersignale an den Leitungen 159 und I60 zu erzeugen.

Der Ausgang des Resolvers I58, der auf diese Weise an der Leitung 159 auftritt, ist ein Querneigungsfehler-Korrekturausdruck, der normalerweise in dem Querneigungsverstärker Ιοί verstärkt wird und der dann über die Leiturg 164 dem Drehmomentmotor 55 an dem Kardanrahmen 1J> gemäß Fig. Ib zugeführt wird. In allgemein ähnlicher Weise wird der aufgelöste Ausgang des Resolvers 158 an der Leitung 1βθ, der ein-Längsneigungsfehler-Korrekturausdruck ist, über den Längsneigungsfehler-Verstärker 162 und die Leitung I65 an den Längsneigungsdrehmoment- oder Aufrichtmotor 53 an dem Kardanrahmen 20 gem. Fig. Ib xveitergeleitet.

Wie es weiter oben erwähnt wurde, wirkt das Aufrichtsystem zweiter Ordnung in Richtung einer Beseitigung von Fehlern

609840/0 352

dadurch, daß die Luftfahrzeug-Bezugsgeschwindigkeit V_ geprüft und dynamische Beschleunigungen von den Ausgängen der beiden Beschleunigungsmesser 50 und 51 derart subtrahiert werden, daß der Restwert eine wahre Anzeige der Neigung der Kreiselbaugruppe 10 jsb. Um diesen Vergleich durchzuführen, wird eine Punktion zweiter Ordnung oder eine Integration über und zusätzlich zu der, die üblicherweise durch die Kreiselbaugruppe ausgeführt wird, effektiv durch die Integratoren 117 und 118 hinzugefügt, so daß die aufgelösten Ausgänge der jeweiligen Beschleunigungsmesser 50 und-51 integriert werden, so daß sie Trägheits-Geschwindigkeitsausdrücke V₇, und Vj₇ bilden, die dann erfolgreich mit Komponenten der Bezugsgeschwindigkeit Vp verglichen werden können. Wie es weiter oben erläutert wurde, werden die Ausgänge der Beschleunigungsmesser 50 und 51 bezüglich des Luftfahrzeug-Steuerkurses aufgelöst, um Nord- und Ost-Beschleunigungsausdrücke zu bilden, bevor die Integration zweiter Ordnung durchgeführt wird. Diese letzteren Integrationen erzeugen somit die gewünschten Trägheits-Nord- und Ost-Geschwindigkeitsausdrücke V_n bzw. V_£. Die Bezugsgeschwindigkeit V_R wird ebenfalls bezüglich des Luftfahrzeug-Steuerkurses aufgelöst und durch algebraische Summierung werden die jeweiligen Nord- und Ost-Geschwindigkeitsfehler V_n und V„ abgeleitet. Diese beiden Pehlerausdrücke werden bezüglich des Luftfahrzeug-Steuerkurses in Luftfahrzeug-Koordinaten zurück aufgelöst, so daß Längsneigungs- und Querneigungs-Geschwindigkeitsfehlersignale erzeugt werden, die zur Präzedierung der Kreiselbaugruppe 10 verwendet werden.

Wenn die Kreiselbaugruppe 10 genau vertikal ausgerichtet ist, werden die einzigen Ausgänge der jeweiligen Beschleunigungsmesser 50 und 51 durch irgendeine dynamische Beschleunigung des Luftfahrzeuges hervorgerufen, die vorhanden sein kann. Es ist zu erkennen, daß diese Geschwindigkeitsausdrücke integriert werden und an irgendeine Änderung angepaßt sein sollten, die in der Bezugsgeschwindigkeit vJ^so daß kein Präzessions-

609840/0352

Fehlersignal erzeugt und der Kreiselbaugruppe 10 auf Grund der Luftfahrzeugbeschleunigung zugeführt wird. Wenn jedoch die Kreiselbaugruppe 10 geneigt wird, wird eine Komponente der Beschleunigung und der Schwerkraft von Natur aus gemessen. Wenn diese Beschleunigung integriert wird, ergibt sich keine diesem Effekt entsprechende Änderung in der Bezugsgeschwindigkeit V_R und als Folge hiervon wird ein Geschwindigkeitsfehler erzeugt, der in wünschenswerter Weise dazu verwendet wird, die Kreiselbaugruppe 10 in die Vertikalausrichtung zurückzubringen.

Obwohl das so weit beschriebene System äußerst vorteilhaft jst, weist es einen beträchtlichen Fehler auf, der sich bei besbimmten Betriebszuständen des Luftfahrzeuges zeigt. Das Problem mit diesem System besteht darin, daß irgendwelche Fehler, die in der Bezugsgeschwindigkeit Vt. auftreten, und irgendwelche Fehler, die in den Ausgängen der Beschleunigungsmesser 50 und 51 auftreten, eine Präzession der Kreiselbaugruppe 10 in unerwünschter V/eise hervorrufen. Dieses Problem ist von besonderer Bedeutung, wenn der Bezugsgeschwindigkeitsausdruck V_R die wahre Fluggeschwindigkeit 3sb, die von einem üblichen Flugdatenrechner abgeleitet wird. Der Bezugsgeschwindigkeitsausdruck V_R sollte besser die Geschwind igleit über Grund als die Fluggeschwindigkeit sein. Wenn die Geschwindigkeit über Grund verwendet wird, muß ein zusätzliches Driftwinke!-Signal dem Azimut-Eingang der Welle 121 hinzuaddiert werden, um eine richtige Koordinaten-Ausrichtung sicherzustellen. Die Verwendung von Flugdaten-Rechnerinformationen vernachlässigt die Auswirkungen von Windkomponenten in den Geschwindigkeitsdaten senkrecht zum Fahrzeug und sie ist gegenüber mit dem Fahrzeug ausgerichteten dynamischen Windkomponenten empfindlich. Im Hinblickauf die Verwendung eines V„-Eingangs in Form einer Geschwindigkeit über Grund, diejvon einem Dopplersystem abgeleitet wird, ist festzustellen, daß derartige Dopplersysteme selbst bei relativ großen Luftfahrzeugen nicht immer vorhanden sind und daß derartige Dopplersysteme in vielen Fällen hinsichtlich von Betriebsproblemen anfällig sind, die mit ge-

609840/0352

2611282

störten Ausgängen und mit der Lage des Luftfahrzeuges in Verbindung stehen. Wenn V_R von einem Flugdatenrechner gewonnen wird, trägt das in Fig. la gezeigte System, bei dem die Geschwindigkeitsfehler E_E und E_n zu den jeweiligen Integratoren 117 und HS nach Modifikation dirch die Verstärkung der Multiplizierer zurückgeführt werden, beträchtlich zur Verringerung des Problems bei, das sich aus der Verwendung der Fluggeschwindigkeit als V_R ergibt.

Die vorteilhafte Wirkung der Rückführungsschaltungen mit den jeweiligen Multiplizierern II5 und 116 wird noch beträchtlich dadurch vergrößert, daß mit veränderlicher anstelle von fester Verstärkung arbeitende Verstärker oder Multiplizierer 115 und 116 in den jeweiligen Rückführungspfaden der Integratoren II7 und 118 verwendet werden. Beispielsweise wird der Ost-Beschleunigungsausdruck Ag über eine Leitung I09 einem Funktionsgenerator 111 zugeführt, dessen Ausgang dem zweiten Eingang des Multiplizierers 115 zugeführt wird, um die Amplitude des Rückführungssignals zu steuern, das der Summiereinrichtung II3 zugeführt wird. In gleicher Weise wird der Nord-Beschleunigungsausdruck a., üfcer eine Leitung 110 einem zweiten Funktionsgenerator 112 zugeführt, dessen Ausgang dem zweiten Eingang des Multiplizierers Ho zugeführt wird, um die Amplitude des zur Summiereinrichtung 114 zurückgeführten Signals zu steuern. Wie es weiter oben erwähnt wurde, können die Multiplizierer 115 und 116 übliche Analog- oder Digital-Multiplizierer sein, oder, wenn die Eingangs- und Ausgangsdaten in Analogformat vorliegen, können diese Multiplizierer die Form von üblichen Verstärkern mit veränderlicher Verstärkung aufweisen, deren Verstärkung durch die jeweiligen Funktionsgeneratoren 111 bzw. 112 gesteuert wird. Diese Funktionsgeneratoren können übliche Funktionsgeneratoren sein, die einen linearen oder nichtlinearen Ausgang oder je nach Wunsch, liefern.

Die Integrationsschleifen zweiter Ordnung werden in der Praxis beträchtlich durch die gesteuerte Betriebsweise der Verstärkungs-

•6 09840/0352

änderung der Multiplizierer 115 und 116 verbessert, wodurch die Rückführungsfaktoren der zugehörigen Schaltungen manipuliert werden. Es ist zu erkennen, daß Fehler bei der Berechnung der gewünschten Präzessbn größer werden, wenn das Luftfahrzeug eine Querneigungsbewegung in eine Kurve ausführt und die Beschleunigungsmesser-Ausgängen größer werden. Diese Fehler ergeben sich aus Maßstabsfehlern auf Seiten des Geschwindigkeitsbezugs und der Beschleunigungsmesser. Um diese Fehler vreiter zu unterdrücken, wird der Verstärkungsparameter jedes Rückführungsmultiplizierers 115 bzw. 116 als Funktion des Einganges des zugehörigen Integrators 117 bzw. 118 vergrößert. Beispielsweise wird die Verstärkung des Multiplizierers 115 als Funktion des Einganges vergrößert, der dem Integrator 117 von der Summiereinrichtung 113 zugeführt wird. Die Wirkung besteht darin, daß die effektive Zeitkonstante des Integrationssystems verkürzt wird, so daß der sich ergebende Präzessionsbefehl, der an der Leitung 156 erzeugt wird, verringert wird. Der dem Multiplizierer 116 und der Ausgangsleitung 157 zugeordnete Kanal arbeitet in gleicher Weise. Es ist zu erkennen, daß die beiden Rückführungsvorgänge unabhängig voneinander ausgeführt werden, wobei das dem Fehler E_£ zugeordnete Rückführungssystem als Funktion von Ag verstärkt wird, während das dem Fehler E,. zugeordnete System als Funktion von a- vergrößert wird. Daher wird die Kreiselachse, die einen hohen Beschleunigungseingang an die Signalverarbeitungseinrichtung nach Fig. la und damit einen Beschleunigungswert von äußerst zweifelhafter Genauigkeit liefert, einem Präzessionssignal unterworfen, das eine minimale Präzessionswirksamkeit aufweist. Auf diese Weise kann der Fehler E„ durch Vergrößern der Verstärkung des Rückführungskanals beträchtlich verringert werden. Andererseits kann die dem Beschleunigungsausdruck a_E für niedrige Werte von a_E zugeordnete Achse gleichzeitig eine nor- ' male Steuerung beibehalten, bei der sie durch ein unverringertes Präzessionsbefehlssignal präzediert wird. Daher behält der Kanal mit einem relativ niedrigen Beschleunigungseingang und relativ genaueren Daten seine Wirksamkeit und seinen vollen

609840/0352

Einfluß bei. Auf diese Weise wird eine effektive Abschaltung der Aufrichtdrehmomente allgemein auf die Achse beschränkt, um die diese Abschaltung tatsächlich erforderlich jst, während die Achse, die zweckmäßig auf Grund von annehmbaren Beschleunigungsmesserausgängen arbeitet, relativ ungestört bleiblt. Auf diese Weise ergibt sich eine Anordnung, die bei bekannten Geräten nicht zur Verfugung steht, bei denen die Aufrichtung um beide Achsen abgeschaltet werden muß, selbst wenn nur ein Beschleunigungsausgang Anlaß zu Zweifeln gibt.

In Verbindung mit diesem System bleibt es wünschenswert, eine vollständige Abschaltung der Aufriehtfunktion vorzusehen, wenn ein Beschleunigungsmesser in die Sättigung gelangt. Daher wird die Abschaltung anhand der nicht aufgelösten Vierte von a™ und a_L gemäß Pig. la ausgeführt. Unter derartigen extremen Betriebsbedingungen ist es nicht wünschenswert, derartige Kreisel-Drehraoment-Signale zu erzeugen oder insbesondere zuzulassen, daß diese Signale die Drehmomentmotoren 53 und 55 steuern. Die Abschaltung der normalerweise den erwähnten Drehmomentmotoren zugefEihrten Signale wird dadurch erreicht, daß ein Maß der jeweiligen Beschleunigungssignale a_m und a, über Zweigleitungen

1 J-I

104 und 105 den jeweiligen üblichen Signalpegel-Detektoren II9 und 120 zugeführt wird. Sollten die Ausgänge der Pegeldetektoren 119 und 120 an den Leitungen 126 und 127 einen vorgegebenen Wert überschreiten, so betätigt ein ODER-Verknüpfungsglied 152 in üblicher Weise ein mechanisches Gestänge 155* das die Schalter 155 und 15^ öffnet, so daß die integrierten Signale an den Leitungen 150 und 151 so lange nicht den Drehmomentmotoren zugeführt werden, wie der unerwünschte Betriebszustand vorherrscht.

Es ist aus einer Betrachtung der vorstehend beschriebenen Elemente und Punktionen verständlich, daß diese unter Verwendung der allgemein in der Zeichnung dargestellten Analog-Geräteausführung erreicht werden können oder daß bekannte äquivalente digitale Geräteausführungen verwendet werden können, die in

609840/0352

direkt äquivalenter Weise angeschaltet und betrieben werden können, um die gleichen gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Es ist aus der vorstehenden Beschreibung klar ersichtlich, daß die Verarbeitungseinrichtung nach Pig. la eine Vielzahl von Arten von Elementen umfassen kann, wie z.B. zusammenwirkende Baugruppen bekannter Analog- oder Digital-Datenverarbeitungs- oder Rechenschaltungen. Beispielsweise umfassen die verschiedenen durchgeführten Punktionen einfache arithmetische Operationen wie z.B. Addition, Subtraktion, Multiplikation, Division und ähnliches. Viele Beispiele von sowohl analogen als auch digitalen Rechenelementen stehen zur Durchführung derartiger Rechneroperationen zur Verfügung und es ist gut bekannt, daß sie ohne weiteres in zusammenwirkender Beziehung zusammengeschaltet werden können, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Es ist weiterhin zu erkennen, daß ein üblicher Allzweck-Digitalrechner zumindest teilweise für diesen Zweck verwendet werden kann. Es liegt innerhalb des Rahmens der üblichen Kenntnisse eines Programmierers für Digitalrechner, die vorstehend erläuterten Operationen zu verarbeiten, um Ablaufdiagramme herzustellen und diese in Rechnerroutinen und -subroutinen zu übersetzen, um derartige Funktionen zusammen mit einer kompatiblen Rechnerspräche auszubilden, damit Eingangsdaten und Befehle verarbeitet werden, um Ausgänge zu erzeugen, direkt zur Steuerungjder Kreiselbaugruppe 10 entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.

Die die Kreiselplattform oder Baugruppe 10 nach Fig. Ib bildenden Elemente können durch andere Geräte, wie z.B. übliche Vertikal- und Kurskreiselgeräte oder irgendwelche andere Kreiselelemente ersetzt werden, unter Einschluß der gefesselten Kreiselart, wobei die einzige Einschränkung in dem zur Verfügungstehen von zueinander senkrechten Querneigungs-Längsneigungs- und Steuerkursdaten und seitlichen und längs gerichteten und wahlweise vertikalen Beschleunigungsmesser*-Daten ist.

609840/0352

Die Erweiterung der Anwendung der mit veränderlicher Rückführungsverstärkung arbeitenden komplementären Filter der Elemente 109, 111, 113, 115 und II7 oder der Elemente 110, 112, 114, 116 und 129 auf eine dritte oder zusätzliche MeB₁ achse ist ebenfalls mit den gleichen wünschenswerten Ergebnissen möglich. Beispielsweise könnte eine vertikale Bezugsgeschwindigkeit, die von einer Flugdatenquelle abgeleitet wird, mit vertikalen Beschleunigungsmesserdaten kombiniert werden, um eine zusätzliche Präzessionsinformation zu gewinnen. Es ist weiterhin verständlich, daß die Beschleunigungsmesser 50 und 51 nach Fig. Ib auf Beschleunigungen ansprechende Elemente sein können, die von denen gemäß der deutschen Offenlegungsschrift 1 953 473 und der US-Patentschrift 3 823 486 abweichen können.

Patentansprüche

609840/0352

Claims

2611288

Patentansprüche :

Kreiselaufrichtsystem zweiter Ordnung für vertikale Bezugssysteme für lenkbare Fahrzeuge, gekennzeichnet durch Beschleunigungsmessereinrichtungen (50* 51) zur Lieferung von zu den Ost- und Nord-Komponenten der Fahrzeugbeschleunigung proportionalen Signalen, Geschwindigkeits-Bezugseinrichtungen (Vj,, 122) zur Lieferung von Bezugssignalen, die proportional zu den Ost- und Nord-Komponenten der Fahrzeuggeschwindigkeit sind, mit den Beschleunigungsmessereinrichtungen (50, 51) gekoppelte Integratoreinrichtungen (117* HS) zur Lieferung integrierter Ost- und Nord-Trägheit s-Geschwind igke its signale aus den zu den Ost- und Nord-Komponenten der Fahrzeugbeschleunigung proportionalen Signalen, mit den Integratoreinrichtungen (II7* H8) und den Geschwindigkeits-Bezugseinrichtungen (V_R, 122) gekoppelte Kombinationseinrichtungen (128, I29) zur Lieferung von Ost- und Nord-Geschwindigkeitsfehlersignalen aus den Bezugs- und den integrierten Trägheits- Ost- und Nord-Geschwindigkeitssignalen, eine veränderliche Verstärkung aufweisende Rückführungseinrichtungen (115* 116) zur Zuführung der Geschwindigkeitsfehlersignale an die Eingänge der Integratoreinrichtungen (117* 118) derart, daß .die Geschwindigkeitsfehlersignale des Fahrzeuges auf 0 verringert werden, und Generatoreinrichtungen (111, 112), die mit den Rückführungseinrichtungen (115, 116) gekoppelt sind, um die veränderliche Verstärkung der Rückführungseinrichtungen (II5, II6) entsprechend den Ost- und Nord-Komponenten der Fahrzeug-Beschleunigung zu steuern.

609840/0 352

2. Kreiselaufrichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Rückführungseinrichtungen (115, 116) gekoppelten Generatoreinrichtungen (111, 112) Einrichtungen (1C9* HO) zur Steuerung der Verstärkung der Rückführungseinrichtungen (115* Il6) in einer derartigen Richtung einschließen, daß die Wirksamkeit der Beschleunigungssignale in den integrierten Ost- und Nord-Trägheitsgeschwindigkeitssignalen verringert wird.

3. Kreiselaufrichtsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Integratoreinrichtungen (117, 118) einen ersten Integrator (117), der auf das die Ostkomponente der Fahrzeugbeschleunigung darstellende Ausgangssignal anspricht und ein integriertes Trägheits-Ausgangssignal liefert, das die Ost-Komponente der Fahrzeuggeschwindigkeit darstellt, und einen zweiten Integrator (ll8) einschließen, der auf das die Kordkomponente der Fahrzeugbeschleunigung darstellende Signal anspricht und ein integriertes Trägheits-Ausgangssignal liefert, das die Nordkomponente der Fahrzeuggeschwindigkeit darstellt.

4. Kreiselaufrichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin Fahrzeug-Steuerkurs-Abgriffeinrichtungen {66, 70) und Längsneigungs- und QuerneigungsachsenTKreiselbezugs-Kardanrahmen-Drehmomentgebereinrichtungen (55, 53) vorgesehen sind, daß die Beschleunigungsmessereinrichtungen (50, 51) Längsneigungs- und Querneigungs-Beschleunigungsmesser (50, 51) und erste Resolvereinrichtungen (ΙΟβ) einschließen, die mit den Längsneigungs- und Querneigungs-Beschleunigungsmessern (50,51) und mit den Fahrzeug-Steuerkurs-Abgriffeinrichtungen (66, 70) gekoppelt sind und ein die Ostkomponente der Fahrzeugbeschleunigung darstellendes Ausgangssignal sowie ein die Nordkomponente der Fahrzeugbeschleunigung darstellendes Signal erzeugen.

609840/0352

5. Kreiselaufrichtsystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zweite Resolvereinrichtungen (123), die mit den Geschwindigkeitsbezugseinrichtungen (V_R, 122) und den Fahrzeugsteuerkurs-Abgriffeinrichtungen (66, 70) verbunden sind und ein die Ostkomponente -der Fahrzeugbezugsgeschwindigkeit darstellendes Ausgangssignal und ein die Nordkomponente der FahrZeugbezugsgeschwindigkeit'darstellendes Ausgangssignal erzeugen.

6. Kreiselaufrichtsystem nach Anspruch 4 oder 5, geke η η zeichnet durch dritte Resolvereinrichtungen (I58), die mit den Fahrzeugsteuerkurs-Abgriffeinrichtungen (66, 70) gekoppelt sind und auf die Ost- und Nord-Geschwindigkeitsfehlersignale ansprechen, um jeweils die Längsneigungsachsen_T und Querneigungsachsen-Kreiselbezugs-Kardanrahmen-Drehrnomentgerbereinrichtungen (55, 5Ί>) zu betätigen.

7. Kreiselaufrichtsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinationseinrichtungen (128, I29) erste Kombinationseinrichtungen (128), die auf das integrierte Ost-Trägheitsgeschwindigkeitssignal ansprechen und ein den Fahrzeug-Ostgeschwindigkeitsfehler darstellendes Signal erzeugen, und eine zweite Kombinationseinrichtung (I29) einschließen, die auf das integrierte Nord-Trägheitsgeschwindigkeitssignal anspricht und ein Ausgangssignal erzeugt, das den Fahrzeug-Nordgeschwindigkeitsfehler darstellt.

8. Kreiselaufrichtsystem nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch erste und zweite Pegeldetektoreinrichtungen (119, 120), die auf die Längsneigungs- bzw. Querneigungsbeschleunigungsmessereinrichtungen (50, 5I) ansprechen, erste und zweite Schalterelemente (153, 15^), die zwischen den dritten Resolvereinrichtungen (I58) und den ersten bzw. zweiten Kombinationseinrichtungen (128, 129) eingeschaltet sind und das Ost-Geschwindigkeitsfehlersignal bzw. das Nord-Geschwindigkeitsfehlersignal den dritten Resolvereinrichtungen

609840/0 3 52

(158) zuführen, und mit den ersten und zweiten Sehalterelementen (153, 15²O gekoppelte ODER-Verknüpfungsglieder (152), die auf die Ausgänge von den ersten und zweiten Pegeldetektoreinrichtungen (II9., 120) ansprechen, um das Ost-Geschwindigkeitsfehlersignal und das Nord-Geschwindigkeitsfehlersignal an den dritten Resolvereinrichtungen (158) unwirksam zu machen, wenn die Ausgänge von den ersten und zweiten Pegeldetektoreinrichtungen (II9, 120) oberhalb eines vorgegebenen Pegels liegen.

9c Kreiselaufrichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Verbindung mit Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die eine veränderliche Verstärkung aufweisenden Rückführungseinrichtungen (115* 11β) einen ersten auf das Ost-Geschwindigkeitsfehlersignal ansprechenden Multiplizierer (115)* der ein erstes Rückführungssignal liefert, das algebraisch mit dem die Ostkomponente der Fahrzeugbeschleunigung darstellenden Ausgangssignal summiert wird und den ersten Integratoreinrichtungen (II7) zugeführt wird, und einen zweiten auf das Nord-Geschwindigkeitsfehlersignal ansprechenden Multiplizierer (116) einschließen, der ein zweites Rückführungssignal liefert, das algebraisch mit dem die Nordkomponente der Fahrzeugbeschleunigung darstellenden Ausgangssignal summiert wird und der zweiten Integratoreinrichtung (II8) zugeführt wird.

10. Kreiselaufrichtsystem nach Angruch 9 in Verbindung mit Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatoreinrichtungen (111, 112) einen ersten mit dem ersten Multiplizierer (115) gekoppelten Funktionsgenerator (ill), der auf'das zur Ost-Komponente der Fahrzeugbeschleunigung proportionale Signal anspricht, um den ersten Multiplizierer entsprechend diesem Signal darzustellen, daß die Wirksamkeit des letzteren Signals in dem den Längsneigungsachsen-Kardanrahmen-Drehmomentgebereinrichtungen (53) zugeführten Ost-Geschwindigkeits-Fehlersignal

609840/0352

modifizfert wird, und einen zweiten mit dem zweiten Multiplizierer (Il6) gekoppelten Funktionsgenerator (112) einschließen, der auf das zur Nord-Komponente der Fahrzeugbeschleunigung proportionale Signal anspricht und den zweiten Multiplizierer (ll6) entsprechend diesem letzteren Signal derart steuert, daß die Wirksamkeit des letzteren Signals auf das den QuerneigungsachsenTKardanrahmen-Drehmomentgebereinrichtungen (55) zugeführte Ost-Geschwindigkeits-Fehlersignal modifiziert wird.

11. Kreiselaufrichtsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrzeug-Steuerkurs-Bezugsgeschwindigkeit von Flugdaten-Rechnereinrichtungen (V_R, 122) geliefert wird.

609840/035 2

Leerseite