DE1473981C - Lagekreisel mit Stützkreisen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Lagekreisel mit kardanisch aufgehängtem Rotor und Stützkreisen, die die Rotorachse mittels Drehmomentgebern nach Maßgabe von auf den Kardanachsen angeordneten Winkelabgriffen stabilisieren und den Aufhängerahmen zwecks Verminderung der Lagerreibung eine Schwingung um die Kardanachsen aufprägen.

Ein Lagekreisel ist bekanntlich ein auf einem beweglichen Untergrund aufgebautes Winkelmeßgerät, das auf Grund einer vollkardanischen Lagerung seines Rotors gegenüber einem Untergrund Winkelbewegungen dieses Untergrundes mißt. Man unterscheidet dabei Kurskreisel und Lotkreisel. Der Kurskreisel zeigt die Bewegung des Untergrundes um eine senkrecht auf dem Untergrund stehende Achse, der sogenannten Azimutachse, an. Dabei liegt die Drehachse des Rotors in der Horizontebene. Der Lotkreisel dient dazu, die Abweichung des Untergrundes von zwei senkrecht aufeinanderstellenden, in der Horizontebene liegenden Achse zu messen. Die Rotordrehachse beim Lotkreisel steht senkrecht auf der Horizontebene.

Wenn der Lagekreisel die Bewegung des Untergrundes exakt messen soll, ist Voraussetzung, daß seine Rotordrehachse in einer vorgesehenen Richtung bleibt. Beim Lotkreisel z. B. muß die Drehachse laufend im Erdlot gehalten werden; beim Kurskreisel ist die Drehachse stets in der Horizontebene zu halten. Bei einer Abweichung, einer sogenannten Ablage, der Drehachse aus der Horizontebene wird bei einem Kurskreisel eine Teilkomponente der Erddrehung um die Azimutachse wirksam, und es kommt zu einer fehlerhaften Drift des Sollwertes, d. h., die Drehimpulsachse beginnt in der Horizontebene zu wandern.

Es ist bekannt, die Lage der Drehachse mit einem Stützkreis zu stabilisieren. Bei einer Ablagebewegung aus dem Lot bzw. aus der Horizontebene wird von einem Winkelabgriff die Abweichung gemessen und ein Signal direkt auf einen Drehmomentgeber gegeben, dessen Moment um eine Achse wirkt, die senkrecht zu der zu stabilisierenden Achse und der Drehachse steht und somit über das Gesetz der Präzession der Ablage der Drehachse entgegenwirkt. Der hierzu verwendete Regler des Stützkreises besitzt somit P-Verhalten. Ein Nachteil dieses Reglers besteht darin, daß belastungsabhängige Proportionalfehler auftreten. Tritt ein konstantes Störmoment auf, z. B. durch Lagerreibung des ersten Rahmens,, folgt daraus eine konstante Driftgeschwindigkeit der Drehachse. Das kompensierende Moment des Drehmomenterzeugers kann jedoch erst dann die erforderliche Größe erreichen, wenn der Winkelabgriff, der das Signal auf den Drehmomentgeber gibt, eine Mindestablage aus dem Lot aufweist. Das bedeutet also, daß sich ein konstanter Fehler in der Winkelmessung ergibt, und zwar ist er um so größer, je größer das Störmoment ist.

Eine Maßnahme, den Fehler zu verkleinern, besteht darin, den Verstärkungsfaktor des Stützkreises sehr hoch einzustellen. Dann genügt schon eine relativ kleine Ablage der Drehachse, um mit dem Signal des Winkelabgriffs ein genügend großes Moment am Ausgang des Drehmonientgebers zu bewirken. Der Nachteil hierbei ist jedoch, daß bei kurzzeitigen Beschleunigungen des Untergrundes, denen auch der als Lotfühler ausgebildete Winkelabgriff unterliegt, der Kreisel sich schnell in ein Scheinlot stützt und damit ein fehlerhafter Meßwert entsteht.

Um Störmomente möglichst klein zu halten, wird außerdem versucht, die Lagerreibung zu verringern. Zu diesem Zweck wurde bei einem bekannten Kreisel der Stützkreis so ausgebildet, daß er neben der eigentlichen Stützwirkung auch noch eine ständige Schwingung der in den Kardanachsen relativ zueinander drehbaren Rahmen erzeugt. Um dies zu erreichen, wurde der Winkelabgriff in Verbindung mit einem Umschaltrelais so ausgebildet, daß im Bereich der Nullstellung des Winkelabgriffs eine ständige Umpolung des zugehörigen Drehmomentgebers stattfindet.

Die Erfindung weist einen anderen Weg zur Erzeugung der Schwingung, der keine besondere Ausbildung des Winkelabgriffs und keine Hinzufüguiig eines Umschaltrelais erfordert. Die Erfindung bestellt darin, daß die Schwingung durch ein I-Verhalten des Stützreglers erzeugt wird.

Es ist an sich bekannt, in Regelkreisen Regler mit I-Verhaltcn zu verwenden. Für solche Regelkreise jedoch, bei denen die Regelstrecke schon einen vorherrschenden I-Anteil aufweist, wie es z. B. bei einem Lagekreisel der Fall ist, eignen sich im allgemeinen solche Regler nicht, weil die Gefahr der Instabilität besteht. Deshalb sind keine Stützkreise für Lagekreisel bekanntgeworden, deren Regler einen I-Anteil aufweist.

Durch die Erfindung wird dieser bekannte Sachverhalt zu einem neuen Zweck angewandt, nämlich zur Erzeugung einer Schwingung zwecks Reibungsverminderung. Zu bemerken ist, daß eine Schwingung auch schon durch ein überkritisches P-Verhalten infolge zu hoher Einstellung des Verstärkungsfaktors des Stützkreisels erzielbar wäre. Dies hätte jedoch die bereits erörterte unerwünschte Erhöhung der Regelgeschwindigkeit, z. B. bei Beschleunigungen, zur Folge. Eine solche Wirkung kann bei der erfindungsgemäßen Maßnahme nicht auftreten.

In Weiterbildung der Erfindung kann man von einer ständigen, ungedämpften Schwingung absehen und die Anfachung einer Schwingung nur in dem Fall vorsehen, wenn der Stützkreis durch eine auftretende Ablage in Tätigkeit tritt. Infolge der erfindungsgemäßen Ausrüstung des Stützreglers mit einem eine Schwingung erzeugenden I-Verhalten beginnt nunmehr die gewünschte Schwingung, und das P-Verhalten wird in Weiterbildung der Erfindung so bemessen, daß die Schwingung gedämpft verläuft, wobei dennoch eine genaue Ausregelung der Ablage gewährleistet wird. Dann wird die Amplitude der Schwingung wieder zu Null. Es ergibt sich bei der Ausregelung eine belastungsunabhängige Nullstellung. Der auftretende Richtungsfehler ist nur noch von der Nullpunktunempfindlichkeit des Winkelabgriffs bestimmt und nicht mehr von dem anstehenden Störmoment, wie es bei einem Stützkreis mit reinem P-Verhalten der Fall ist.

An Hand der Zeichnungen seien Aufbau und Wirkungsweise der Erfindung erläutert.

F i g. I zeigt einen Kurskreisel mit einem Stützregler mit vorherrschendem I-Anteil; in

F i g. 2 ist ein Lotkreisel mit zwei Regelkreisen mit PI-Verhalten dargestellt.

Der Rotor 10 eines Kurskreisels ist mit seiner Welle 11, die in der Horizontebcne stabilisiert wird, in den Rahmen 12, 13 und 14 vullkardnnisch auf gehängt. Auf dem ersten Rahmen 12 sitzt ein als Lot fühler wirkender Winkelabgriif in Form einei Libelle

15, die mit einer elektrolytischen Flüssigkeit gefüllt ist. Auf der Welle des zweiten Rahmens 13 sitzt ein Drehmomentgeber 16. Zwischen Lotfühler 15 und Drehmomentgeber 16 ist ein Regler 17 mit weitgehend I-Verhalten geschaltet. Der Regler 17 wird so eingestellt, daß sich eine stationäre Schwingbewegung der Rotorachse um die Achse des Rahmens 12 einstellt, deren belastungsunabhängiger Mittelwert in der Horizontebene liegt.

Beim Lotkreisel (F i g. 2) soll die Welle 18 des Rotors 19, die wiederum in den Rahmen 20, 21 und 22 vollkardanisch gelagert ist, im Lot gehalten werden. Dazu wird ihre Lage um die Drehachsen der Rahmen 20 und 21 stabilisiert. Auf den Rahmen 20 und 21 sitzen als Lotfühler wiederum Libellen 23 und 24. Die zur Stabilisierung erforderlichen Drehmomentgeber 25 und 26 sitzen auf den Rahmen 22 und 21. Zwischen dem Lotfühler 23 und dem Drehmomentgeber 25 sowie dem Lotfühler 24 und dem Drehmomentgeber 26 sitzen jeweils Regler 27 bzw. mit Pl-Verhalten. Durch den Regelkreis mit PI-Charakteristik wird eine belastungsunabhängige Nullstellung der Lotfühler 23 und 24 und damit eine gute Stabilisierung der zu stützenden Achsen erreicht.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Lagekreisel mit kardanisch aufgehängtem Rotor und Stützkreisen, die die Rotorachse mittels Drehmomentgebern nach Maßgabe von auf den Kardanachsen angeordneten Winkelabgriffen stabilisieren und den Aufhängerahmen zwecks Verminderung der Lagerreibung eine Schwingung um die Kardanachsen aufprägen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingung durch ein I-Verhalten des Stützreglers erzeugt wird.

2. Lagekreisel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung des P-Anteils des Stützreglers, daß die Schwingung gedämpft verläuft.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen