-
System zum Kompensieren der Abtrift bei Kreiseln Die Erfindung bezieht
sich auf die Abtriftkompensation bei Kreiseln und betrifft insbesondere ein System
zum auto. natischen Korrigieren der Kompensation der Azimutabtrift bei einem Kreiselplattformsystem.
-
Das gewünschte Ausma# der Kompensation kann mit Hilfe der Anwenåung
des Printips der zyklischen Änderung des Drehimpulses bestimmt werdnn0 Gemß diasem
Prinzip ist die btrift des Kreisels umgekehrt proportional zu seinem Drehimpuls.
-
Wenn man den Drehimpuis eines Kreisels mit einer bestimmten Frequenz
zyklisch variiert, variiert somit auch die Abtriftgeschwindigkeit des Kreisesl zyklisch
mit der gleichen Frequenz.
-
Die Abtriftgeschwindigkeit des Kreisels ist proportional zur Grö#e
der zyklischen Änderung der Abtrift, und die Phase der zyklischen Abtriftänderung
zeigt die Richtung der Abtrift an.
-
Wenn man die zyklische Änderung der Abtrift feststellt, die auftritt,
wenn man den Drehimpuls des Kreisels zyklisch variiert, kann man somit die dichtung
und die Grdße der Abtrift feststellen und den Abtriftausgleich automatisch koorigieren.
-
Gemä# der Frfindung wird diese zykl@sche Änderung der Abtrift mit
Hilfe eines weiteren auf der Plattform angeordneten
kreisels ermittelt,
der als Bezugspunkt benutzt wird. Die zyklische änderung des Drehimpulses des eraten
Kreisels gegenüber dem zweiten Kreisel wird festgestellt, und es wird ein dieser
zyklischen Änderung proportionales Signal erzeugt. Dieses Signal dient dazu, ein
Abtriftkompensationsdrehmoment so ZU aadqva, daß die Azimutabtrift beseitigt wird,
welche das Signal verursachter Nach Ablauf einer bestimmten Zeit wird die Abtriftkompensation
für den zweiten Kreisel in der gleichen Weise berichtigt, wobei der erste Kreisel
als Bezugspunkt benutzt wird. Dieser Vorgang wird dann ständig wiederholt, so daß
eine kontinuierliche auto. matische Korrektur der Abtriftkompensation erzielt wird.
Der-Jenige Kreisel, dessen Drehimpuls nicht zyklisch geändert wird, wird in der
Ausrichtungsschleife der Plattform benutzt. Auf diese Weise wird das die Geschwindigkeit
der Azimutabtrift repräsentierende Ausgangssignal von der Steuerung der Azimutzuarichtung
der Plattform unabhängig gemacht, 50 daß man ein von außen unabhängiges System erhält.
-
Außerdem werden hierbei die Störgeräusche in dem die Abtriftgeschwindigkeit
repräsentierenden Signal verringert, da das Signal von allen Bewegungen der Plattform
unabhängig ist.
-
Wenn man das Prinzip der zyklischen Anderung des Drehimpulses zur
Korrektur der Abtriftkompensation bei einen' einzigen Kreisel ohne Benutzung eines
zweiten Kreisels als Besugpunkt anwenden würde, müßte man das zu verwendende Signal
der Azimutschleife entnehmen, und dieses signal würde daher alle Geräusche dieser
Schleife mitführen, und das System könnte nicht von außen unabhängig sein.
-
Ein Hauptziel der Erfindung besteht somit darin, ein verbessertes
System zum automatischen Korrigieren der Kpmpensation der Kreiselabtrift vorzuschen.
-
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines in
sich selbständigen'oder geschlossenen Systems zum automatischen Korrigieren der
Rompensation der Kreiselabtrift.
-
Ferner sieht die Erfindung Maßnahmen vor, um die Kompensation der
Abtrift eines Kreisels automatisch zu korrigieren.
-
Weiterhin sieht din Erfindung ein System zum Korrigieren der Kompensation
der Kreiselabtrift vor, bei dem das Prinzip der zyklischen Änderung des Drehtmpulses
angewendet wird.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnungen.
-
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems.
-
Fig. 2 zeigt die Bezugsachsen für das System nach Fig. 1.
-
Gemä# Fig. 1 umfaßt das System zwei Kreisel 11 und 13, von denen
jeder zwei Freiheitsgrade aufweist, und die in einer hantelähnlichen Anordnung auf
der Kreiselplattform 14 vorgesehen sind. Die Drehachse des Kreisels 11 ist auf die
querachse ausgerichtet, wahrend die Drehachse des Kreisels 13 auf die Längsachse
ausgerichtet ist. Fig. 2 veranschaulicht die Richtungen der Querache, der Längsachse
und der Azimutachse bei dem System nach Filz 1. Der Kreisel 11 ist an einer Achse
15 befestigt, die in einem Kardanrahmen 17 drehbar gelagert ist. Die Achse 15
ist
auf die Längaschse ausgerichtet, so daß der Kreisel 11 ungehindert Drehbewegungen
ui eine zur Längsachse parallel Achse ausführen kann. Der Kardanrahmen 17 ist seinerseits
drehbar gelagert, und zwar mit Hilfe von zwei gleichachsigen Achsen 19 zwischen
einem an der Kreiselplattform 14 befestigten Lager 21 und einem ebenfalls mit der
Kreiselplattform fest verbundenen Steuertransformator 23. Die Achsen 19 sind auf
die Azimutachse ausgerichtet, so daß der Kreisel 11 Drehbewegungen um ein. siar
Azimutachse parallele Achse ausführen kann. Auf diese Weise besitzt der Kreisel
11 zwei Freiheitsgrad, d.h. er kann sich U zur Querachse und sur Azimutachse parallel
Achsen drehen. Der andere Kreisel 13 ist auf er Achse 24 angeordnet, die auf die
Querachse auqerichtet ist. Die Achse 24 ist drehbar in eines Kardanrahmen 20 gelagert,
der seinerseits zwischen einem Steuertransformator 25 und einen Lager 27 mit Hilfe
von Achsen 29 drehbar gelagert ist; die Achsen 29 verlaufen gleichachsig mit dea
Achsen 19, Die Achsen 29 sind auf die Azimutachse ausgerichtat, so da# sich der
Kreisel 13 ungehindert um zur Querachse und zur Azimutachse parallele Achsen drehen
kann. Ein Steuertransformator 31 dient zum Messen der Drehung der Achse 15 in dem
Kardanrahmen 17, während die Drehung der Achse 24 in dem Kardanrahmen 20 durch einen
Steuertransformator 33 gemessen wird. Wenn die Plattform 14 beginnt, sich um die
Querachse zu dreben, beginnt die Achse 15, sich in dem Kardanrahmen 17 zu drehen,
so daß der Steuertransformator 31 ein Ausgangssignal erzeugt. Dieses Ausgang~ signal
des Steuertransformators 31 wird dann der Lagebestimmungseinrichtung für die Kreiselplattform
14 zugeführt, durch welche die Kreiselplattform um die Querachse so gedreht wird,
daß die Achsen 19 und 29 in Fluchtung mit der Azimutachse gehalten werden und die
Achse 24 in Fluchtung mit der Querachse gehalten wird.
-
Entsprechend bestimmt das Ausgangs signal des Steuertranstormators
33 die Lage der Plattform bezogen auf die Querachse, um das System in der richtigen
Lage zu halten. Bei dem erfindungsgemä#en System werden die Steuertransformatoren
23 und 25 auf eine noch zu erlauternde Weise abwechselnd benutzt, um die Ausrichtung
der Plattform um die Azimutachse zu regeln. Die Achsen 19 und 29 sind mit einem
zwischen den Lagern 21 und 27 angeordneten » ifferentialsteuertransformator 35 verbunden.
Bei jeder Drehung der Achsen 19 und 29 erzeugt der Differentialsteuertransformator
35 ein Ausgangssignal, das den Untersc:ied zwischen der Größe der Drehung der Achse
19 und der Größe der Drehung der Achse 29 repräsentiert. iIenn eine Abtrift der
Kreisel 11 und 13 in der Azimutrichtung auftritt, wird somit der Unterschied der
Azimutabtriftwerte durch das Ausgangssignal des Differentialtransformators 35 dargestellt,
und dieses Ausgangssignal ist von den Steuerschleifen für die Plattform 14 unabhängig.
Das Ausgangssignal des Differentialtransformators 35 dient dazu, die EorreX-tur
zu bestimmen, welche erforderlich ist, um der Azimutabtrift der Kreisel 11 und 13
entgegenzuwirken. Der Azimutabtrift des Kreisels 11 wird durch einen Motor 37 entgegengewirkt,
der geeignet ist, ein Drehmoment auf die Achse 15 aufzubringen, und der es daher
ermöglicht, auf den Kreisel 11 ein Drehmoment um eine zur Längsachse parallele.
Achse aufzubringen. Ein auf den Kreisel 11 aufgebrachtes, um diese Achse wirkendes
Drehmoment würde den Kreisel 11 veranlassen, um eine zur Azimutachse paralle-1.
Achse zu präzedieren. Durch Aufbringen des richtigen Drehmoments auf die Achse 15
mit Hilfe des Motors 37 kann man somit die Azimutabtrift des Kreisels 11 ausgleichen.
Auf enttprechev d Weise kann man dieAzimutabtrift des Kreisels 13 dadurch ausgleichen
oder
beseitigen, daß man auf die Achse 24 mit Hilfe eines weiteren Motors 39 ein Drehmoment
aufbringt. Die Größe des durch die I'otoren 37 und 39 auf die Achsen 15 und 24 aufgebrachten
Drehmoments richtet sich nach der Stärke des den rotoren zugeführten Stroms.
-
Das Ausgangssignal des Differentialtransformators 35 dient dazu,
die Ströme zu bestimmen, welche den Motoren 37 und 39 zugefiflirt werden müssen,
um die Azimutabtrift der Kreisel 11 und 13 auszugleichen. Diese Bestimmung der Stromstärke
mit Hilfe des Ausgangssignals des Differentialtransformators 35 erfolgt durch die
Anwendung des Prinzips der zyklischen Änderung des Drehimpulses. enn gemäß diesem
Prinzip der Drehimpuls eines Kreisels zyklisch vergrößert und verkleinert wird,
ergibt sich eine Abnahme bzw. Zunahme der Abtriftgeschwindigkeit des Kreisels mit
der gleichen Frequenz,. mit der der Drehimpuls zyklisch geändert wird. Die Ursache
fär diese Erscheinung besteht darin, daß sich die Abtriftgeschwindigkeit eines Kreisels
nach dem Drehimpuls des Kreisels richtet; mit anderen Worten, je größer der Drehimpuls
ist, desto langsamer erfolgt die Abtrift des Kreisels.
-
Der Kreisel 11 wird durch einen Motor 41 angetrieben, während der
Kreisel 13 durch einen Motor 43 angetrieben wird. Die Drehzahl, mit der die Motoren
41 und 43 die Kreisel 11 und 13 antreiben , kann mit Hilfe der in Fig; 1 mit 45
bezeichneten Einrichtung variiert werden. Gemä# E'i. l kann die Einrichtung 45 durch
einen Schalter 47 entweder mit dem Motor 41 oder mit dem Motor 43 verbunden werden.
Bei der Einrichtung 45 handelt es sich um eine bekannte Konstruktion, bei welcher
der Kern einer Induktionswicklung z.B. mit=Hilfe einer Zeitsteuereinrichtung 49
eine
und herbewegt wird. Hierdurch wird die Induktivität der Wicklung geändert, so daß
auch eine Änderung des Ausgangssignals erfolgt.
-
Wenn einer der beiden Kreisel an die Einrichtung 45 angeschlossen
ist, läuft der andere Kreisel mit konstanter Drehzahl um. Wenn der Schalter 47 die
Einrichtung 45 mit dem Motor 41 verbindet, wird die Drehzahl, mit welcher der Kreisel
11 durch @en Motor 41 angetrieben wird, zyklisch erhöht und herabgesetzt.
-
Die Frequenz, mit der die Drehzahl des Kreisels 11 auf diese Weise
geändert wird, wird durch. eine Zeitsteuereinrichtung 49 bestimmt, durch welche
die Einrichtung 45 gesteuert wird. Auf diese weise wird der Drehimpuls des kreisels
11 ait einer bestimmten Frequenz zyklisch geändert. Entsprechend wird der Drehimpuls
des Kreisels 13 mit der gleichen festen Frequenz zyklisch geandert, wenn die Einrichtung
45 über den Schalter 47 mit dem Motor 43 verbunden ist. Die Stellung des Schalters
47 wird durch die zusätzliche Zeitsteuereinrichtung 51 bestimmt, bei der es sich
entweder um die gleiche Einrichtung wie die Zeitsteuereinrichtung 49 oder aber gemäß
Fig. 1 um eine gesonderte Einrichtung handeln kann, durch welche gleichzeitig mit
dem schalter 47 auch die Stellung der Schalter 53 bis 56 bestimmt wird. Wenn der
Drehimpuls des Kreisels 11 zyklisch geändert wird, variiert die Abtriftgeschwindigkeit
des Kreisels 11 mit der Frequenz der änderung deines Drehimpulses. Somit enthält
das Ausgangssignal des Differentialsteuertransformators 35 eine Komponente, die
zyklisch mit einer Frequenz variiert, welche gleich der Frequenz ist, mit welcher
der Drehimpuls des Kreisels 11 geändert wird. Die Größe dieser zyklisch variierenden
Komponente im Ausgangssignal des Differential steuertransiormat ors 35 ist proportional
zur
Abtriftgeschwindigkeit des Kreisels 11 in der Azimutrichtung. Die Phase der zyklisch
variierenden Komponente im Ausgangssignal des Differentialsteuertransformators 35
gegenüber der zyklischen inderung des Drehimpulses zeigt die Richtung der Auswanderung
des Kreisels 11 in der Azimutrichtung an. Das susgangssignal des Differentialsteuertransformators
35 passiert einen Filter 57, der nur die zyklisch varrierende Komponente es Ausgangssignals
des Differentialtransformators 35 durchläßt.
-
Dieses Ausgangssignal des Filters 57 wird einem Phasendiskriminatur
59 zugeführt, der mit Hilfe der Einrichtung 45 synchronisiert wird. Der Phasendiskriminator
59 erzeugt ein Gleichstromausgangssignal, das dem ausgangssignal des Filters 57
proportional ist, und dessen Polarität die Phase des Ausgangssignals des Filters
57 anzeigt. Die Größe des Ausgangssignals des Diskriminators 59 repräsentiert somit
die Abtrift, und die Polarität des Signals repräsentiert die Dichtung der abtrift.
Wenn der Schalter 47 die Einrichtung 45 mit der oto@ 41 verbindet, wird der Schalter
53 durch die -7eitsteuereinrichtung 51 gesteuert, um das Ausgangssignal des Phasendiskriminators
=9 einer Antriebseinrichtung 61 zuzufshren, die in Abhängigteit vom Ausgangssignal
des Phasendlskriminators 59 einen beweglichen Kontakt eines Potentiometers 63 in
einer Richtung verstellt, welche sich nach der Polarität des zugeführten signals
richtet. Eine Batterie 65 führt dem Widerstand des Eotentiometers 63 eine Gleichspannung
zu. Der bewegliche Kontakt des Potentiometers 63 ist mit dem Motor 37 verbunden,
so da# der dem @otor 37 zugeführte Strom durch die Stellung des beweglichen Kontakt
des Potentiometers 63 bestimmt wird ; Der bewegliche Kontakt des Potentiometers
63 wird durch die Antriebseinrichtung 6i in Abhängig keit vom Signal des Diskriminators
59 in einer solchen Richtung
bewegt, daß der dem Motor 37 zugeführte
Strom in einer solchen Richtung geändert wird, daß die Abtrift des Kreisels 11 verkleinert
wird, welche den Anlaß zu dem Ausgangssignal des IEsendiskriminators 59 gab. Wenn
det Kreisel 11 z.B. in der Azimutrichtung im Uhrzeigersinne auswandert, erzeugt
der Phasendiskriminator 59 ein Ausgangssignal einer bestimmten Polarität.In Abhängigkeit
von dieser Polarität verstellt die Antriebseinrichtung 61 den beweglichen Kontakt
des Potentiometers 63 in einer solchen Richtung, daß das durch den Motor 37 auf
die Achse 15 aufgebrachte Drehmoment geändert wird, um die Abtrift des Kreisels
im Uhrzeigersinne zu verringern. Wenn der Kreisel 11 entgegen dem Uhrzeigersinne
auswandert, erzeugt der Diskriminator 59 entsprechend ein Ausgangssignal mit der
entgegengesetzten Polarität, und der bewegliche Kontakt des Potentiometers 63 wird
in der entgegengesetzten Wichtung verstellt. Dieser Vorgang bewirkt, daß das durch
den Motor 37 aufgebrachte Drehmoment in einer solchen Wichtung geändert wird, daß
die Abtrift des Kreisels 11 entgegen dem Uhrzeigersinne in der Azimutrichtung verringert
wird. Die Antriebseinrichtung 61 verstellt den beweglichen Kontakt des Potentiometers
63, bis das Ausgangssignal des Phasendiskriminators 59 bis unter einen Mindestwert
zurückgeht; in diesem Zeitpunkt ist die Azimutabtrift des Kreisels 11 allgemein
kompensiert. Die eltsteuereinrichtung 51 verbindet die Einrichtung 45 mit dem Motor
41 während einer bestimmten Zeitspanne; nach deren Ablauf schaltet die @eitsteuereinrichtung
51 die einrichtung 45 von dem Motor 41 ab und verbindet sie mit dem Motor 43. Nunmehr
wird der Drehimpuls des Kreisels 13 in der gleichen weise zyklisch geändert, wie
es suzuvor bei dem Kreisel 11 geschah. Der Differentialtransforiator 35 erzeugt
dann ein Ausgangasignal mit einer zyklisch variierenden
Komponente,
deren Größe und Phase die Auswanderungsgeschwindigkeit und die iuswanderungsrichtung
des Kreisels 13 in der Azimutrichtung repräsentiert, und der Phasendiskriminator
59 erzeugt ein Ausgangssignal, dessen Größe und Polarität die Azimutabtrift und
die Richtung dieser Abtrift repräsentiert. Wenn die Einrichtung 45 von dem Motor
41 auf den Motor 43 umgeschaltet wird, bewirkt die Zeitsteuereinrichtung 51, daß
das Ausgangs signal des Phasendiskriminators 59 der Antriebseinrichtung 61 nicht
mehr zugeführt wird, und daß dieses Signal einer Antriebseinrichtung 67 über die
Schalter 53 und 54 zugeführt wird. In Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Phasendiskriminators
59 verstellt nun die Antriebseinrichtung 67 den beweolichen Kontakt des Potentiometers
69. DCe batterie 65 ist auch mit den Klemmen des Potentiometers 69 verbunden. Der
bewefrliche Kontakt des Potentiometers 69 regelt den dem igiotjor 39 zugefhrten
Strom.
-
Die Antriebseinrichtung 67 verstellt den beweglichen Kontakt des
Potentiometers 69, bis das durch den Motor 39 aufgebrachte Drehmoment die Azimutabtrift
des Kreisels 13 beste mit hat. Nach Ablauf einer bestimmten Zeit werden die Schalter
47, 53 und 54 wieder in ihre ursprüngliche Stellung gebracht, woraufhin der beschriebene
Vorgang bezüglich des Kreisels 11 wiederholt wird. bis Zeitsteuereinrichtung 51
fährt dann fort, die Kompensation der Kreisel 11 und 13 abwechselnd in der beschriebenen
speise zu korrigieren. Auf diese Weise wird die Kompensation der Kreisel 11 und
13 bezüglich der Azimutabtrift genau aufrechterrlalten. tDie Schalter 55 und 56,
die durch die Zeitsteuereinrichtung 51 synchron mit den Schaltern 47, 53 und 54
gesteuert werden, lassen die Ausgangssignale der bteuertraelsformatoren 23 und 25
wahlweise zu der Einrichtung gelangen, mittels deren die Azimutausrichtung der Plattform
mit den Kreiseln 11 und 13 au*rechterhalten
wird. wenn sich der
Schalter 47 in der Stellung befindet, bei der die Einrichtung 45 mit dem Motor 41
verbunden ist, so daß der Drehimpuls des Kreisels 11 zyklisch varriert wird, verbindet
der Schalter 56 die Leitung für das Ausgangssignal des Steuertransformators 25 mit
der Einrichtung zum Ausrichten der Plattform 14 in der Azimutrichtung, während der
Schalter 55 offen ist, so daß der in Abhängigkeit von dem Kreisel 13 arbeitende
Steuertransformator 25 die Azimutausrichtung der Plattform 14 aufrechterhalt, während
der Drehimpuls des Kreisels 11 zyklisch geändert wird. Während der Drehimpuls des
Kreisels 13 zyklisch variiert wird, ist entsprechend der Schalter 55 geschlossen,
während der Schalter 56 offen ist, so daß der in Abhängigkeit von der Stellung des
Kreisels 11 arbeitende Steuertransformator 23 die Azimutausrichtune der Plattform
14 steuert, während der Drehimpuls des Kreisels 13 zyklisch variiert wird.
-
Somit sieht die Erfindung ein System vor, mittels dessen die Kompensation
der Azimutabtrift bei einem Kreiselsystem genau aufrechterl-alten werden kann. Da
die Azimutabtrift dadurch ermittelt wird, daß die Abtrift eines Kreisels gegenüber
einem anderen Kreisel verglichen wird, ist das dieAzimutabtrift repräsentierende
Ausgangssignal von der steuerung der Ausrichtung der Plattform unabhänglg, so daß
das System eine in sich selbständige Einheit bildet. Außerdem enthielt das die xbtrift
repräsentierende Ausgangssignal nur sehr wenig geräusche, da dieses Signal von 3ewegungen-der
Plattform unabgängig ist.
-
Zwar ist gemäß Fig. 1 fiir die Kreisel eine kardanische Aufhängung
vorgesehen, doch sei bemerkt, daß sich die Erfindung auch bei zwei Kreiseln anwenden
läßt, die Schulter an Schulter
angeordnet sind ; in diesem Falle
müßte man den Differentialsteuertransbormator 5 durch zwei Steuertransformatoren
ersetzen und man meute ein Signal erzeugen, das der Differenz zwischen den Ausgangssignalen
entspricht, welche den beiden Steuertransformatoren entnommen werden. Ferner läßt
sich der Grundgedanke der Erfindung auch bei Kreiseln mit nur einem Freiheitsgrad
anwenden, wenn man die Kreisel gleichachsig anordnet und zwischen ihren Ausgangsachsen
einen Differentialübertrager vorsieht. In diesem Falle benötiGt man jedoch zwei
weitere Kreisel mit nur einem Freiheitsgrad für die Stabilisierung um die Längsachse
und die Querachse. Abschließend sei bemerkt, daß man bei dem vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiel diese und die verschiedensten weiteren Abänderungen und Abwandlungen
vorsehen kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
-
Patentansprüche: