JPH0378567B2 - - Google Patents
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- JPH0378567B2 JPH0378567B2 JP30308586A JP30308586A JPH0378567B2 JP H0378567 B2 JPH0378567 B2 JP H0378567B2 JP 30308586 A JP30308586 A JP 30308586A JP 30308586 A JP30308586 A JP 30308586A JP H0378567 B2 JPH0378567 B2 JP H0378567B2
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- Gyroscopes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、船舶の方位基準として用いられてい
るジヤイロコンパスの誤差修正装置に関する。
るジヤイロコンパスの誤差修正装置に関する。
第2図を参照して、本発明による誤差修正装置
が適用され得るジヤイロコンパスの一例として、
本願出願人によるジヤイロコンパス(日本特許第
885730号)を説明する。
が適用され得るジヤイロコンパスの一例として、
本願出願人によるジヤイロコンパス(日本特許第
885730号)を説明する。
第2図に於て、1はその内部に高速にて回転す
るジヤイロロータを内蔵するジヤイロケースで、
之を液密構造となす。2はジヤイロケース1を包
囲するタンクの如き容器、3はジヤイロケース1
を支持する懸吊線で、その上端をタンク2に、下
端をジヤイロケース1に夫々固定する。4N,4
S及び5N,5Sは夫々無接触変位検出装置6の
1次側及び2次側で、1次側4N,4Sは例えば
ジヤイロケース1の表面で、ジヤイロのスピン軸
の延長との交点即ちジヤイロの北及び南側に夫々
取付ける。一方、2次側5N,5Sをタンク2の
1次側4N,4Sの対応する位置に取付ける。7
は高粘性のダンピングオイルの如き液体で、之を
タンク2内に充填する。タンク2の赤道上スピン
軸と直交する位置(東西)に一対の水平軸8,
8′の一端を取付け、それ等の他端を水平環12
の対応する位置に設けた軸受13,13′に回動
的に嵌合する。10は水平追従用サーボモータ
で、之を水平環12に取付ける。一方の水平軸8
に水平歯車9を取付け、之をサーボモータ10の
回転軸に取付けた水平ピニオン11と噛合せしめ
る。水平環12の前記水平軸々受13,13′と
直交する位置にジンバル軸14,14′を夫々取
付け、之等を追従環16の対応する位置に取付け
ジンバル軸々受15,15′に夫々回動的に嵌合
する。追従環16の上下に追従軸17,17′を
取付け、之等の遊端部を盤器24の対応せる位置
に設けた追従軸軸受25,25′に回動的に嵌合
する。方位歯車21を一方の追従軸17に取付け
る。19は盤器24に取付けた方位追従サーボモ
ータ、20はその回転軸に取付けた方位ピニオン
で、之は方位歯車21と噛合する。22はコンパ
スカードで、之を追従軸17′に取付ける。23
は盤器24の上面に於てコンパスカード22と対
応する如く取付けた基線板で、その中央部に引か
れた基線26と、コンパスカード22とにより、
本器の装備された航行体の針路を読み取る。
るジヤイロロータを内蔵するジヤイロケースで、
之を液密構造となす。2はジヤイロケース1を包
囲するタンクの如き容器、3はジヤイロケース1
を支持する懸吊線で、その上端をタンク2に、下
端をジヤイロケース1に夫々固定する。4N,4
S及び5N,5Sは夫々無接触変位検出装置6の
1次側及び2次側で、1次側4N,4Sは例えば
ジヤイロケース1の表面で、ジヤイロのスピン軸
の延長との交点即ちジヤイロの北及び南側に夫々
取付ける。一方、2次側5N,5Sをタンク2の
1次側4N,4Sの対応する位置に取付ける。7
は高粘性のダンピングオイルの如き液体で、之を
タンク2内に充填する。タンク2の赤道上スピン
軸と直交する位置(東西)に一対の水平軸8,
8′の一端を取付け、それ等の他端を水平環12
の対応する位置に設けた軸受13,13′に回動
的に嵌合する。10は水平追従用サーボモータ
で、之を水平環12に取付ける。一方の水平軸8
に水平歯車9を取付け、之をサーボモータ10の
回転軸に取付けた水平ピニオン11と噛合せしめ
る。水平環12の前記水平軸々受13,13′と
直交する位置にジンバル軸14,14′を夫々取
付け、之等を追従環16の対応する位置に取付け
ジンバル軸々受15,15′に夫々回動的に嵌合
する。追従環16の上下に追従軸17,17′を
取付け、之等の遊端部を盤器24の対応せる位置
に設けた追従軸軸受25,25′に回動的に嵌合
する。方位歯車21を一方の追従軸17に取付け
る。19は盤器24に取付けた方位追従サーボモ
ータ、20はその回転軸に取付けた方位ピニオン
で、之は方位歯車21と噛合する。22はコンパ
スカードで、之を追従軸17′に取付ける。23
は盤器24の上面に於てコンパスカード22と対
応する如く取付けた基線板で、その中央部に引か
れた基線26と、コンパスカード22とにより、
本器の装備された航行体の針路を読み取る。
28は方位歯車21にその回転子に取付けピニ
オン29を噛合させた方位発信器で、航行体、例
えば船の船首方位を外部に発信する。
オン29を噛合させた方位発信器で、航行体、例
えば船の船首方位を外部に発信する。
次に、上述の無接触変位検出装置6の一具体例
を第3図を参照して説明する。第3図はN(北)
側の一組をとり出したものである。同図に示す如
く1次側4Nを1個の1次側コイルとなし、その
巻き線はジヤイロのスピン軸に直交する平面内に
あり、通常ジヤイロ電源PSと共用の交流で励磁
され、破線矢印a1,a1にて示す交番磁場を作
る。2次側5Nも同じく4個の矩形コイル5
NW,5NE,5NU,5NLより構成し、一対の
コイル5NW,5NEを横方向に並列に配置し、
他方の対のコイル5NL,5NUを上下方向に並
べる。コイル対5NW,5NEの巻き始め及びコ
イル対5NU,5NLの巻き始めを互いに接続す
る。今、1次側コイル4N、即ちジヤイロケース
1が2次側コイル5N、即ちタンク2の中心に位
置している場合を考えると、各4個の各2次側コ
イル5NW,5NE,5NU,5NL中を1次側コ
イル4Nによる磁束が貫通するので、これに対応
して電圧が4個の各コイルに誘起されるが、各2
次コイル中の磁束変化は略々同一であり、更に各
コイル対は上述の如く差動的に接続せられている
ので、その出力端子2−1及び2−2には、電圧
は何等発生しない。ここで、例えば1次側コイル
4Nが東方に(同図E)に偏倚した場合を考える
と、コイル5NEを貫通する磁束は増加し、コイ
ル5NWを貫通する磁束は減少するので、出力端
子2−1には電圧が生ずるが、端子2−2には出
力はない。一方、1次側コイル4Nが西方に(同
図W)偏倚した場合には、前と逆にコイル5NW
の誘起電圧が増加し、コイル5NEの誘起電圧が
減少し、東偏した場合とは逆位相の電圧が端子2
−1に発生する。この場合、コイル5NU,5
NLは上下方向に配置されているので、その出力
端子2−2には何等電圧の発生がないのは上述と
同様である。一方、1次側コイル4Nの上下方向
変位に対しては、横方向に配置されたコイル5
NW,5NEには何等電圧は発生しないが、上下
方向に配置されたコイル,5NL,5NUに電圧
が発生するので、その端子2−2に出力電圧が発
生する。即ち、第3図の構造によつて、ジヤイロ
ケース1のN端のタンク2に対する東西方向及び
上下方向の変位を検出する事が出来る。
を第3図を参照して説明する。第3図はN(北)
側の一組をとり出したものである。同図に示す如
く1次側4Nを1個の1次側コイルとなし、その
巻き線はジヤイロのスピン軸に直交する平面内に
あり、通常ジヤイロ電源PSと共用の交流で励磁
され、破線矢印a1,a1にて示す交番磁場を作
る。2次側5Nも同じく4個の矩形コイル5
NW,5NE,5NU,5NLより構成し、一対の
コイル5NW,5NEを横方向に並列に配置し、
他方の対のコイル5NL,5NUを上下方向に並
べる。コイル対5NW,5NEの巻き始め及びコ
イル対5NU,5NLの巻き始めを互いに接続す
る。今、1次側コイル4N、即ちジヤイロケース
1が2次側コイル5N、即ちタンク2の中心に位
置している場合を考えると、各4個の各2次側コ
イル5NW,5NE,5NU,5NL中を1次側コ
イル4Nによる磁束が貫通するので、これに対応
して電圧が4個の各コイルに誘起されるが、各2
次コイル中の磁束変化は略々同一であり、更に各
コイル対は上述の如く差動的に接続せられている
ので、その出力端子2−1及び2−2には、電圧
は何等発生しない。ここで、例えば1次側コイル
4Nが東方に(同図E)に偏倚した場合を考える
と、コイル5NEを貫通する磁束は増加し、コイ
ル5NWを貫通する磁束は減少するので、出力端
子2−1には電圧が生ずるが、端子2−2には出
力はない。一方、1次側コイル4Nが西方に(同
図W)偏倚した場合には、前と逆にコイル5NW
の誘起電圧が増加し、コイル5NEの誘起電圧が
減少し、東偏した場合とは逆位相の電圧が端子2
−1に発生する。この場合、コイル5NU,5
NLは上下方向に配置されているので、その出力
端子2−2には何等電圧の発生がないのは上述と
同様である。一方、1次側コイル4Nの上下方向
変位に対しては、横方向に配置されたコイル5
NW,5NEには何等電圧は発生しないが、上下
方向に配置されたコイル,5NL,5NUに電圧
が発生するので、その端子2−2に出力電圧が発
生する。即ち、第3図の構造によつて、ジヤイロ
ケース1のN端のタンク2に対する東西方向及び
上下方向の変位を検出する事が出来る。
第4図は東西方向の検出装置のみを示したもの
で、ジヤイロケース1を上部より見た配置図であ
る。即ちS側の変位検出装置に1次側コイル4S
及び2次側コイル5SE,5SWより構成し、ジヤ
イロケース1が東方に偏倚した時に、コイル5
SEを通る磁束が増加し、コイル5SWの磁界は減
少して、端子3−1に電圧が誘起され、この電圧
の位相はコイル5NW,5NEの端子2−1の発
生電圧のそれと等しくされている。又、第3図に
示す様にコイル5SE,5SW及びコイル5NE,
5NWが更に差動的に結線されているが為に、ジ
ヤイロケース1の東西方向変位に対しては、端子
3−2には全く発生電圧がない代りに、ジヤイロ
ケース1が垂直軸線0(図面に垂直)のまわりに
角変位を生ずると、端子3−2にはその回転方向
に応じ、位相の180゜反転した出力電圧が発生す
る。この出力電圧はサーボ増幅器30を介し(又
は介さなくてもよい)方位サーボモータ19の制
御巻線に加えられる。サーボモータ19の回転は
方位ピニオン20、方位歯車21、追従環16及
び水平環12を介して、タンク2に伝達され、こ
のタンク2は上記垂直軸のまわりの角変位がゼロ
となる様に制御される。即ち、ジヤイロケース1
が如何なる方位をとろうとも、このサーボ系によ
つて懸吊線3には捩りが全く生ぜず、これよりジ
ヤイロには垂直軸に関しては如何なる外乱トルク
も印加されることはない。尚第4図に於て、3−
3は誤差修正用信号発生装置で、船舶の速度或は
緯度に対応した電圧を発生し方位追従系の追従を
ずらして懸吊線3を捩り、ジヤイロの垂直軸のま
わりにトルクを加えて誤差修正を行う。
で、ジヤイロケース1を上部より見た配置図であ
る。即ちS側の変位検出装置に1次側コイル4S
及び2次側コイル5SE,5SWより構成し、ジヤ
イロケース1が東方に偏倚した時に、コイル5
SEを通る磁束が増加し、コイル5SWの磁界は減
少して、端子3−1に電圧が誘起され、この電圧
の位相はコイル5NW,5NEの端子2−1の発
生電圧のそれと等しくされている。又、第3図に
示す様にコイル5SE,5SW及びコイル5NE,
5NWが更に差動的に結線されているが為に、ジ
ヤイロケース1の東西方向変位に対しては、端子
3−2には全く発生電圧がない代りに、ジヤイロ
ケース1が垂直軸線0(図面に垂直)のまわりに
角変位を生ずると、端子3−2にはその回転方向
に応じ、位相の180゜反転した出力電圧が発生す
る。この出力電圧はサーボ増幅器30を介し(又
は介さなくてもよい)方位サーボモータ19の制
御巻線に加えられる。サーボモータ19の回転は
方位ピニオン20、方位歯車21、追従環16及
び水平環12を介して、タンク2に伝達され、こ
のタンク2は上記垂直軸のまわりの角変位がゼロ
となる様に制御される。即ち、ジヤイロケース1
が如何なる方位をとろうとも、このサーボ系によ
つて懸吊線3には捩りが全く生ぜず、これよりジ
ヤイロには垂直軸に関しては如何なる外乱トルク
も印加されることはない。尚第4図に於て、3−
3は誤差修正用信号発生装置で、船舶の速度或は
緯度に対応した電圧を発生し方位追従系の追従を
ずらして懸吊線3を捩り、ジヤイロの垂直軸のま
わりにトルクを加えて誤差修正を行う。
第5図は水平追従系を示したもので、2次側5
N及び5Sのコイル5NU,5NL及び5SU,5
SLが前述と同様差動的に結線されており、これ
が為にコイル5NU,5NLの端子4−1には、
ジヤイロケース1のタンク2に対する上下方向並
進移動に対しては出力電圧は発生しないが、水平
軸のまわりの角運動に対しては、端子4−1に電
圧が発生し、これはサーボ増幅器31を介し(又
は介さずに)水平追従サーボモータ10の制御巻
線に加えられる。水平追従サーボモータ10の回
転は、水平ピニオン11及び水平歯車9を介して
タンク2を回転し、タンク2の上記角変位をゼロ
とならしめる。
N及び5Sのコイル5NU,5NL及び5SU,5
SLが前述と同様差動的に結線されており、これ
が為にコイル5NU,5NLの端子4−1には、
ジヤイロケース1のタンク2に対する上下方向並
進移動に対しては出力電圧は発生しないが、水平
軸のまわりの角運動に対しては、端子4−1に電
圧が発生し、これはサーボ増幅器31を介し(又
は介さずに)水平追従サーボモータ10の制御巻
線に加えられる。水平追従サーボモータ10の回
転は、水平ピニオン11及び水平歯車9を介して
タンク2を回転し、タンク2の上記角変位をゼロ
とならしめる。
第6図はタンク2以内を略線的に示したもの
で、ジヤイロケース1内のジヤイロのスピン軸の
延長の指北端A側(ジヤイロケース1上にある)
が、水平面H−H′に対して角θだけ上昇してい
る場合である。ここで、ジヤイロケース1の重心
O1、懸吊線3とジヤイロケース1との結合点Q、
懸吊線3とタンク2との結合点をP、タンク2の
中心をO2とし、ジヤイロケース1内のロータの
スピン軸が水平(θ=O)の時、O1とO2とは一
致しているものとする。又、Aを指北端、BとA
と180゜ずれたジヤイロケース1上の点とし、A′,
B′をA,Bに対応するタンク2の点とする。扠
て、懸吊線3は、実際には曲げ剛性がある為に、
同図点線の如き撓み曲線を呈するので、タンク2
に対するジヤイロケース1の軸方向移動両ξ(O2
〜O1)は極くわずか減少する筈であるが、実用
的な設計ではこの影響が極めて小さく、ここでは
一応懸吊線3は完全に可撓性のものとして説明を
進める。前述の如く、サーボ系の作用で、タンク
2上の点A′,B′と、ジヤイロケース1上の点A,
Bとは常に直線上にある如くなされているので、
タンク2もジヤイロケース1と同様θだけ水平面
H−H′に対して傾斜する。今、外部の加速度が
ないものとすれば、ジヤイロケース1のスピン軸
方向には何等外力が作用してないので、懸吊線3
は鉛直線に一致する。懸吊線3の張力をTとし、
ジヤイロケース1のダンパー液7による浮力を除
いた残留重量をmgとすれば、懸吊線3の張力Tが
点O1のまわりに M=Tr sin θ=mg r sinθ なるモーメントMを作り、これがジヤイロトルク
としてその水平軸(O1を通つて紙面に直角)の
まりに加わることになる。尚ここでrは同図に示
す如くジヤイロケース1の重心O1と懸吊線3と
ジヤイロケース1との結合点Qとの間の距離であ
る。即ち、この方法によつても従来用いられてい
るジヤイロコンパスと全く同様に「スピン軸の水
平面に対する傾斜に比例したトルクをジヤイロの
水平軸のまわりに加える」ことが出来るが故に、
距離r、残留質量mg及びジヤイロの角運動量を選
定して、その指北運動の周期を数十分内至百数十
分とすることで、ジヤイロコンパスを得ることが
出来る。
で、ジヤイロケース1内のジヤイロのスピン軸の
延長の指北端A側(ジヤイロケース1上にある)
が、水平面H−H′に対して角θだけ上昇してい
る場合である。ここで、ジヤイロケース1の重心
O1、懸吊線3とジヤイロケース1との結合点Q、
懸吊線3とタンク2との結合点をP、タンク2の
中心をO2とし、ジヤイロケース1内のロータの
スピン軸が水平(θ=O)の時、O1とO2とは一
致しているものとする。又、Aを指北端、BとA
と180゜ずれたジヤイロケース1上の点とし、A′,
B′をA,Bに対応するタンク2の点とする。扠
て、懸吊線3は、実際には曲げ剛性がある為に、
同図点線の如き撓み曲線を呈するので、タンク2
に対するジヤイロケース1の軸方向移動両ξ(O2
〜O1)は極くわずか減少する筈であるが、実用
的な設計ではこの影響が極めて小さく、ここでは
一応懸吊線3は完全に可撓性のものとして説明を
進める。前述の如く、サーボ系の作用で、タンク
2上の点A′,B′と、ジヤイロケース1上の点A,
Bとは常に直線上にある如くなされているので、
タンク2もジヤイロケース1と同様θだけ水平面
H−H′に対して傾斜する。今、外部の加速度が
ないものとすれば、ジヤイロケース1のスピン軸
方向には何等外力が作用してないので、懸吊線3
は鉛直線に一致する。懸吊線3の張力をTとし、
ジヤイロケース1のダンパー液7による浮力を除
いた残留重量をmgとすれば、懸吊線3の張力Tが
点O1のまわりに M=Tr sin θ=mg r sinθ なるモーメントMを作り、これがジヤイロトルク
としてその水平軸(O1を通つて紙面に直角)の
まりに加わることになる。尚ここでrは同図に示
す如くジヤイロケース1の重心O1と懸吊線3と
ジヤイロケース1との結合点Qとの間の距離であ
る。即ち、この方法によつても従来用いられてい
るジヤイロコンパスと全く同様に「スピン軸の水
平面に対する傾斜に比例したトルクをジヤイロの
水平軸のまわりに加える」ことが出来るが故に、
距離r、残留質量mg及びジヤイロの角運動量を選
定して、その指北運動の周期を数十分内至百数十
分とすることで、ジヤイロコンパスを得ることが
出来る。
次に上述のジヤイロコンパスにおけるダンピン
グ装置について説明する。その基本は既に多くの
従来のジヤイロコンパスに利用されている「ジヤ
イロのスピン軸の水平面に対する傾斜に比例した
トルクをジヤイロの垂直軸のまわりに加える」と
いう原理である。これは、その実用手段に関する
ものである。第2図乃至第6図に関して説明した
様な構成のジヤイロコンパスのスピン軸が水平面
H−H′に対してθだけ傾斜した場合、タンク2
も水平追従系の作用によつてジヤイロケース1内
のジヤイロと同一の角θだけ傾斜し、ジヤイロケ
ース1は懸吊線3が鉛直線と一致するまでB′の
方向にO1−O2=ξだけ移動して静止する。即ち、
ジヤイロ傾斜角θと、ジヤイロケース1のタンク
2に対するスピン軸方向の移動量ξとは完全な比
例関係にある。よつてこの移動量ξを電気的に検
出し、この検出量に対応して前記垂直追従系の追
従位置を偏倚せしめ、懸吊線3を捩ることによ
り、所望の制振作用を与えることが出来る。
グ装置について説明する。その基本は既に多くの
従来のジヤイロコンパスに利用されている「ジヤ
イロのスピン軸の水平面に対する傾斜に比例した
トルクをジヤイロの垂直軸のまわりに加える」と
いう原理である。これは、その実用手段に関する
ものである。第2図乃至第6図に関して説明した
様な構成のジヤイロコンパスのスピン軸が水平面
H−H′に対してθだけ傾斜した場合、タンク2
も水平追従系の作用によつてジヤイロケース1内
のジヤイロと同一の角θだけ傾斜し、ジヤイロケ
ース1は懸吊線3が鉛直線と一致するまでB′の
方向にO1−O2=ξだけ移動して静止する。即ち、
ジヤイロ傾斜角θと、ジヤイロケース1のタンク
2に対するスピン軸方向の移動量ξとは完全な比
例関係にある。よつてこの移動量ξを電気的に検
出し、この検出量に対応して前記垂直追従系の追
従位置を偏倚せしめ、懸吊線3を捩ることによ
り、所望の制振作用を与えることが出来る。
扠て、第7図は上述の原理を実施する具体例の
一つであつて、之は第4図の例に関して適用した
一実施例であり、無接触変位検出装置6の2次側
コイル5N,5Sの南北側に夫々新たに2個のコ
イル14−2,14−3の夫々の巻枠面が従来の
二対のコイル5NE,5NW及び5SE,5SWと
平行になる如く之等コイル14−2,14−3を
追加設置し、これ等を差動的に結線した後、コイ
ル14−2及び14−3の出力端14−1を垂直
追従系の信号端子3−2と加算的に接続した後、
サーボ増幅器30を介して方位サーボモータ19
の制御巻線に加える。この場合ξに比例する端子
14−1の信号電圧の分だけ垂直追従系はサーボ
エラーを生じ、端子14−1の信号分だけタンク
2とジヤイロケース1とは偏角をもつことにな
る。よつてξに比例して懸吊線3は捩られ、この
捩りトルクはξに比例しているから、ジヤイロス
ピン軸の傾斜θに比例しており、ジヤイロに制振
作用を与えることができる。
一つであつて、之は第4図の例に関して適用した
一実施例であり、無接触変位検出装置6の2次側
コイル5N,5Sの南北側に夫々新たに2個のコ
イル14−2,14−3の夫々の巻枠面が従来の
二対のコイル5NE,5NW及び5SE,5SWと
平行になる如く之等コイル14−2,14−3を
追加設置し、これ等を差動的に結線した後、コイ
ル14−2及び14−3の出力端14−1を垂直
追従系の信号端子3−2と加算的に接続した後、
サーボ増幅器30を介して方位サーボモータ19
の制御巻線に加える。この場合ξに比例する端子
14−1の信号電圧の分だけ垂直追従系はサーボ
エラーを生じ、端子14−1の信号分だけタンク
2とジヤイロケース1とは偏角をもつことにな
る。よつてξに比例して懸吊線3は捩られ、この
捩りトルクはξに比例しているから、ジヤイロス
ピン軸の傾斜θに比例しており、ジヤイロに制振
作用を与えることができる。
第8図は上述のジヤイロタンパスのスピン軸の
運動を、ジヤイロスピン軸の指北端Aの真北から
の方位誤差φと傾斜角θとを変数とし、ラプラス
演算子及び伝達関数とによつてブロツク図的に表
わしたものである。同図において、gは重力加速
度、Rは地球半径、Ωは地球自転角速度、Hはジ
ヤイロの角運動量、λはその地点の緯度、τGはタ
ンク2に対するジヤイロケース1のスピン軸方向
の運動を1次遅れとして近似したときの時定数、
Kは指北定数mrg,μはダンピング定数で、単位
の傾斜角θに対する懸吊線3を捩ることによつて
発生するトルク、αNは船の運動によつてジヤイ
ロケースの南北方向に作用する加速度、VNは船
の南北速度である。
運動を、ジヤイロスピン軸の指北端Aの真北から
の方位誤差φと傾斜角θとを変数とし、ラプラス
演算子及び伝達関数とによつてブロツク図的に表
わしたものである。同図において、gは重力加速
度、Rは地球半径、Ωは地球自転角速度、Hはジ
ヤイロの角運動量、λはその地点の緯度、τGはタ
ンク2に対するジヤイロケース1のスピン軸方向
の運動を1次遅れとして近似したときの時定数、
Kは指北定数mrg,μはダンピング定数で、単位
の傾斜角θに対する懸吊線3を捩ることによつて
発生するトルク、αNは船の運動によつてジヤイ
ロケースの南北方向に作用する加速度、VNは船
の南北速度である。
ジヤイロの傾斜角θに南北加速度を重力加速度
で除した値の和が、ジヤイロケース1とタンク2
との1次遅れ伝達要素50に作用して、タンク2
に対するジヤイロケース1の南北方向の変位ξを
つくる。(は実際の変位ξを懸吊線3の長さa
で割つて無次元化してある)。
で除した値の和が、ジヤイロケース1とタンク2
との1次遅れ伝達要素50に作用して、タンク2
に対するジヤイロケース1の南北方向の変位ξを
つくる。(は実際の変位ξを懸吊線3の長さa
で割つて無次元化してある)。
に指北定数K(即ちmrg)を乗じた水平軸ま
わりのトルクK51が地球自転角速度Ωの垂直
成分Ωsinλと共にジヤイロケース1の水平軸まわ
りに作用して52、垂直軸まわりの方位運動を生
ぜしめ、方位誤差φが発生する。方位誤差φに地
球自転角速度Ωの水平成分Ωcosλ53が乗じられ
たものが、角速度入力として、ジヤイロの水平軸
まわり54に入力され、ジヤイロ傾斜角θを生ぜ
しめる。
わりのトルクK51が地球自転角速度Ωの垂直
成分Ωsinλと共にジヤイロケース1の水平軸まわ
りに作用して52、垂直軸まわりの方位運動を生
ぜしめ、方位誤差φが発生する。方位誤差φに地
球自転角速度Ωの水平成分Ωcosλ53が乗じられ
たものが、角速度入力として、ジヤイロの水平軸
まわり54に入力され、ジヤイロ傾斜角θを生ぜ
しめる。
以上が、ジヤイロコンパスの指北ループと呼ば
れる部分で、ループ内に1/Sで表わされる極が2 個存在する為に、振動解となる。ξにダンピン
グ定数μを乗じた垂直軸まわりのトルクμθは、
船の南北速度VNを地球半径Rで割つた等価角速
度VN/Rと共に、水平軸まわりのジヤイロ要素
54に入力され、ジヤイロ傾斜角θを減少させ、
上記、指北運動を減衰させる作用を具備させるこ
とができるため、減衰ループと呼ばれる。
れる部分で、ループ内に1/Sで表わされる極が2 個存在する為に、振動解となる。ξにダンピン
グ定数μを乗じた垂直軸まわりのトルクμθは、
船の南北速度VNを地球半径Rで割つた等価角速
度VN/Rと共に、水平軸まわりのジヤイロ要素
54に入力され、ジヤイロ傾斜角θを減少させ、
上記、指北運動を減衰させる作用を具備させるこ
とができるため、減衰ループと呼ばれる。
南北速度VNは、上記指北ループに対して、次
式で表わされる緯度のsecに比例した方位誤差φv
を生ぜしめる。
式で表わされる緯度のsecに比例した方位誤差φv
を生ぜしめる。
θv=VN/RΩcosλ=VcosC/RΩcosλ
但し、Cは船首方位角である。
第9図は船が針路0゜で長時間直進し、ジヤイロ
コンパスがその時の速度誤差φv1に静定している
状態から、時刻t1において、180゜旋回し、その
後、針路180゜で直進した場合のジヤイロの運動を
示したもので、基本的なジヤイロの加速度による
影響としては、一般の場合に演繹できるものであ
る。
コンパスがその時の速度誤差φv1に静定している
状態から、時刻t1において、180゜旋回し、その
後、針路180゜で直進した場合のジヤイロの運動を
示したもので、基本的なジヤイロの加速度による
影響としては、一般の場合に演繹できるものであ
る。
時刻t1からt2の間の加速度によつて生ずる方位
変化φBは、加速度の加わる前後の船の南北速度
の速度変化に比例する。φBをバリステイツク量
と称している。このφBを、加速度が作用する前
後の速度誤差の差に等しくなるように設計する方
法は、ジヤイロコンパスにおけるシユーラー同調
と呼ばれる重要な条件で、加速度の影響を速度誤
差の形で修正する(この条件からジヤイロコンパ
スの指北周期は1〜1.5時間と長くなる)。即ち、 φB=φv1−φv2 所で、バリステイツク量φBは、速度差の関数
であるが、速度誤差の差は、上式に示した如く緯
度の関数でもあるので、上式の条件は、厳密に言
えば、特定の緯度(基準緯度と称する)でのみ成
立し、それ以外の緯度では、第9図のΔφの誤差
が旋回直後に発生し、その後ジヤイロコンパスの
基本運動特性に従つて、旋回後の速度誤差φv2に
向つて制振運動を行つていくという過程をとる。
変化φBは、加速度の加わる前後の船の南北速度
の速度変化に比例する。φBをバリステイツク量
と称している。このφBを、加速度が作用する前
後の速度誤差の差に等しくなるように設計する方
法は、ジヤイロコンパスにおけるシユーラー同調
と呼ばれる重要な条件で、加速度の影響を速度誤
差の形で修正する(この条件からジヤイロコンパ
スの指北周期は1〜1.5時間と長くなる)。即ち、 φB=φv1−φv2 所で、バリステイツク量φBは、速度差の関数
であるが、速度誤差の差は、上式に示した如く緯
度の関数でもあるので、上式の条件は、厳密に言
えば、特定の緯度(基準緯度と称する)でのみ成
立し、それ以外の緯度では、第9図のΔφの誤差
が旋回直後に発生し、その後ジヤイロコンパスの
基本運動特性に従つて、旋回後の速度誤差φv2に
向つて制振運動を行つていくという過程をとる。
ジヤイロコンパスは加速度による影響を、シユ
ーラー同調という手法を用いて速度誤差として修
正することにより、実用上、一般の船舶では全く
問題にならないように取り除いているが、測量船
や観測船、高速船、或いは軍用の船舶等の場合
は、より正確な方位が要求されるが、基準緯度以
外の緯度において、シユーラー同調条件が厳密に
満足されないことによつて、加速度運動直後に、
多少の誤差が生じ、正確な方位が得られないと言
う欠点がある。
ーラー同調という手法を用いて速度誤差として修
正することにより、実用上、一般の船舶では全く
問題にならないように取り除いているが、測量船
や観測船、高速船、或いは軍用の船舶等の場合
は、より正確な方位が要求されるが、基準緯度以
外の緯度において、シユーラー同調条件が厳密に
満足されないことによつて、加速度運動直後に、
多少の誤差が生じ、正確な方位が得られないと言
う欠点がある。
従つて、本発明は、測量船、高速船等の正確な
方位が要求される航行体の加速度運動等に起因す
るジヤイロコンパスの誤差を容易に修正し得る、
ジヤイロコンパスの誤差修正装置を提供せんとす
るものである。
方位が要求される航行体の加速度運動等に起因す
るジヤイロコンパスの誤差を容易に修正し得る、
ジヤイロコンパスの誤差修正装置を提供せんとす
るものである。
本発明による上記問題点を解決するジヤイロコ
ンパスの誤差修正装置は、スピン軸を略々水平に
したジヤイロを内蔵するジヤイロケースと、該ジ
ヤイロケースを3軸の自由度をもつて支持する支
持装置と、上記ジヤイロケースに上記スピン軸の
水平面の傾斜に比例したトルクを加える指北装置
と、上記ジヤイロケースの上記スピン軸の水平面
に対する傾斜に対応する信号を電気的な傾斜角信
号に変換する傾斜変換器と、航行体に対する上記
スピン軸の方位を発信する方位発信器とからなる
ジヤイロコンパスに対し、上記傾斜変換器の傾斜
角信号と航行体の速度信号とを入力とする誤差修
正装置を設け、航行体の運動に起因する方位誤差
を推定すると共に、該推定方位誤差により上記方
位発振器の出力誤差を修正するようになしたもの
である。
ンパスの誤差修正装置は、スピン軸を略々水平に
したジヤイロを内蔵するジヤイロケースと、該ジ
ヤイロケースを3軸の自由度をもつて支持する支
持装置と、上記ジヤイロケースに上記スピン軸の
水平面の傾斜に比例したトルクを加える指北装置
と、上記ジヤイロケースの上記スピン軸の水平面
に対する傾斜に対応する信号を電気的な傾斜角信
号に変換する傾斜変換器と、航行体に対する上記
スピン軸の方位を発信する方位発信器とからなる
ジヤイロコンパスに対し、上記傾斜変換器の傾斜
角信号と航行体の速度信号とを入力とする誤差修
正装置を設け、航行体の運動に起因する方位誤差
を推定すると共に、該推定方位誤差により上記方
位発振器の出力誤差を修正するようになしたもの
である。
ジヤイロコンパスのスピン軸の水平面に対する
傾斜角に比例した南北傾斜信号と航行体の速度信
号とを入力とする誤差修正装置を設け、この中で
オブザーバと称する誤差推定器により航走状態に
おけるジヤイロコンパスの方位誤差を推定させる
と共に該推定方位誤差を方位発振器に入力し、方
位発信出力を補正することにより、航行体の運動
に起因する誤差を修正する。
傾斜角に比例した南北傾斜信号と航行体の速度信
号とを入力とする誤差修正装置を設け、この中で
オブザーバと称する誤差推定器により航走状態に
おけるジヤイロコンパスの方位誤差を推定させる
と共に該推定方位誤差を方位発振器に入力し、方
位発信出力を補正することにより、航行体の運動
に起因する誤差を修正する。
以下、第1図を参照して本発明のジヤイロコン
パスの誤差修正装置の一例を説明するも、本発明
が適されるジヤイロコンパスの一例は、前述の如
く、第2図乃至第9図に示したジヤイロコンパス
である。従つて、第1図には、本発明が適用され
るジヤイロコンパスは示されていない。
パスの誤差修正装置の一例を説明するも、本発明
が適されるジヤイロコンパスの一例は、前述の如
く、第2図乃至第9図に示したジヤイロコンパス
である。従つて、第1図には、本発明が適用され
るジヤイロコンパスは示されていない。
第1図は本発明によるジヤイロコンパスの誤差
修正装置90の一実施例を示すブロツク図であ
る。第2図に示す方位発信器28からの船首方位
C′及び図示せずも船の速力計(ログ)からのログ
速度信号V′を南北速度演算部100及び南北加
速度演算部101に供給して、これ等より南北速
度信号VN′及び南北加速度信号αN′を作り、これ
等信号VN′及びαN′を、船舶の現在地点の緯度情
報λ′と共に外乱入力演算部102に入力し、その
出力Duを状態変数推定演算部103に入力する。
この状態変数推定演算部103には上記入力のほ
か、それ自身の出力Zを制御係数演算部104を
通して得た信号FZ及び第2図に示すコンパスシ
ステムからの軸方向移動量(南北傾斜信号),
y=を観測値入力演算部105を通して得た信
号Gyが入力される。
修正装置90の一実施例を示すブロツク図であ
る。第2図に示す方位発信器28からの船首方位
C′及び図示せずも船の速力計(ログ)からのログ
速度信号V′を南北速度演算部100及び南北加
速度演算部101に供給して、これ等より南北速
度信号VN′及び南北加速度信号αN′を作り、これ
等信号VN′及びαN′を、船舶の現在地点の緯度情
報λ′と共に外乱入力演算部102に入力し、その
出力Duを状態変数推定演算部103に入力する。
この状態変数推定演算部103には上記入力のほ
か、それ自身の出力Zを制御係数演算部104を
通して得た信号FZ及び第2図に示すコンパスシ
ステムからの軸方向移動量(南北傾斜信号),
y=を観測値入力演算部105を通して得た信
号Gyが入力される。
状態変数推定演算部103の出力Zを、上記南
北傾斜信号と共に推定方位誤差演算部106に
入力し、コンパスの方位誤差修正信号φ′を作り、
これを方位発信部107に出力する。方位発信部
107において、方位発信器28からの船首方位
信号C′に上記方位誤差修正信号φ′を加算して、真
方位Cを出力する。
北傾斜信号と共に推定方位誤差演算部106に
入力し、コンパスの方位誤差修正信号φ′を作り、
これを方位発信部107に出力する。方位発信部
107において、方位発信器28からの船首方位
信号C′に上記方位誤差修正信号φ′を加算して、真
方位Cを出力する。
上述の誤差修正装置90は、オブザーバーと称
する誤差推定手法を基本としており、以下その手
法の手順を示す。
する誤差推定手法を基本としており、以下その手
法の手順を示す。
第6図に示したジヤイロコンパスの運動は、南
北傾斜信号、方位誤差φ、ジヤイロ傾斜角θを
要素とする状態変数マトリツクスxに関し、次式
に示す微分方程式が成立する。
北傾斜信号、方位誤差φ、ジヤイロ傾斜角θを
要素とする状態変数マトリツクスxに関し、次式
に示す微分方程式が成立する。
x〓=Ax+Bu ……(1)
y=Ex ……(2)
上式において、Aは3×3のシステムマトリツ
クス、Bは3×3の外乱入力マトリツクス、uは
南北加速度αN、地球角速度Ωの垂直成分Ωsinλ、
南北速度VNを成分とする外乱入力、yは観測値
ベクトルで、第6図のジヤイロコンパスでは南北
傾斜だけが観測可能な為、y==x(1)、Eは
観測係数で一般にはマトリツクスであるが、第6
図のシステムではスカラー量でE=1である。
クス、Bは3×3の外乱入力マトリツクス、uは
南北加速度αN、地球角速度Ωの垂直成分Ωsinλ、
南北速度VNを成分とする外乱入力、yは観測値
ベクトルで、第6図のジヤイロコンパスでは南北
傾斜だけが観測可能な為、y==x(1)、Eは
観測係数で一般にはマトリツクスであるが、第6
図のシステムではスカラー量でE=1である。
システムマトリツクスAを観測可能なの列に
関し以下の如く分割する。
関し以下の如く分割する。
x〓=A11 A12
A21 A22x+B1
B2 u ……(3)
y= ……(4)
ここでA11,B1は夫々スカラー量である。
外乱uを入力とし、状態変数xの各要素に対応
した状態変数推定値Zに関し次式が成立する。
した状態変数推定値Zに関し次式が成立する。
Z〓=FZ+Gy+Du ……(5)
但しFは3×3の推定ゲインマトリツクス
Gはオブサーバへの入力マトリツクスであ
る。
る。
又、(5)式で表わされるオブサーバ系の応答性
(時定数a)から決められるマトリツクスLを用
いて(5)式の各マトリツクスは F=A22−LA12 ……(6) G=F+A21−LA11 ……(7) D=B2−LB1 ……(8) で与えられる。
(時定数a)から決められるマトリツクスLを用
いて(5)式の各マトリツクスは F=A22−LA12 ……(6) G=F+A21−LA11 ……(7) D=B2−LB1 ……(8) で与えられる。
(5)式において、コンパス系と等価な外乱入力
Duを作る部分が南北速度演算部100の出力
VN′、南北加速度演算部101の出力αN′及び緯
度λ′を入力とする外乱入力演算部102である。
又、観測値入力演算部105が南北傾斜信号か
らGyをつくる部分、制御係数演算部104がFz
を作つて、状態変数推定演算部103にフイード
バツクする部分である。方位誤差修正信号φ′は、 φ′=Z+Ly =Z(2)+L(2) ……(9) で求めることが出来、これを推定方位誤差演算部
106で行うと共に、その出力φ′を方位発信部1
07に、船首方位C′と共に入力し、正しい船首方
位Cを出力する。
Duを作る部分が南北速度演算部100の出力
VN′、南北加速度演算部101の出力αN′及び緯
度λ′を入力とする外乱入力演算部102である。
又、観測値入力演算部105が南北傾斜信号か
らGyをつくる部分、制御係数演算部104がFz
を作つて、状態変数推定演算部103にフイード
バツクする部分である。方位誤差修正信号φ′は、 φ′=Z+Ly =Z(2)+L(2) ……(9) で求めることが出来、これを推定方位誤差演算部
106で行うと共に、その出力φ′を方位発信部1
07に、船首方位C′と共に入力し、正しい船首方
位Cを出力する。
尚、以上の説明においては、本発明を第2図に
示す最もシンプルな垂直軸ダンピング方式をとつ
ているスペリー式ジヤイロコンパスについて記述
したが、本発明は、その他、いわゆる積分トルク
を水平軸まわりに加え、緯度誤差をなくした方式
や、水平軸ダンピング方式のジヤイロコンパスに
も、直ちに応用することが可能で、要は、スピン
軸の水平面に対する傾斜角θに対応した信号を出
力するタイプのジヤイロコンパスには、全て適用
可能である。
示す最もシンプルな垂直軸ダンピング方式をとつ
ているスペリー式ジヤイロコンパスについて記述
したが、本発明は、その他、いわゆる積分トルク
を水平軸まわりに加え、緯度誤差をなくした方式
や、水平軸ダンピング方式のジヤイロコンパスに
も、直ちに応用することが可能で、要は、スピン
軸の水平面に対する傾斜角θに対応した信号を出
力するタイプのジヤイロコンパスには、全て適用
可能である。
又、第2図のダンピングオイル7の比重及び粘
性が温度で変化すると、第6図に示した指北定数
K及び南北時定数τGが変化し、誤差修正装置90
のシステムマトリツクスAとの間に差が出来る
と、方位の推定に誤差を生じ、正しい誤差修正が
出来なくなる。
性が温度で変化すると、第6図に示した指北定数
K及び南北時定数τGが変化し、誤差修正装置90
のシステムマトリツクスAとの間に差が出来る
と、方位の推定に誤差を生じ、正しい誤差修正が
出来なくなる。
これを補うためのジヤイロコンパス内に温度検
出素子を挿入し、その信号Tを第1図の誤差修正
装置90内の観測値入力演算部105及び状態変
数推定演算部103に入力し、システムマトリツ
クスAの修正値を補正することにより、温度変化
の影響をとり除くことができる。
出素子を挿入し、その信号Tを第1図の誤差修正
装置90内の観測値入力演算部105及び状態変
数推定演算部103に入力し、システムマトリツ
クスAの修正値を補正することにより、温度変化
の影響をとり除くことができる。
ジヤイロコンパスのスピン軸の傾斜角に対応し
た南北傾斜信号及び船の速度に比例したログ信号
を入力とする誤差修正装置を設け、この中でジヤ
イロコンパスの加速度誤差、速度誤差を推定演算
すると共に、この方位推定誤差を方位発信器の船
首方位信号に加算して出力するようにしたことに
より、地球上の極附近を除くいかなる緯度におい
ても船舶の運動に起因するジヤイロコンパスの誤
差を修正することができ、ジヤイロコンパス本体
に如何なる機構的な改造を加えることなく、高性
能なジヤイロコンパスを得ることが出来る。
た南北傾斜信号及び船の速度に比例したログ信号
を入力とする誤差修正装置を設け、この中でジヤ
イロコンパスの加速度誤差、速度誤差を推定演算
すると共に、この方位推定誤差を方位発信器の船
首方位信号に加算して出力するようにしたことに
より、地球上の極附近を除くいかなる緯度におい
ても船舶の運動に起因するジヤイロコンパスの誤
差を修正することができ、ジヤイロコンパス本体
に如何なる機構的な改造を加えることなく、高性
能なジヤイロコンパスを得ることが出来る。
又、温度変化により指北定数Kや南北時定数τG
の変動に起因する方位推定誤差の発生を、コンパ
スの機構部内に温度センサーを設け、この出力温
度信号によつて、誤差修正装置内のシステムマト
リツクスAの値を補正するようにしたことによ
り、温度変化による補正誤差の発生をなくするこ
とができる。
の変動に起因する方位推定誤差の発生を、コンパ
スの機構部内に温度センサーを設け、この出力温
度信号によつて、誤差修正装置内のシステムマト
リツクスAの値を補正するようにしたことによ
り、温度変化による補正誤差の発生をなくするこ
とができる。
第1図は本発明の一実施例のブロツク図、第2
図は本発明が適用されるジヤイロコンパスの一例
の一部切欠略線図、第3図はその変位検出装置の
一例の略線図、第4図及び第5図は夫々その追従
系の略線図、第6図はその原理の説明図、第7図
はその制振装置の一例の説明に供する略線図、第
8図はジヤイロコンパスの運動を示すブロツク
図、第9図は航行体の運動によるジヤイロコンパ
スの誤差の説明に供するグラフである。 図において、1はジヤイロケース、28は方位
発信器、90は誤差修正装置、100は南北速度
演算部、101は加速度演算部、102は外乱入
力演算部、103は状態変数推定演算部、104
は制御係数演算部、105は観測値入力演算部、
106は推定方位誤差演算部、107は方位発信
部をそれぞれ示す。
図は本発明が適用されるジヤイロコンパスの一例
の一部切欠略線図、第3図はその変位検出装置の
一例の略線図、第4図及び第5図は夫々その追従
系の略線図、第6図はその原理の説明図、第7図
はその制振装置の一例の説明に供する略線図、第
8図はジヤイロコンパスの運動を示すブロツク
図、第9図は航行体の運動によるジヤイロコンパ
スの誤差の説明に供するグラフである。 図において、1はジヤイロケース、28は方位
発信器、90は誤差修正装置、100は南北速度
演算部、101は加速度演算部、102は外乱入
力演算部、103は状態変数推定演算部、104
は制御係数演算部、105は観測値入力演算部、
106は推定方位誤差演算部、107は方位発信
部をそれぞれ示す。
Claims (1)
- 1 スピン軸を略々水平にしたジヤイロを内蔵す
るジヤイロケースと、該ジヤイロケースを3軸の
自由度をもつて支持する支持装置と、上記ジヤイ
ロケースに上記スピン軸の水平面の傾斜に比例し
たトルクを加える指北装置と、上記ジヤイロケー
スの上記スピン軸の水平面に対する傾斜に対応す
る信号を電気的な傾斜角信号に変換する傾斜変換
器と、航行体に対する上記スピン軸の方位を発信
する方位発信器とからなるジヤイロコンパスに対
し、上記傾斜変換器の傾斜角信号と航行体の速度
信号とを入力とする誤差修正装置を設け、航行体
の運動に起因する方位誤差を推定すると共に、該
推定方位誤差により上記方位発信器の出力の誤差
を修正するようになしたことを特徴とするジヤイ
ロコンパスの誤差修正装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30308586A JPS63154914A (ja) | 1986-12-19 | 1986-12-19 | ジヤイロコンパスの誤差修正装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30308586A JPS63154914A (ja) | 1986-12-19 | 1986-12-19 | ジヤイロコンパスの誤差修正装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63154914A JPS63154914A (ja) | 1988-06-28 |
JPH0378567B2 true JPH0378567B2 (ja) | 1991-12-16 |
Family
ID=17916708
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30308586A Granted JPS63154914A (ja) | 1986-12-19 | 1986-12-19 | ジヤイロコンパスの誤差修正装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63154914A (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104819713B (zh) * | 2015-05-12 | 2017-09-08 | 无锡慧联信息科技有限公司 | 光纤陀螺测斜仪的温度补偿方法 |
-
1986
- 1986-12-19 JP JP30308586A patent/JPS63154914A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS63154914A (ja) | 1988-06-28 |
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