JPH067054B2 - Gyro compass - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、航行体の真北に対する方位を検出するジャイ
ロコンパスの改良に関し、特に、加速度誤差修正装置を
有するジャイロコンパスに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in a gyro compass that detects the azimuth of a navigation vehicle with respect to true north, and more particularly to a gyro compass having an acceleration error correction device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来のジャイロ装置の一例を、日本特許第885731号を例
に挙げて説明する。An example of a conventional gyro device will be described by taking Japanese Patent No. 885731 as an example.

第２図はその概略を示す。同図において、(1)はその内
部に高速にて回転するジャイロロータを内蔵するジャイ
ロケースで、これは液密構造となされている。(2)はジ
ャイロケース(1)を包囲するタンクの如き容器、(3)はジ
ャイロケース(1)を支持する懸吊線で、その上端をタン
ク(2)に、下端をジャイロケース(1)に夫々固定する。(4
N)，(4S)及び(5N)，(5S)は夫々無接触偏位検出装置(6)
のそれぞれ１次側及び２次側で、１次側(4N)，(4S)は例
えばジャイロケース(1)の表面で、ジャイロのスピン軸
の延長との交点（即ちジャイロの北及び南側）に夫々取
りつける。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りつける。(7)は高粘性
のダンピングオイルの如き液体で、これをタンク(2)内
に充填する。タンク(2)の赤道上の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、これを水平環(12)に取りつけ
る。一方の水平軸(8)に水平歯車(9)を取付け、これをサ
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)，(1
3′)と直交する位置に、ジンバル軸(14)，(14′)を夫々
取付け、これ等を追従環(16)の対応する位置に取付けた
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、これ
等の遊端部を、盤器(24)の対応せる位置に設けた追従軸
々受(25)，(25′)に回動的に嵌合する。方位歯車(21)を
一方の追従軸(17)に取りつける。(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、これは方位歯車(21)と噛合する。(2
2)はコンパスカードで、これを追従軸(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。FIG. 2 shows its outline. In the figure, (1) is a gyro case having a built-in gyro rotor that rotates at high speed, and has a liquid-tight structure. (2) is a container such as a tank that surrounds the gyro case (1), (3) is a suspension wire that supports the gyro case (1), the upper end of which is the tank (2) and the lower end of which is the gyro case (1). Fix each one. (Four
N), (4S) and (5N), (5S) are non-contact deviation detectors (6)
In the primary side and the secondary side, respectively, the primary side (4N), (4S) is the surface of the gyro case (1), for example, at the intersections with the extension of the gyro spin axis (that is, the north and south sides of the gyro). Install each one. On the other hand, the secondary side (5N), (5S) is the primary side of the tank (2)
Mount at the corresponding positions of (4N) and (4S). (7) is a liquid such as highly viscous damping oil, which is filled in the tank (2). Attach one end of a pair of horizontal axes (8) and (8 ') at a position (east-west) orthogonal to the spin axis on the equator of the tank (2), and attach the other ends of them to the horizontal ring (12). The bearings (13) and (13 ') provided at the positions are rotationally fitted. (10) is a servo motor for horizontal tracking, which is attached to the horizontal ring (12). A horizontal gear (9) is attached to one of the horizontal shafts (8), and this is engaged with a horizontal pinion (11) attached to the rotary shaft of the servomotor (10). The horizontal bearings (13), (1) of the horizontal ring (12)
Gimbal shafts (14) and (14 ') are attached at positions orthogonal to 3') and gimbal shaft receivers (15) and (15 ') are attached to the corresponding positions of the follower ring (16). Are fitted to each other rotationally.
The follower shafts (17) and (17 ') are attached to the upper and lower sides of the follower ring (16), and the free end portions of these follower shaft receivers (25) and (25) are provided at positions corresponding to the board device (24). 25 ') Pivotally fit. Attach the compass wheel (21) to one follower shaft (17). Reference numeral (19) is an azimuth following servomotor attached to the panel device (24), and (20) is an azimuth pinion attached to its rotation shaft, which meshes with the azimuth gear (21). (2
2) is a compass card, which is attached to the follower shaft (17 '). (23) is the compass card (22) on the upper surface of the board (24)
With the base plate installed so as to correspond to the above, the course of the navigation body equipped with this instrument is read by the base line (26) and the compass card (22) drawn in the center.

次に、上述の無接触変位検出装置(6)の一具体例を第３
図及び第４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。同図に於て(4N)は１次
側コイルで、その巻線はジャイロのスピン軸に直交する
平面内にあり、通常ジャイロ電源(PS)と共用の交流で励
磁され、破線を矢印（ａ_１），（ａ_１）にて示す交番磁
場を作る。２次側コイル(5N)は４個の矩形コイル(5N
W)，(5NE)，(5NU)，(5NL)より成り、一対のコイル(5N
W)，(5NE)は横方向に並列に配置され、他方のコイル対
(5NL)，(5NU)は上下方向に並べられ、巻き始め及びコイ
ル対(5NW)，(5NE)のコイル対(5NU)，(5NL)の巻き始めを
互に接続する。今、１次側コイル(4N)（即ちジャイロケ
ース）が２次側コイル(5N)（即ちタンク）の中心に位置
している場合を考えると、各４個のコイル(5NW)，(5N
E)，(5NU)，(5NL)中を１次コイル(4N)による磁束が貫通
するので、これに対応して４個の各コイルに電圧が誘起
されるが、これ等コイルは、上述の如く２個づつ差動的
に接続されているので、その出力端子(2-1)及び(2-2)に
は何等電圧の発生はない。ここで、例えば１次コイル(4
N)が東方（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。Next, a specific example of the non-contact displacement detection device (6) described above
This will be described with reference to FIGS. Figure 3 shows a set of N (north) sides. In the figure, (4N) is a primary side coil, the winding of which is in a plane orthogonal to the spin axis of the gyro, and is normally excited by an alternating current shared with the gyro power supply (PS), and a broken line indicates an arrow (a). ₁ ), an alternating magnetic field shown by (a ₁ ) is created. The secondary coil (5N) has four rectangular coils (5N
W), (5NE), (5NU), (5NL), a pair of coils (5N
W) and (5NE) are arranged in parallel in the lateral direction, and the other coil pair
(5NL) and (5NU) are arranged vertically, and the winding start and the coil pairs (5NW) and (5NE) of the coil pair (5NW) and (5NE) are connected to each other. Considering now the case where the primary coil (4N) (that is, gyro case) is located at the center of the secondary coil (5N) (that is, tank), four coils (5NW), (5NW)
Since the magnetic flux from the primary coil (4N) penetrates through E), (5NU), and (5NL), a voltage is induced in each of the four coils correspondingly. Since the two terminals are differentially connected as described above, no voltage is generated at the output terminals (2-1) and (2-2). Here, for example, the primary coil (4
Considering the case where N) is biased to the east (E in the figure), the coil
Since the magnetic flux penetrating the (5NE) increases and the magnetic flux penetrating the coil (5NW) decreases, a voltage is generated at the output terminal (2-1).

一方、１次コイル(4N)が西方（同図Ｗ）に偏倚した場合
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(5N
U)，(5NL)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。一方、同様にし
て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(5NW)，(5NE)の出力端子(2-1)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)の夫々に発生する電圧に差が生じ、こ
れによって、端子(2-2)に出力電圧が発生する。即ち、
第３図の構造によってジャイロケース(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。On the other hand, when the primary coil (4N) is biased to the west (W in the figure), the induced voltage of the coil (5NW) increases and the induced voltage of the coil (5NE) decreases, which is the reverse of the previous one. A voltage of opposite phase to that in the case of being generated is generated at the terminal (2-1). In this case, the coil (5N
Since U) and (5NL) are arranged vertically, no voltage is generated at the output terminal (2-2). On the other hand, in the same way, for the vertical displacement of the primary coil (4N), no voltage is generated at the output terminals (2-1) of the coils (5NW) and (5NE) arranged in the horizontal direction. However, there is a difference in the voltage generated between the coils (5NL) and (5NU) arranged in the vertical direction, which causes an output voltage at the terminal (2-2). That is,
With the structure shown in FIG. 3, it is possible to detect the displacement in the east-west direction and the vertical direction with respect to the tank (2) at the N end of the gyro case (1).

第４図は東西方向の検出装置のみを示したもので、ジャ
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(4S)，(5SE)，(5SW)も、ジャイロケー
ス(1)が東方に変位した時に、コイル(5SE)を通る磁束が
増加し、(5SW)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、端子(2-1)の発生電圧のそれと
等しくなされている。又、第４図に示す様にコイル(5S
E)，(5SW)及び(NE)，(5NW)が、更に差動的に結線されて
いるが為に、ジャイロケース(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、ジャ
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、又は介さずに、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、上記垂直軸まわりの角変位がゼ
ロとなる様に制御される。即ち、ジャイロケース(1)が
如何なる方位をとろうとも、このサーボ系によって、懸
吊線(3)には、捩りが全く生ぜず、これよりジャイロに
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、船舶の速度或い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、ジャ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。FIG. 4 shows only the detection device in the east-west direction, and is a layout view of the gyro case (1) as viewed from above. That is, S
The side displacement detectors (4S), (5SE), (5SW) also increase the magnetic flux passing through the coil (5SE) when the gyro case (1) is displaced to the east, and (5SW) decreases A voltage is induced in (3-1), and the phase of this voltage is made equal to that of the voltage generated at terminal (2-1). Also, as shown in Fig. 4, the coil (5S
Since E), (5SW) and (NE), (5NW) are further differentially connected, the terminal (3-2) is connected to the east-west displacement of the gyro case (1). There is no generated voltage at all, but when the gyro case (1) undergoes angular displacement around the vertical axis 0 (perpendicular to the drawing), the terminal (3-2) has a phase of 180 ° depending on the direction of rotation. An inverted output voltage is generated. This output voltage is applied to the control winding of the azimuth servomotor (19) with or without the servo amplifier (30). The rotation of the servo motor (19) is performed by the azimuth pinion (20), the azimuth gear (21),
It is transmitted to the tank (2) through the follower ring (16) and the horizontal ring (12), and the tank (2) is controlled so that the angular displacement around the vertical axis becomes zero. That is, no matter what orientation the gyro case (1) takes, this servo system does not cause any twist in the suspension line (3), and thus any disturbance torque is applied to the gyro with respect to the vertical axis. It will not be done. In FIG. 4, (3-3) is a signal generator for error correction, which generates a voltage corresponding to the speed or latitude of the ship and shifts the tracking of the azimuth tracking system so that the suspension line (3) is Torque is applied around the vertical axis of the gyro to correct the error.

第５図は、水平追従系を示したもので、２次コイル(5N)
及び(5S)のコイル部(5NU)，(5NL)及び(5SU)，(5SL)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、ジャイロケース(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
電圧が発生しないが、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(3
1)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。Fig. 5 shows the horizontal tracking system, which is a secondary coil (5N).
And the coil parts (5NU), (5NL) and (5SU), (5SL) of (5S) are
Since the wires are differentially connected as described above, the terminals (4-1) of the coils (5NU) and (5NL) can be translated vertically with respect to the tank (2) of the gyro case (1). On the other hand, no output voltage is generated, but for angular movement around the horizontal axis, a voltage is generated at terminal (4-1), which is the servo amplifier (3
It is applied to the control winding of the horizontal tracking servomotor (10) with or without 1). The rotation of the horizontal follow-up servomotor (10) rotates the tank (2) via the horizontal pinion (11) and the horizontal gear (9) to make the angular displacement of the tank (2) zero.

第６図は、タンク(2)以内を略線的に示したもので、ジ
ャイロケース(1)内のジャイロのスピン軸が、水平面
（Ｈ−Ｈ′）に対して、その指北端（Ａ）側が、θだけ
上昇している場合である。こゝで、ジャイロケース(1)
の重心（Ｏ_１）、懸吊線(3)とジャイロケース(1)との結
合点を（Ｑ）、懸吊線(3)とタンク(2)との結合点を
（Ｐ）、タンク(2)の中心（Ｏ_２）とし、ジャイロケー
ス(1)内のロータのスピン軸が水平（θ＝０）の時、
（Ｏ_２）と（Ｏ_１）とは一致しているものとする。又、
（Ａ）を指北端、（Ｂ）をこれと１８０°ずれたジャイ
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。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)に対するジャイ
ロケース(1)の軸方向移動量ξ（Ｏ_２〜Ｏ_１）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。FIG. 6 is a schematic diagram showing the inside of the tank (2), in which the spin axis of the gyro in the gyro case (1) is at the north end (A) of the finger with respect to the horizontal plane (H-H '). This is the case when the side is raised by θ. Here, gyro case (1)
Center of gravity (O ₁ ), the connection point between the suspension line (3) and the gyro case (1) (Q), the connection point between the suspension line (3) and the tank (2) (P), the tank (2) The center (O ₂ ) of the rotor and the spin axis of the rotor in the gyro case (1) is horizontal (θ = 0),
It is assumed that (O ₂ ) and (O ₁ ) match each other. or,
(A) is the north end of the finger, (B) is the point on the gyro case (1) that is 180 ° offset from it, and (A ') and (B') are the tanks (2) corresponding to (A) and (B). ). Since the suspension line (3) actually has a bending rigidity and thus exhibits a bending curve as shown by the dotted line in the figure, the axial movement amount ξ (O _{2 to} O of the gyro case (1) with respect to the tank (2) is ₁ ) should be slightly reduced, but in a practical design, this effect is extremely small, and the suspension line (3) will be described as being completely flexible here.

前述の如く、サーボ系の作用でタンク(2)上の点
（Ａ′），（Ｂ′）と、ジャイロケース(1)上の点
（Ａ），（Ｂ）とは、常に一致せしめられているので、
タンク(2)もジャイロケース(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、ジャイロケース(1)のスピン軸方向に
は、何等外力が作用していないので、懸吊線(3)は鉛直
線に一致する。懸吊線(3)の張力をＴとし、ジャイロケ
ース(1)のダンパー液(7)による浮力を除いた残留重量を
ｍとすれば、張力Ｔが点（Ｏ_１）のまわりに Ｍ＝Tr sin^θ＝mgr sinθ≒Ｋθ なるモーメントンＭを作り、これがジャイロのトルクと
して、その水平軸（Ｏ_１を通って紙面に直角）のまわり
に加わることになる。ここでｒは、同図に示す如くジャ
イロケース(1)の重心（Ｏ_１）と、懸吊線(3)とジャイロ
ケース(1)との結合点（Ｑ）との間の距離、又ｇは重力
加速度を表す。即ち、この方法によっても従来用いられ
ているジャ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ャイロの水平軸の
まわりに加える」ことが出来るが故に、距離ｒ、残留質
量mg及びジャイロの角運動量を測定して、その指北運動
の周期を数十分乃至百数十分とすることで、ジャイロコ
ンパスを得ることが出来る。実際は、懸吊線(3)の曲げ
剛性の為に、上記ｒが（Ｏ_１），（Ｑ）間の実寸法よ
り、ごくわずか長くなったことと等価になる。こゝで、
mgr＝ＫとおいたときのＫをジャイロコンパスの指北定
数と呼んでいる。As described above, the points (A ') and (B') on the tank (2) and the points (A) and (B) on the gyro case (1) are always matched by the action of the servo system. Because
Like the gyro case (1), the tank (2) is also inclined by θ with respect to the horizontal plane (H-H '). Now, assuming that there is no external acceleration, the suspension line (3) coincides with the vertical line because no external force acts on the gyro case (1) in the spin axis direction. Assuming that the tension of the suspension line (3) is T and the residual weight excluding the buoyancy of the damper liquid (7) of the gyro case (1) is m, the tension T is around the point (O ₁ ) and M = Tr sin ^A momenton M of ^θ = mgr sin θ≈Kθ is created, and this is applied as a gyro torque around its horizontal axis (a right angle to the paper surface through O ₁ ). Here, r is the distance between the center of gravity (O ₁ ) of the gyro case (1) and the connecting point (Q) of the suspension line (3) and the gyro case (1), or g is Represents gravitational acceleration. In other words, even with this method, "a torque proportional to the inclination of the spin axis with respect to the horizontal plane can be applied around the horizontal axis of the gyro" just like a conventionally used gyro compass, so that the distance r and the residual mass mg Also, the gyro compass can be obtained by measuring the angular momentum of the gyro and setting the period of the finger north movement to several tens to several hundreds. Actually, it is equivalent to that the above r is slightly longer than the actual dimension between (O ₁ ) and (Q) due to the bending rigidity of the suspension line (3). Here,
K when mgr = K is called the gyro compass finger north constant.

次に、上述の如き構成のジャイロコンパスに使用して効
果的なジャイロコンパス用制振装置の基本は、多くのジ
ャイロコンパスに利用されている「ジャイロのスピン軸
の水平面に対する傾斜に比例したトルクをジャイロの垂
直軸のまわりに加える」という原理である。第２図乃至
第５図に関して説明した様な構成のジャイロコンパスの
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ってジャイ
ロケース(1)内のジャイロと同一の角θだけ傾斜し、ジ
ャイロケース(1)は懸吊線(3)が鉛直線と一致するまで
（Ｂ′）の方向にＯ_１−Ｏ_２＝ξだけ移動して静止す
る。即ち、ジャイロ傾斜角θと、ジャイロケース(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。よって、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。Next, the basics of the vibration damping device for a gyro compass that is effectively used in the gyro compass having the above-described configuration are that "a torque proportional to the inclination of the gyro spin axis with respect to the horizontal plane is used in many gyro compasses. The principle is to add around the vertical axis of the gyro. " When the spin axis of the gyro compass having the structure described with reference to FIGS. 2 to 5 is tilted by θ with respect to the horizontal plane (H-H ′), the tank (2) is also operated by the horizontal follow-up system to operate the gyro case. Inclined by the same angle θ as the gyro in (1), the gyro case (1) moves in the direction of (B ′) by O ₁ −O ₂ = ξ until the suspension line (3) coincides with the vertical line. Stand still. That is, the gyro inclination angle θ and the movement amount ξ of the gyro case (1) in the spin axis direction with respect to the tank (2) are in a completely proportional relationship. Therefore, by electrically detecting this movement amount ξ, biasing the tracking position of the vertical tracking system corresponding to this detection amount, and twisting the suspension line (3), it is possible to give a desired damping action. I can.

扨て、第７図は上述の原理を実施する具体例の一つであ
って、無接触変位検出装置(6)の２次側コイル(5N)，(5
S)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、二対のコイル(5NE)，(5NW)及び(5S
E)，(5SW)と平行になる如く、これ等コイル(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(4-1)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)とジャイロケース(1)とは偏角をもつこ
とになる。よって、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、ジャイロスピ
ン軸の傾斜θに比例しており、ジャイロに制振作用を与
えることができる。傾斜θに対するトルク定数をμと書
き、ダンピング定数と呼んでいる。Incidentally, FIG. 7 is one of the specific examples for carrying out the above-mentioned principle, and the secondary side coils (5N), (5
Two coils (14-2) and (14-3) are respectively provided on the north and south sides of (S) to form two pairs of coils (5NE), (5NW) and (5S).
These are coils (14-2), (14) so that they are parallel to E) and (5SW).
-3) is additionally installed and these are connected differentially, then the output terminals (4-1) of the coils (14-2) and (14-3) are connected to the signal terminals (3- Servo amplifier (30) after additive connection with 2)
To the control winding of the azimuth servo motor (19). In this case, only the signal voltage of the terminal (14-1) proportional to ξ,
The vertical tracking system causes a servo error, and the tank (2) and the gyro case (1) have a declination by the signal of the terminal (14-1). Therefore, the suspension line (3) is twisted in proportion to ξ,
Since this torsional torque is proportional to ξ, it is also proportional to the inclination θ of the gyro spin axis, and a vibration damping action can be given to the gyro. The torque constant with respect to the inclination θ is written as μ and is called a damping constant.

一方、上述したダンピング方式（垂直軸ダンピング方
式）は、周知の如く、緯度の正接に比例した方位誤差
（緯度誤差）を有することが知られており、上記ジャイ
ロコンパスでは、日本特許第961333号に示す如く、 の形の第１のフィルターを上記ダンピング系に挿入する
ことにより、緯度誤差がなく、且つジャイロ球の南北ア
ンバランスの変化もジャイロ精度へ影響しないようにな
されている。On the other hand, as is well known, the damping method (vertical axis damping method) described above is known to have an azimuth error (latitude error) proportional to the tangent of latitude, and in the gyro compass described in Japanese Patent No. 961333. As shown, By inserting a first filter of the form (3) into the damping system, there is no latitude error and changes in the north-south unbalance of the gyrosphere do not affect the gyro accuracy.

上述した制御系を有するジャイロコンパスの運動をブロ
ック図に表したものを第１図に示す。ジャイロコンパス
を搭載した航行体の南北方向加速度 に、ジャイロスピン軸の傾斜θを加算したものがジャイ
ロ球（ジャイロケース）(1)の南北方向運動の加速力と
なる。タンク(2)には高性能のダンピングオイル(7)が充
填されているため、この運動は同図に示した如く、時定
数τ_Ｇをもつ一次遅れ系(51)で近似してある。又、その
出力はタンク(2)に対するジャイロ球の変位ξそのもの
でなく、これを懸吊線(3)の長さｌで割った で表してある。FIG. 1 shows a block diagram of the motion of the gyro compass having the above-mentioned control system. Acceleration in the north-south direction of a navigation vehicle equipped with a gyro compass The sum of the tilt angle θ of the gyro spin axis is the acceleration force of the north-south movement of the gyrosphere (gyro case) (1). Since the tank (2) is filled with high-performance damping oil (7), this motion is approximated by a first-order lag system (51) having a time constant τ _G as shown in the figure. Further, the output is not the displacement ξ of the gyrosphere with respect to the tank (2) itself, but this is divided by the length l of the suspension line (3). It is represented by.

に指北定数Ｋを乗じた指北トルク がジャイロ球の水平軸に作用し、これをジャイロの角運
動量Ｈで割った(52)角速度(52′)が地球の回転角速度の
垂直成分Ωsinψ（ψはその地点の緯度）(53)と共にジ
ャイロを垂直軸(54)まわりに運動させ、方位角（誤差）
φも生ぜしめる。 Finger north torque multiplied by the finger north constant K Acts on the horizontal axis of the gyrosphere, and divides this by the angular momentum H of the gyro (52) The angular velocity (52 ') is the vertical component of the earth's rotational angular velocity Ωsinψ (ψ is the latitude at that point) (53) Azimuth (error)
It also produces φ.

一方、方位角φに地球の自転角速度の水平成分を乗じた
角速度Ωcosψ(55)、航行体の南北速度Ｖ_Ｎを地球の半
径Ｒで割った角速度Ｖ_Ｎ／Ｒを作る一方、 を第１のフィルター(57)を通した信号λにダンピング定
数μを乗じたダンピングトルクμ，λをＨで割った(58)
角速度(58′)がジャイロ(56)に作用し、ジャイロスピン
軸の傾斜θを生ぜしめる。この中で、ジャイロコンパス
の指北運動の基本となる項はφΩcosψで、地球の自転
角速度Ωcosψと方位誤差φとの積が、ジャイロスピン
軸に傾斜θを生ぜしめ、これが、ジャイロ球の南北運動
を介して、 なる指北トルクとして、ジャイロの水平軸まわりにトル
クを与え、方位誤差φを減少させることにより、真北を
指示させることが出来る。On the other hand, the angular velocity Ωcosψ (55) multiplied by the horizontal component of the earth's rotation angular velocity azimuth phi, a north-south velocity V _N of the navigation body while making the angular velocity V _{N /} R divided by the radius R of the earth, Is divided by the damping torque μ, λ obtained by multiplying the signal λ passed through the first filter (57) by the damping constant μ (58)
The angular velocity (58 ') acts on the gyro (56), and causes the inclination θ of the gyro spin axis. Among them, the basic term of the finger north movement of the gyro compass is φΩcosψ, and the product of the rotation angular velocity Ωcosψ of the earth and the azimuth error φ produces the inclination θ on the gyro spin axis, which is the north-south movement of the gyrosphere. Through As the finger north torque, a true north can be instructed by applying a torque around the horizontal axis of the gyro and reducing the bearing error φ.

所で、同図に示した如く、傾斜θのほかに、航行体の南
北加速度 によっても、ジャイロスピン軸はトルクを受け、真北か
ら偏倚させられる。この誤差は加速度誤差と呼ばれ、上
述のジャイロコンパスはもとより、一般のジャイロコン
パスに於ても、この誤差の値を、航行体の南北速度Ｖ_Ｎ
によって生ずる速度誤差と一致させることにより、加速
度誤差を消去するように設計されているのが普通であ
る。この加速度誤差と速度誤差とを一致させる条件は、
シューラー同調（シューラーチューニング）と呼ばれて
おり、ジャイロコンパスの指北周期を、地球半径を有す
る単振子の周期(84.4分)に等しく選ぶことと等価にな
る。As shown in the figure, in addition to the inclination θ, the north-south acceleration of the navigation vehicle The gyro spin axis also receives torque and is offset from true north. This error is called an acceleration error, and the value of this error is used not only in the above-mentioned gyro compass but also in a general gyro compass to determine the north-south velocity V _{N of the} navigation vehicle.
It is usually designed to eliminate acceleration errors by matching the velocity errors caused by. The conditions for matching this acceleration error and velocity error are:
It is called Schuler tuning, and is equivalent to choosing the finger north cycle of the gyro compass equal to the cycle (84.4 minutes) of a simple pendulum with a radius of the earth.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、上述した従来のジャイロコンパスでは、
ジャイロコンパの指北周期が約84分と長いため、起動か
ら使用状態になるまでの時間（起動時間）が極めて長く
なり、船舶等の長期間使用の場合は別として、陸上航行
体のように差動時間が短い場合には、ジャイロコンパス
を前もってスイッチオンする等の特別の操作を考慮しな
いと使用が出来ないという欠点があった。However, in the above-mentioned conventional gyro compass,
Since the gyro compa's finger north cycle is as long as about 84 minutes, the time from startup to the state of use (start-up time) is extremely long, except for long-term use of ships such as land-based vehicles. When the differential time is short, there is a drawback that the gyro compass cannot be used unless special operation such as switching on the gyrocompass in advance is taken into consideration.

〔問題点と解決するための手段〕[Problems and means for solving them]

本発明は以上述べた従来のジャイロコンパスの欠点を一
掃した新規なジャイロコンパスを提供せんとするもので
あり、これは、略水平なスピン軸を有するジャイロ、該
ジャイロのスピン軸の水平面に対する傾斜に対応したト
ルクを上記ジャイロの水平軸のまわりに加える指北装
置、上記スピン軸の水平面に対する傾斜角に対応した信
号を出力する傾斜ピックオフよりなるジャイロ装置にお
いて、南北成分演算器(61)、微分器(62)、ジャイロ球シ
ミュレータ(63)、比較器(64)、方位誤差演算器(65)を続
け、航行体の速度に対応した信号を上記南北成分演算
器、微分器、ジャイロ球シミュレータを通した後、上記
比較器において上記傾斜ピックオフの出力と比較した
後、その出力を上記方位誤差演算器に供給し、これによ
り方位誤差を演算し、この結果を方位発信器の出力に加
算するようにしたジャイロコンパスである。The present invention provides a novel gyro compass that eliminates the above-mentioned drawbacks of the conventional gyro compass, which is a gyro having a substantially horizontal spin axis and an inclination of the gyro spin axis with respect to a horizontal plane. A finger north device that applies a corresponding torque around the horizontal axis of the gyro, and a gyro device that includes a tilt pickoff that outputs a signal corresponding to the tilt angle of the spin axis with respect to the horizontal plane. (62), gyrosphere simulator (63), comparator (64), heading error calculator (65) continue, and the signal corresponding to the speed of the navigation vehicle is passed through the north-south component calculator, differentiator and gyrosphere simulator. After that, after comparing with the output of the tilt pickoff in the comparator, the output is supplied to the azimuth error calculator, thereby calculating the azimuth error. A gyrocompass which is adapted to add the output of the azimuth transmitter.

〔作用〕[Action]

上述の本発明によるジャイロコンパスに於ては、航行体
の速度出力 を微分器(62)で微分した をジャイロ球シミュレータ(63)に供給し、その出力 とジャイロ球(1)のタンク(2)に対する南北方向の出力 とを比較器(64)で比較し、その出力を方位誤差演算器(6
5)を通して方位誤差 を得、これを方位発信器の出力に加算して、正しい方位
を得るものである。In the gyro compass according to the present invention described above, the speed output of the navigation body Was differentiated by differentiator (62) To the gyrosphere simulator (63) and output And north-south output of the gyrosphere (1) to the tank (2) Is compared with the comparator (64), and the output is compared with the bearing error calculator (6
Azimuth error through 5) And add this to the output of the azimuth transmitter to obtain the correct azimuth.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を第１図を参照して説明する。
第１図の破線ブロック（Ａ）内が本発明の加速度誤差修
正器の一実施例である。図示せずも航行体の速度センサ
ー(60)の出力 を、南北成分演算器(61)を通して、南北方向の速度成分 を作った後、これを微分器(62)を通して ／ｇを得、これを加算器(67)に入力する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
The inside of the broken line block (A) of FIG. 1 is an embodiment of the acceleration error corrector of the present invention. The output of the speed sensor (60) of the navigation vehicle (not shown) Through the north-south component calculator (61) to the north-south velocity component After making, through this differentiator (62) / G is obtained and is input to the adder (67).

一方、南北成分演算器(61)の出力 を、係数器(69)を通して を作り、これ及び第１のフィルター(57)の出力λを係数
器(70)を通したものを加算器(68)にて加算した後、ジャ
イロ演算器(66)を通して上記加算器(67)に入力する。こ
の加算器(67)の出力をジャイロ球シミュレータ(63)を通
し、その出力 をジャイロ本体側のジャイロ球(1)のタンク(2)に対する
南北方向変位信号 と比較器(64)にて減算た後、その減算出力を方位誤差演
算器(65)にて演算して方位誤差 を得、この値を図示せずも方位発信器の値に加算して正
しい方位を外部に発信する。On the other hand, the output of the north-south component calculator (61) Through the coefficient unit (69) And the output λ of the first filter (57) passed through the coefficient unit (70) are added by the adder (68), and then the adder (67) is passed through the gyro calculator (66). To enter. The output of this adder (67) is passed through the gyrosphere simulator (63), and its output The north-south displacement signal for the tank (2) of the gyrosphere (1) on the gyro body side. And the comparator (64) subtracts the subtraction output from the azimuth error calculator (65) to calculate the azimuth error. This value is added to the value of the azimuth transmitter (not shown) to transmit the correct azimuth to the outside.

本発明の基本原理は、第１図に示したように、方位誤差
φがあると、地球自転の水平成分Ωcosφ及びジャイロ
球の水平軸まわりのジャイロ作用ｌ／Ｓにより、ジャイ
ロスピン軸の傾斜θが生じ、これがジャイロ球の伝達関
数系(51)を介して、南北方向の変位 が発生するため、逆に から方位誤差φを求めようとするものである。The basic principle of the present invention is that, as shown in FIG. 1, when there is an azimuth error φ, the inclination θ of the gyro spin axis is caused by the horizontal component Ω cos φ of the earth's rotation and the gyroscopic action 1 / S about the horizontal axis of the gyrosphere. Occurs through the transfer function system (51) of the gyrosphere, On the contrary, From the azimuth error φ.

即ち、ジャイロ球の南北方向変位 に方位誤差φに対する伝達関数Ωcosλ／（τ_ＧＳ^２＋
Ｓ）の逆数を掛けることにより、方位誤差φを求めるこ
とができる。That is, the north-south displacement of the gyrosphere To azimuth error φ transfer function Ω cos λ / (τ _G S ² +
The azimuth error φ can be obtained by multiplying the reciprocal of S).

しかしながら南北方向の変位 の中には、南北方向加速度 による影響等が存在するため、これ等の に対する外乱影響を外部の演算器で演算して、実際の南
北変化 から差し引いて純粋に方向誤差φによるものだけを取り
出した後、方位誤差演算器(65)にて、方位誤差 を演算出力するようになしたものである。However, north-south displacement Some north-south acceleration Because there is an influence etc. due to The influence of disturbance on the After subtracting from the pure directional error φ, only the directional error φ is extracted by the azimuth error calculator (65). Is calculated and output.

南北方向加速度 ／ｇがジャイロ球に作用すると、ジャイロ球の伝達関数
(51)を介して、ジャイロ球の南北変位 を生じる。一方、加速度修正器(A)においては、速度セ
ンサ出力 と船首方位βを南北成分演算器(61)に入力し、南北方向
の速度 を得る。この南北方向の速度成分 を微分器(62)に供給し、南北方向の加速度 と等価な を得る。この南北方向加速度 をジャイロ球の伝達関数(51)と等しい特性のジャイロ球
シミュレータ(63)を介することにより、南北方向加速度
によるジャイロ球の南北方向変位 を得、これを実際のジャイロ球の南北変位 より差し引くことにより、方位誤差推定に不要な南北方
向加速度によるジャイロ球の方位成分を取り除くことが
できる。North-south acceleration / G acts on the gyrosphere, the transfer function of the gyrosphere
North-south displacement of the gyrosphere via (51) Cause On the other hand, in the acceleration corrector (A), the speed sensor output And heading β are input to the north-south component calculator (61) and the north-south velocity To get This north-south velocity component Is supplied to the differentiator (62) and the acceleration in the north-south direction Is equivalent to To get This north-south acceleration Through a gyrosphere simulator (63) with the same characteristics as the transfer function (51) of the gyrosphere, the north-south direction displacement of the gyrosphere due to north-south direction acceleration And this is the north-south displacement of the actual gyrosphere By further subtracting, the azimuth component of the gyrosphere due to north-south direction acceleration, which is unnecessary for estimating the azimuth error, can be removed.

尚、外乱としては、南北方向加速度 によるもののほか、ダンピング系μ／Ｈによるもの及び
航行体の南北速度によるものの２つがあるため、前者に
関しては、ジャイロ本体側の第１のフイルター(57)の出
力を係数器(70)を通し、又後者に関しては、南北成分演
算器(61)の出力 を係数器(69)を通し、それ等の出力を加算器(68)、ジャ
イロ球のジャイロ作用(56)と等価なジャイロ演算器(66)
を介して加算器(67)に至ループを付加することにより修
正している。In addition, as the disturbance, north-south direction acceleration There are two types, one is due to the damping system μ / H and the other is due to the north-south velocity of the navigation vehicle. Therefore, regarding the former, the output of the first filter (57) on the gyro body side is passed through the coefficient unit (70), For the latter, the output of the north-south component calculator (61) Through a coefficient unit (69), and the outputs of these are added (68), a gyro operation unit (66) equivalent to the gyro action of the gyrosphere (56)
This is corrected by adding a to loop to the adder (67) via.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

ジャイロ球シミュレータ(63)を設け、これに温度センサ
ーの速度出力 を入力し、ジャイロ球のタンク(2)に対する南北方向の
出力から加速度による影響を完全に取り除き、指北運動
中における方位誤差を演算修正するようにしたことによ
り、ジャイロコンパスが完全に真北に静定していない状
態においても、これを修正し、正しい方位を発信できる
ため、起動時間が短縮出来る。A gyrosphere simulator (63) is provided, and the speed output of the temperature sensor is provided on it. , The output of the gyrosphere to the tank (2) in the north-south direction is completely removed, and the azimuth error during finger north movement is calculated and corrected. Even when it is not settled, it can be corrected and the correct azimuth can be transmitted, so the startup time can be shortened.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第１図は本発明によるジャイロコンパスのブロック図、
第２図は従来のジャイロ装置の一部を除いた斜視図、第
３乃至第７図はその一部を略線図である。 図に於て、(1)はジャイロケース、(2)はタンク、（Ａ）
は、加速度誤差修正器、(61)は南北成分演算器、(62)は
微分器、(63)はジャイロ球シミュレータ、(64)は比較
器、(65)は方位誤差演算器、(66)はジャイロ演算器、(6
7)，(68)は加算器、(69)，(70)は係数器を夫々示す。FIG. 1 is a block diagram of a gyro compass according to the present invention,
FIG. 2 is a perspective view of a conventional gyro device with a part removed, and FIGS. 3 to 7 are schematic diagrams of a part thereof. In the figure, (1) is a gyro case, (2) is a tank, (A)
Is an acceleration error corrector, (61) is a north-south component calculator, (62) is a differentiator, (63) is a gyrosphere simulator, (64) is a comparator, (65) is a bearing error calculator, (66) Is a gyro calculator, (6
7) and (68) are adders, and (69) and (70) are coefficient units.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】略水平なスピン軸を有するジャイロと、該
ジャイロのスピン軸の水平面に対する傾斜に対応した指
北トルクを上記ジャイロの水平軸の周りに加える指北装
置と、上記スピン軸の水平面に対する傾斜角に対応した
傾斜角信号を出力する傾斜ピックオフと、を有するジャ
イロコンパスにおいて、 上記傾斜角信号に含まれる南北方向加速度に起因する方
位誤差を演算するための加速度誤差修正器を設け、該加
速度誤差修正器は航行体の速度に対応した信号より南北
速度成分を演算する南北成分演算器と、該南北成分演算
器より出力された南北速度成分信号を微分する微分器
と、該微分器の出力信号を入力するジャイロ球シミュレ
ータと、該ジャイロ球シュミレータの出力信号と上記傾
斜角信号を入力して比較する比較器と、該比較器の出力
信号を入力する方位誤差演算器とを有し、上記比較器は
上記傾斜角信号よりジャイロ球シミュレータの出力信号
を減算することによって上記南北方向加速度の影響を除
去した傾斜角誤差信号を生成し、それによって上記方位
誤差演算器は南北方向加速度の影響を除去した方位誤差
信号を生成しそれによって方位角を修正するように構成
されたことを特徴とするジャイロコンパス。1. A gyro having a substantially horizontal spin axis, a finger north device for applying a finger north torque corresponding to an inclination of the spin axis of the gyro with respect to a horizontal plane, and a horizontal plane of the spin axis. In a gyrocompass having a tilt pick-off that outputs a tilt angle signal corresponding to the tilt angle with respect to, an acceleration error corrector for calculating a bearing error due to north-south direction acceleration included in the tilt angle signal is provided, The acceleration error corrector is a north-south component calculator that calculates a north-south velocity component from a signal corresponding to the speed of a navigation vehicle, a differentiator that differentiates a north-south velocity component signal output from the north-south component calculator, and a differentiator of the differentiator. A gyrosphere simulator that inputs an output signal, a comparator that inputs and compares the output signal of the gyrosphere simulator and the tilt angle signal, and a comparator of the comparator. An azimuth error calculator for inputting an output signal is provided, and the comparator generates a tilt angle error signal by removing the influence of the north-south direction acceleration by subtracting the output signal of the gyrosphere simulator from the tilt angle signal. A gyro compass characterized in that the azimuth error calculator is configured to generate an azimuth error signal in which the influence of north-south direction acceleration is removed, thereby correcting the azimuth angle.