NO145032B - Gyroskopisk anordning. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en gyroskopisk

anordning av den art som omfatter en plattform opplagret i et treakset slingrebøylesystem med akselkoder og dreiemomentmotorer som er forbundet med hver sin akse i slingre-.bøylesystemet. Særlig angår oppfinnelsen gyroskopiske an-ordninger som har en såkalt "dynamisk avstemt frirotor" -

gyro. En dynamisk avstemt frirotorgyro omfatter et treghets-element som er montert på en drivaksel ved hjelp av en f jær-kopling slik at elementet kan roteres av drivakselen og alikével være fritt til å svinge om en annen akse. En gyro av denne art er utført slik at spinnfrekvensen for driv-

akselen er lik egenfrekvensen for treghetselementet når det roterer på sin fjærende understøttelse. Under disse forhold er derfor treghetselementet meget følsomt overfor vinkel-forskyvninger av drivakselens senterlinje eller akse. For-skyvningen av treghetselementet i forhold til drivakselen kan måles om to perpendikulære akser som ligger i rotasjons-

bane for treghetselementet og derfor kan en frirotorgyro be-nyttes i stedet for to enaksede gyroer. I en treghetsplatt-

form finnes tre innbyrdes akser som skal stabiliseres. Det blir derfor mulig å benytte en enkel frirotorgyro sammen med en vanlig enakset gyro eller å benytte to frirotorgyroer.

Fly er vanligvis utstyrt med treghetsplattformer

og den tid som er nødvendig for innretning av en plattform før et fly kan avta er meget viktig. En plattform må gjennom-

gå en rekke prøver før flyet kan ta av, og denne prøverekke kan ta flere minutter. Noe av tiden går med til venting mens gyroen løper igang. Det er også vanlig praksis å variere forsterkningen i servosløyfene for innretning av platt-

formen i trinn og dette tar også tid.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å komme . frem til en treakset treghetsplattform"med minst en dynamisk avstemt frirotorgyro som kan rettes inn hurtig.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjen-

gitte trekk og vil i det følgende bli forklart nærmere under henvisning til tegningene der:

Fig. 1 og 2 som blokkdiagrammer viser i to for-

skjellige deler av en treghetsplattform med to frirotorgyroer.

De dobbelte linjer er de mekaniske forbindelser, f.eks. slingrebøyleaksen, aksial koder og dreiemotoren. En av de O' to frirotorgyroer som er betegnet med Gl,har to perpendi-

kulære akser G1X og G1Y som hver er forsynt med et gyrouttak og en dreiemomentmotor. Disse akser kan med fordel falle sammen med X- og Y-aksene for platteformen og har sin egen akselerasjonsmåler.

Den annen frirotorgyro, nemlig gyroen G2, har også

to perpendikulære akser. En av disse akser G2Z faller sammen med plattformen tredje akse og er også forsynt med et uttak og en dreiemomentmotor. Den annen akse for gyroen 2 som er betegnet med G2R på tegningene, er overflødig.og har sitt uttak og sin dreiemomentmotor koplet i en lukket krets for å hindre vandring.

De tre slingrebøyleakser for plattformen som er be-

tegnet som aksene GM1, GM2 og GM3, er hver forsynt med en akselkoder og en dreiemomentmotor. I det eksempel som her er valgt kan slingrebøyleaksene GM1, GM2 og GM3 antas å være knyttet til henholdsvis asimut, rulling og setning.

Som vist på tegningen ligger slingrebøyleaksen GM1

som er asimutaksen, slik at den faller sammen med aksen G2Z

for gyroen G2. Til denne akse er akselkoderen 10 og slingre-bøylens dreiemotor 11 knyttet. Utgangen fra akselkoderen påtrykkes gjennom en summeringskrets 12, en vender SA og en forsterker 13 på dreiemomentmotoren 11. Den annen inngang til summeringskretsen 12 er et referansesignal. Slingrebøyle-

aksen GM2 har sin akselkoder 14 koplet via en vender SB og forsterker 15 til en dreiemomentmotor 16 mens slingrebøyle-

aksen GM3 har sin akselkoder 17 koplet via en vender SC og en forsterker 18 til dreiemomentmotoren 19.

Som allerede forklart har den annen akse G2R for

gyroen G2 sitt uttak 20 og dreiemomentmotor 21 koplet i en lukket sløyfe gjennom en forsterker 22. Denne sløyfe vil ikke være nødvendig hvis det er benyttet en enakset gyro som gyroen G2.

De to gyroakser G1X og G1Y gjelder gyroen Gl som

for foreliggende oppfinnelse må være dynamisk avstemt frirotorgyro. Gyrouttaket 23 for aksen G1X fører signalet til en inngang i en summeringskrets 24. Utgangen fra summeringskretsen påtrykkes en måle- og avledningsanordning 25. På samme måte vil gyrouttaket 26 for aksen G1Y påtrykke signaler på en summeringskrets 27 som også har sin utgang koplet til måle- og avledningsanordningen 25. På aksen X på plattformen er det montert en akselerasjonsmåler 28. Denne akselerasjonsmåler er i virkeligheten plassert slik at den påvirkes av akselerasjonen av plattformen langs dens Y-akse, men følger tyngdekraften når den vipper om X-aksen. Utgangen fra aksel-eras jonsmåleren koples til et innstillingsfilter 29 og til en navigasjonsregnemaskin 30. Utgangen fra innstillings-filteret 29 koples gjennom en vender SD til gyroens dreiemomentmotor 31 for X-aksen og også gjennom en vender SE til en andre inngang til summeringskretsen 27 som allerde er nevnt.

På samme måte har Y-aksen for plattformen en aksel-eras jonsmåler 32 plassert slik at den påvirkes av plattformens akselerasjon langs dennes X-akse og føler tyngdekraften ved vipping om Y-aksen. Utgangen fra denne akselerasjonsmåler er koplet til et innstillingsfilter 33 og til navigasjonsregnemaskinen 30. Utgangen fra innstillingshylsteret 33 er koplet gjennom en vender SF til gyrodreiemomentmotor 34 for Y-aksen og også gjennom en vender SG til en andre inngang til summeringskretsen 24.

Utgangene fra navigasjonsregnemaskinen kan også påtrykkes gyroens dreiemomentmotor 31 og 34 gjennom venderne SD og SF. Måleanordningen 25 avleder inngangene som komponenter om de perpendikulære slingrebøyleakser GM2 og GM3

og påtrykker de rette komponenter på slingrebøylens dreiemomentmotor 16 og 19 via venderne SB og SC.

Venderen SA kan kople gyrouttaket 35 for aksen G2Z direkte til slingrebøylens dreiemomentmotor 11, mens dreiemomentmotoren 36 for gyroen på denne akse er koplet direkte til navigasjonsregnemaskinen 30.

Hver av de stive vendere SA til SG er en firestil-lingsvender. I to tilfelle, nemlig når det gjelder venderen SE og SG er det imidlertid ingen forbindelse til stillingene 3 og 4. Venderne betjenes i overensstemmelse med en rekke trinn under innretningsprosedyren for plattformen og antall trinn er angitt på tegningen ved venderkontaktene.

Innstillingsprosedyren for plattformen vil nu bli beskrevet mer i detalj. Det antas at gyroene er stanset og plattformen står rolig med alle akser.ute av innretning. Innretningsprosedyren er i tre trinn fulgt av normal "naviger"-drift styrt av navigasjonsregnemaskinen.

Det første trinn krever at alle vendere SA til SG er i stilling 1. I denne stilling er akselkoderne på aksene GM2 og GM3 forbundet direkte med de tilhørende dreiemomentmotorer for slingrebøylen. Akselkoderen 10 for aksen GM1

er koplet til dreiemomentmotoren 11 for samme akse styrt av referansesignal utenfra via summeringskretsen 12. De tre akselkodere gir utganger som angir eventuell mistilpasning mellom slingrebøyleaksene og aksene for det fartøy der gyroen er montert, og virkningen av dette trinn er derfor å drive dreiemomentmotorene inntil slingrebøyleaksene,i det minste grovt sett,er rettet inn med fartøyets akser. Dette er en meget hurtig prosess som bare tar ett eller to sekunder og som også kan utføres for plattformer som benytter vanlige gyroer. Utgangene fra gyrouttakene er frakoplet dreiemomentmotorene på dette trinn og har derfor ingen virkning.

Under dette første trinn startes også gyrospinn-motorene slik at disse kan løpe opp i normal hastighet.

For neste innretningstrinn flyttes venderne til

stilling 2. Her koples da bare venderne SB og SC inn. Av den grunn blir bare gyro Gl stabilisert. Gyroen G2 forblir styrt av det referansesignal som kommer utenfra. På grunn av eksi-sterende mistilpasning av fartøyets akser i forhold til lodd-linjen vil de to akselerasjonsmålere angi vipping av den

stasjonære plattform både om setningsaksen og rullingsaksen. Som allerede forklart er akselerasjonsmåleren 28 for X-aksen for plattformen følsom overfor vipping om nevnte akse og

følsom overfor virkelig akselerasjon langs Y-aksen. Ut-

gangen fra denne akselerasjonsmåler føres gjennom filteret 29 og venderen SE til summeringskretsen 27. Her blir den summert sammen med utgangen fra gyrouttaket 26 for Y-aksen på plattformen og angir den virkelige skjevstilling av denne gyroakse. Det summerte signal påtrykkes beregnings- og ut-ledningsanordningen 25. Utgangene fra beregningsanordningen påtrykkes slingrebøylens dreiemomentmotorer 16 og 19 på

den vanlige servomåte slik at det fremkommer en liten utgang fra summeringskretsen 27. Gyroaksen blir dermed forskjøvet i en utstrekning som er avhengig av akselerasjonsmålerens inngang til summeringskretsen. Sålenge gyroen ikke har opp-nådd sin normale rotasjonshastighet blir dens opphengning ikke avstemt på hastigheten og dermed vil gyroen ha en f jær-kopling. Gyroens skjevstilling virker derved på fjærkoplingen og får av den grunn gyrorotoren til å preserere .om aksen G1X som på sin side reduserer den virkning akselerasjonsmåleren 28 føler.

På samme måte vil vipping om Y-aksen for plattformen bli følt av akselerasjonsmåleren 32 hvis utgang i summeringskretsen 24 blir tillagt utgangen fra gyrouttaket 23. Det summerte signal behandles av beregnings- og avledningsanordningen 25 og påtrykkes slingrebøylens dreiemomentmotorer 16 og 19 for å bevege X-aksen, og fører til presesjon om aksen GlY for derved å redusere vippingen.

Fjærkoplingen i gyroen avtar etterhvert som gyroens spinnmotor kommer opp mot normal hastighet,- og av den grunn er hastighetsøkningen/tidsenhet innrettet slik at man får tid til å utføre dette trinn. Ved den ovenfor beskrevne prosedyre blir akselerasjonsmålernes utganger også påtrykket gjennom filteret til gyroens dreiemomentmotor, men virkningen av disse signaler er meget liten sammenliknet med den presesjon som skapes av fjærkoplingen.

Under de første to trinn blir gyroen G2 rettet inn

om aksen G2Z av referansesignalet utenfra.

Trinn 3 i innretningsprosedyren følger når gyroens spinnmotor roterer med normal hastighet og venderne er stil-let i stilling 3. Man har nu ingen fjærkopling mellom gyro-aksene og teknikken som ble benyttet under trinn 2 står ikke lenger til rådighet. Med venderne kan nu alle tre akser kontrolleres direkte med gyroens utgang. Vippefeilen bør være meget liten etter de første trinn, og av den grunn skal akselerasjonsmålernes utganger være små eller ikke eksister-ende. For hver av aksene blir signalet fra gyrouttaket påtrykket den tilhørende dreiemomentmotor i slingrebøylen. Innretningssløyfene vil nu være styrt av gyroens dreiemoment-rotorer og disse er innrettet til å' ha forholdsvis lange tids-konstanter slik at bevegelser i fartøyet som er utstyrt med plattformen, ikke innvirker på plattformens innretning.

Slike bevegelser kan skyldes oppstarting av flymotorer, bevegelse av personell osv. Utgangene fra innretningsfiltrene kan nu behandles av'navigasjonsregnemaskinen for ytterligere avansert innretningsteknikk, f.eks. anvendelse av anordningen som gyrokompass.

De tre trinn som er nevnt ovenfor utgjør innretningsprosedyren. For normal drift beveges venderne til stilling 4 slik at gyroens dreiemomentmotorer på alle tre akser kommer under styring fra navigasjonsregnemaskinen 3. Denne får inn-ganger fra akselerasjonsmålerne idet innretningsfiltrene vanligvis settes ut av betraktning ved denne driftsmåte.

Den største tidsbesparelse ved prosedyren som er gjengitt ovenfor, skyldes det faktum at det annet trinn bygger på den fjærkopling som finnes når en dynamisk avstemt frirotorgyro løper med hastighet lavere enn den den er beregnet for. Da blir akselerasjonssiden for motoren benyttet på en fordelaktig måte til å gi en hurtig innretningsfølsomhet til å begynne med, noe som automatisk forlenger dens følsomhets-tid til den langsomme følsomhet det er behov for for å ned-sette virkningen av fartøyets bevegelse. Den vertikale inn-retnin<g>sf ase blir således stort sett avsluttet i løpet av gyroens oppkjøringstid. I et vanlig system der det bare bé-nyttes dreiemomentmotorer for gyroen vil oppkjøringstiden vanligvis være bortkastet tid på grunn av de store forskyv-ninger som kan finne sted med en dynamisk avstemt frirotorgyro når denne' ikke roterer med den hastighet den er konstruert for. Årsaken til dette er at gyrouttaket ikke nødvendigvis gir en sann angivelse av posisjonen når.gyroopphengningen ikke-er spent..- Den resulterende spenning-eller--bøyning.. o.g=r fjærens egenskaper skaper en forspenning av innretningssløyf-ene bort fra den posisjon som akselerasjonsmålerne angir som den sanne loddlinje. På grunn av at fjærens egenskaper vari-erer med tiden når gyromotoren akselererer er det vanskelig å ta hensyn til denne virkning med de kjente teknikker mens foreliggende oppfinnelse innfører en fast feil under hele innretningsprosedyren, og denne feil er proporsjonal med inn-taksfeilen, en feil som både er liten og som det er lett å

ta hensyn til. En ytterligere fordel er at meget høye prese-sjonshastigheter kan oppnås' ved anvendelse av oppfinnelsen, enn det normalt er mulig ved å anvende vanlige dreiemomentmotorer for gyroen. Dette tillater hurtigere utlikning av store mistilpasninger til å begynne med, noe som på sin side betyr at det første trinn i prosedyren kan utføres hutigere.

Den prosedyre som er beskrevet ovenfor gjelder også om plattformen bare har en dynamisk avstemt frirotorgyro fordi stabiliseringen av den tredje akse vanligvis foregår fra en utvendig kilde.

Claims (4)

1. Gyroskopisk anordning med en plattform som bæres i et treakset slingrebøylesystem med akselkodere og dreiemomentmotorer som er forbundet med hver sin akse i slingre-bøylesystemet,k arakterisertvedat minst en dynamisk avstemt frirotorgyro som bæres på plattformen og har en gyrospinnmotor og to følsomhetsakser (G1X,G1Y), et gyrouttak(23,26)ved hver følsomhetsakse(X,Y). for gyroen, to akselerasjonsmålere (28,32) som sitter på plattformen og har sine to følsomhetsakser rettet inn med gyroens-to følsomhetsakser (X,Y),en beregnings-og utledningsanordning (25) som er følsom overfor utgangene fra gyrouttaket (23, 26)for hver av gyroens følsomhetsakser (X,Y), hvilken anordning skal påtrykke utledede signaler på slingrebøylens dreiemomentmotorer(16,19) etter behov, og summeringskretser (24,27) som skal tre i virksomhet når gyromotoren løper

   opp til sin normale arbeidshastighet for å legge sammen utgangen fra hvert gyrouttak (23,26) og utgangen fra aksel-eras jonsmålerne (28,32) for gyroens følsomhetsakser.
2. 2. Gyroskopisk anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at den omfatter filtre (29,33) gjennom hvilke utgangen fra en akselerasjonsmåler(28,32) påtrykkes den tilhørende summeringskrets. °
3. 3. Gyroskopisk anordning som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at den omfatter vendeanord-ninger (SE,SG) som er innrettet til å kople de to utganger til summeringskretsene (24,27) bare mens gyromotoren løper opp til sin normale driftshastighet.
4. 4. Gyroskopisk anordning som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at den omfatter vendeanord-ninger (SB,SC) som er innrettet før gyromotoren løper opp i hastighet,å kople utgangen fra hver akselkoder(14,17) for slingrebøyleaksene til slingrebøylens dreiemomentmotor (16,19) på den tilsvarende akse.