DE1811736A1 - Method and device for damping a pendulum oscillator - Google Patents

Method and device for damping a pendulum oscillator

Info

Publication number
DE1811736A1
DE1811736A1 DE19681811736 DE1811736A DE1811736A1 DE 1811736 A1 DE1811736 A1 DE 1811736A1 DE 19681811736 DE19681811736 DE 19681811736 DE 1811736 A DE1811736 A DE 1811736A DE 1811736 A1 DE1811736 A1 DE 1811736A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
damping
movement
speed
axis
gyro
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19681811736
Other languages
German (de)
Inventor
Eklund Harry Nils
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lear Siegler Inc
Original Assignee
Lear Siegler Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lear Siegler Inc filed Critical Lear Siegler Inc
Publication of DE1811736A1 publication Critical patent/DE1811736A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00Machine element or mechanism
    • Y10T74/12Gyroscopes
    • Y10T74/1229Gyroscope control
    • Y10T74/1257Damping

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)
  • Navigation (AREA)

Description

LEAH SIEGLER, INC., eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Delaware, Santa Monica, Staat Kalifornien (V.St.λ.) LEAH SIEGLER, INC., Incorporated under the laws of the State of Delaware, Santa Monica, State of California (V.St.λ.)

Verfahren und Vorrichtung zur Dämpfung eines pendelnden SchwingersMethod and device for damping a pendulum Schwingers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dämpfung der Bewegungen eines um seine Gleichgewichtslage pendelnden Schwingers.The invention relates to a method and a device for damping the movements of a person around his position of equilibrium oscillating oscillator.

Schwinger, die um eine Gleichgewichtslage oszillieren oder vibrieren, finden in vielen Apparaten Anwendung, so· z.B. in gewöhnlichen Schwerependeln, bifilaren und trifilaren Schwerependeln, Torsionspendeln, federzentrierten Wellen oder federnd aufgehängten Hassen. Diese Schwingungen sind häufig unerwünscht, insbesondere bei einem Meridianweiser zur direkten Anzeige einer Meridionalebene. Ein pendeiförmiger fevridianweisender Kreisel, dessen Laufache· horizontal zur Erdoberfläche liegt, präzidiert unter dem Einfluß der Erdrotation, so daß seine Laufachse sich auf die astronomische Nordrichtung einstellt. DazuOscillators that oscillate or vibrate about a position of equilibrium are used in many devices, so e.g. in ordinary heavy pendulums, bifilar and trifilar heavy pendulums, torsional pendulums, spring-centered waves, or resiliently suspended hates. These vibrations are often undesirable, especially in the case of a meridian pointer for the direct display of a meridional plane. A pendulum-shaped fevridian-pointing top, whose Running axis · lies horizontal to the earth's surface, precesses under the influence of the earth's rotation, so that its running axis adjusts to astronomical north. In addition

909834/0971909834/0971

muß der Kreisel natürlich um seine vertikale oder azimutale Achse frei drehbar sein. the gyro must of course be freely rotatable about its vertical or azimuthal axis.

Meridianweiser, bzw. meridianweisende Kreisel werden mit großem Nutzen in Instrumenten für die Orientierung und genauen Richtungsanzeige benutzt. Ihre Nützlichkeit hat jedoch dort ihre Grenze, wo es unmöglich wird, die Laufachse leicht und schnell in die Meridianrichtung oder astronomische Nordrichtung einzustellen. Bei Fehlen zusätzlicher Dämpfung dauert es oft zwei Tage oderlänger, bis die Laufachse in ihrer Gleichgewichtslage in der Meridianebene nach Schwingungen um diese Ebene zur Ruhe gekommen ist.Meridian-pointing or meridian-pointing gyroscopes are of great use in instruments for orientation and accurate direction indication is used. However, their usefulness has its limit where it becomes impossible The running axis can be set easily and quickly in the meridian direction or astronomical north direction. If there is no additional cushioning it often takes two days or more, until the running axis comes to rest in its equilibrium position in the meridian plane after oscillations around this plane has come.

Für die Beruhigung der Schwingerbewegungen um seine Gleichgewichtslage wurden bislang Wirbelstromdämpfungen oder mit der Viskosität arbeitende Dämpfungen benutzt. In einigen Meridianweisern wird eine kontinuierliche, geschwindigkeit sproportionale Dämpfung benutzt und das Dämpfungsmoment kleiner als das kritische Dämpfungsmoment des Systems gewählt. Ein derartiges Dämpfungsmoment bringt den Schwinger nach einer bestimmten Zeit in seine Gleichgewichtslage. Es stellte sich jedoch heraus, daß in vielen Fällen diese Zeitspanne zu groß ist und damit die Brauchbarkeit des Schwingers beeinträchtigt wird.For calming the swinging movements around its equilibrium position eddy current damping or damping working with viscosity were used up to now. In some Meridianweisern a continuous, speed proportional damping is used and the damping torque is smaller than the critical damping torque of the System chosen. Such a damping moment brings the oscillator into its equilibrium position after a certain time. However, it turned out that in many cases this period of time is too long and thus the usefulness of the transducer is impaired.

In moderneren Meridianweisem wird mit einem azimutalen Dämpfungsmoment gearbeitet, das entweder zu dem momentanen Elevationswinkel der Laufachse oder zur momentanen Winkelgeschwindigkeit der Laufachse in der azimutalen Ebene proportional ist. In beiden Fällen ist die Größe des Dämpfungsmomentes so gewählt, daß sie etwas geringer ale das kritische Dämpfungsmoment ist; sie liegt zwischen derIn more modern Meridianweisem an azimuthal Damping moment worked either to the instantaneous Elevation angle of the running axis or the current angular velocity is proportional to the axis of travel in the azimuthal plane. In both cases, the size of the Damping moment chosen so that it ale somewhat less is the critical damping torque; it lies between the

9 0 9 8 3 4 / 0 b 7 19 0 9 8 3 4/0 b 7 1

für eine auereichende Stabilität des Kreisels nach, seiner Beruhigung in der Meridianebene notwendigen Größe und der für das Einschwingen der Laufachse in den zulässigen Winkelbereich ua die Meridianebene innerhalb eines gegebenen Zeitintervalle nach der Freigabe des Kreisels benötigten Große des Dämpfungsmonentes.for a sufficient stability of the gyro according to its Calming in the meridian plane and the size necessary for the oscillation of the running axis in the permissible Angular range, among other things, the meridian plane required within a given time interval after the gyro was released Greatness of the attenuation monent.

Gewöhnlich arbeiten derartige Dänipfungseinrichtungen mit einem Dämpfungsverhältnis, das kleiner als 1 ist (gewöhnlich zwischen 0,7 und 0,9), so daß die Laufachse eine gedämpfte Schwingung um die Meridian- oder Gleichgewichtslage ausführt, ehe sie sich in den zulässigen azimutalen Winkelbereich einstellt. Die Einstellzeit eines Meridianweisers mit einer derartigen Dämpfungsvorrichtung liegt bei dem Zwei- bis Zweieinhalbfachen der Schwingungsdauer der ungedämpften Schwingung des Kreisels und hängt im einzelnen natürlich von dem angewandten Dämpfungsverhältnis und der Größe des anfänglichen azimutalen Winkels ab. Da das Dämpfungsverhältnis jedoch von der Temperatur und anderen Einflüssen verändert wird, enthält dieses Verfahren einen gewissen Unsicherheitsfaktor in bezug auf die Zeit, innerhalb der die Amplitude der Laufachsenschwingungen um die Meridianebene unter die Größe des zulässigen azimutalen Winkelfehlerbereiches abgesunken ist.Such danish institutions usually cooperate a damping ratio that is less than 1 (usually between 0.7 and 0.9), so that the running axis has a damped oscillation around the meridian or equilibrium position executes before it adjusts itself to the permissible azimuthal angular range. The setting time a meridian pointer with such a damping device is two to two and a half times the period of oscillation of the undamped oscillation of the top and in detail depends of course on the attenuation ratio used and the size of the initial azimuthal Angle. However, since the damping ratio is changed by temperature and other influences, this method contains a certain uncertainty factor with regard to the time within which the amplitude the running axis vibrations around the meridian plane below the size of the permissible azimuthal angle error range has sunk.

Es ergibt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dämpfung der Schwingerbewegungen anzugeben, die ?ie in einer genauen, zuverlässigen und von äußeren Einflüssen weitgehend unabhängigen Weise innerhalb einer möglichst kurzen Zeitspanne an oder mindestens in unmittelbarer Nähe d er Gleichgewichtslage zur Ruhe kommen lassen.The object is therefore to specify a method and a device for damping the oscillating movements, the? ie in an accurate, reliable and from external Influences largely independent manner within as short a period of time as possible or at least immediately Allow the equilibrium position to come to rest.

90983A/UÖ/90983A / UÖ /

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst, wonach die Bewegung des Schwingers in einem ersten vorgewählten Zeitintervall ungedämpft bleibt und während eines zweiten vorgewählten Zeitintervalls überkritisch gedämpft wird. Dabei kann der Beginn des ersten Zeitintervalls auf einen Zeitpunkt gelegt werden, an dem sich der Schwinger außerhalb seiner Gleichgewichtslage befindet. Eine bevorzugte Ausgestaltung dieses Verfahrens sieht vor, daß das erste und das zweite Zeitintervall in vorgewählter Anzahl abwechselnd aneinandergereiht werden. Weiter kann die Bewegung anfänglich während eines dritten vorgewählten Zeitintervalls überkritisch gedämpft werden. Schließlich kann das erste Zeitintervall ungefähr gleich dem vierten Teil der ungedämpften Eigenperiode vermindert um ein Zeitintervall, das durch die ungedämpfte Eigenperiode dividiert durch 4*ΤΓ -fache des Dämpfungsverhältnisses bestimmt ist, gewählt werden. Ferner erweist es sich als besonders vorteilhaft, das zweite Zeitintervall to durch den AusdruckThis object is achieved by the method according to the invention solved, after which the movement of the oscillator remains undamped in a first preselected time interval and supercritical during a second preselected time interval is dampened. The start of the first time interval can be set at a point in time at which the transducer is out of its equilibrium position. A preferred embodiment of this method provides that the first and the second time interval are lined up alternately in a preselected number. Furthermore, the movement can initially be dampened supercritically during a third preselected time interval will. Finally, the first time interval can be approximately equal to the fourth part of the undamped natural period reduced by a time interval that is divided by the undamped natural period divided by 4 * ΤΓ times the Damping ratio is determined to be selected. It also proves to be particularly advantageous to use the expression to express the second time interval to

t2 - » (in t 2 - »(in

wobei T die ungedämpfte Eigenperiode, S das Dampfungsverhältnis, ψ0 die anfängliche Auslenkung aus der Gleichgewichtslage und γ die Auslenkung aus der Gleichgewichtslage am Ende des zweiten Zeitintervalls bedeutet. Das Verhältnis <S zwischen dem ersten und dem zweiten Intervall ergibt sich vorzugsweise auswhere T is the undamped natural period, S is the damping ratio, ψ 0 is the initial deflection from the equilibrium position and γ is the deflection from the equilibrium position at the end of the second time interval. The ratio <S between the first and the second interval is preferably given by

T (In T^ - InF )T (In T ^ - InF)

<o<o

2T2T

Es empfiehlt sich weiterhin, die überkritische Dämpfung von der Geschwindigkeit des Schwingers abhängig zu machen. Dabei kann diese Abhängigkeit entweder in einer Propor-It is also advisable to make the supercritical damping dependent on the speed of the transducer. This dependency can either be in a proportional

9 0 9 8 3 k I 0 a '/ '!9 0 9 8 3 k I 0 a '/'!

tionalltät zum Quadrat der Geschwindigkeit des Schwingers oder in einer direkten Proportionalität zur Geschwindigkeit des Schwingers bestehen. Das überkritische Dämpfungsverhältnis liegt vorzugsweise zwischen etwa 5 und etwa 20, ein Wert von etwa 10 ist dabei besonders günstig.Functionality to the square of the speed of the oscillator or in a direct proportionality to the speed of the transducer. The supercritical damping ratio is preferably between about 5 and about 20, a value of around 10 is particularly favorable.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann bevorzugt auf Schwinger angewandt werden, deren Bewegung der Differentialgleichung The method according to the invention can preferably be applied to vibrators, the movement of which corresponds to the differential equation

m ^U, f D ff + f (x) « 0m ^ U, f D ff + f (x) «0

gehorcht, wobei m die bewegte Masse, D den Dämpfungskoeffizienten, f (x) die auf die Masse einwirkende Rückstellkraft, χ die Auslenkung der Masse aus ihrer Gleichgewichtslage und t die Zeit bedeuten. Es erweist sich als vorteilhaft, den Dämpfungskoeffizienten so zu wählen, daß er eine Funktion der Geschwindigkeit der Masse und für alle Geschwindigkeiten größer als für die kritische Dämpfung der Masse nötig ist. Diese Geschwindigkeitsfunktion des Dämpfungskoeffizienten ist vorzugsweise so gestaltet, daß der Dämpfungskoeffizient dem Quadrat der Geschwindigkeit der bewegten Masse proportional ist. Ferner wird die Dämpfung bevorzugt so gewählt, daß bei Geschwindigkeiten der bewegten Masse unter einer vorgewählten Größe diese Dämpfung hauptsächlich proportional der Geschwindigkeit und bei Geschwindigkeiten über der vorgewählten Größe hauptsächlich proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit der bewegten Masse ist.obeys, where m is the moving mass, D is the damping coefficient, f (x) the restoring force acting on the mass, χ the displacement of the mass from its equilibrium position and t mean the time. It turns out to be advantageous to choose the damping coefficient so that that it is a function of the speed of the mass and for all speeds greater than for the critical Damping the mass is necessary. This speed function of the damping coefficient is preferably designed in such a way that that the damping coefficient is proportional to the square of the speed of the moving mass. Furthermore, the damping is preferably chosen so that at speeds of the moving mass below a preselected size this damping is mainly proportional to the speed and at speeds above the selected value is mainly proportional to the square of the speed of the moving mass.

Bei einem meridianweisenden Kreisel, dessen Bewegung in normierten Azimut-Elevationskoordinaten den Differentialgleichungen With a meridian-pointing top whose movement is in normalized azimuth elevation coordinates to the differential equations

909834/0971909834/0971

ac «t rac «t r

undand

gehorcht, wobei ψ- der momentane Azimutwinkel der Kreisellaufachse, γ ■ ~ Q der normierte momentane Elevationswinkel der Kreise!laufachse, (y der tatsächliche Elevationswinkel, T » ^0 t die normierte Zeit, ο » das überkritische Dämpfungsverhältnis bezüglich der Bewegung der Kreiselachse in der Azimutebene, C der geschwindigkeitsproportionale Dämpfungskoeffizient um die Azimutachse, H das Drehmoment des Rotors um die Laufachse des Kreisels, Sl die örtliche Horizontalkomponente der Winkelgeschwindigkeit der Erdrotation, U)0 »-J^Lö. die Kreisfrequenz der ungedämpften Schwingung der Kreisellaufachse in der örtlichen geographischen Breite und M das Pendelmoment um die Elevationsachse der Kreisellaufachse bedeuten, so daß die Ortskurven in einer Phasenebenen-Darstellung der Bewegung eine erste Asymptote mit der Gleichung t « ( & - ~\[bz- V ) V , längs der die Gleichgewichtslage am langsamsten erreicht wird, und eine zweite Asymptote mit der Gleichung ?»(& +-\|52_1) f längs der die Gleichgewichtslage am schnellsten erreicht wird, besitzen, sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, daß die erste und die zweite Asymptote derart als Schaltlinien verwendet werden, so daß bei der ersten Asymptote die überkritische Dämpfung abgeschaltet wird und die Kreiselachse frei präzedjacen kann, bis ihre Bewegung in der Phasenebenen-Darstellung in die zweite Asymptote einmündet und an dieser Einmündung in die zweite Asymptote die überkritisch© Dämpfung für die Bewegung des Kreisels eingeschaltet wird, eine Bewegung, die sich entlang der zweiten Asymptote bis zu dem stabilen singu-obey the instantaneous azimuth angle of the centrifugal barrel axis, γ ■ ~ Q of motion of the spin axis ψ- the normalized current elevation angle of the circles! running axis (y is the actual elevation angle, T "^ 0 t normalized time ο" the supercritical damping ratio with respect to the azimuth plane, C the speed-proportional damping coefficient around the azimuth axis, H the torque of the rotor around the axis of the gyroscope, Sl the local horizontal component of the angular velocity of the earth's rotation, U) 0 »-J ^ Lo. the angular frequency of the undamped oscillation of the gyro axis in the local geographic latitude and M the pendulum moment around the elevation axis of the gyro axis, so that the locus curves in a phase plane representation of the movement have a first asymptote with the equation t «(& - ~ \ [b z - V) V, along which the equilibrium position is reached most slowly, and a second asymptote with the equation? »(& + - \ | 5 2 _1) f along which the equilibrium position is reached the fastest, provides the method according to the invention that the first and the second asymptote are used as switching lines in such a way that the supercritical damping is switched off at the first asymptote and the gyro axis can freely precess until its movement flows into the second asymptote in the phase plane representation and at this confluence into the second asymptote, the supercritical © damping for the movement of the gyro is switched on, a movement that is entl ang the second asymptote up to the stable singular

909834/09 7 1909834/09 7 1

lären Punkt an dem in der Meridionalebene gelegenen Ursprung fortsetzt. Vorzugsweise wird dann bei anfänglicher überkritischer Dämpfung während des dritten Zeitintervalls die Präzisionsbewegung der Laufachse des Kreisels von einer festen Stelle aus ohne Anfangsgeschwindigkeit einsetzen* lar point at the one located in the meridional plane Origin continues. In the case of an initial supercritical damping during the third Time interval, start the precision movement of the rotating axis of the top from a fixed point without starting speed *

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens sieht einen Fühler für die Momentangeschwindigkeit des Schwingers, einen auf den Fühler ansprechenden Dämpfer, der eine überkritische, zur Momentangeschwindigkeit proportionale Dämpfung erzeugt, und eine Steuerung vor, die in vorgewählten Wiederholungsintervallen während eines vorgewählten Zeitintervalles die erzeugte überkritische Dämpfung auf den Schwinger einwirken läßt. Diese Vorrichtung in einem Meridianweiser, der einen pendelförmipjen Kreisel mit horizontaler Laufachse enthält, die dazu neigt, sich aufgrund eines von der Erddrehung herrührenden Präzisionsmomentes um eine Vertikalachse in eine Meridianrichtung einzustellen, weist vorzugsweise einen Abgriff, der ein zur Bewegung der Laufachse um die Vertikalachse proportionales elektrisches Signal erzeugt, einen Signalgeber, der mit dem Abgriff elektrisch verbunden ist und das Abgriffsignal in ein der Geschwindigkeit der Bewegung der Laufachse proportionales elektrisches Signal umwandelt, einen Zeitgeber, der mit vorgewählter Wiederholungsgeschwindigkeit während vorgewählter Zeitdauer ein der Geschwindigkeit der Bewegung der Laufachse proportionales elektrisches Signal erzeugt, und einen mit dem Kreisel verbundenen Drehmomenterzeuger auf, der auf den Zeitgeber anspricht und zeitweise ein dem Präzisionsmoment entgegenwirkendes Drehmoment um die vertikale Achse entwickelt. Dabei ist es besonders günstig,The device according to the invention for carrying out the method provides a sensor for the instantaneous speed of the oscillator, a damper that responds to the feeler, the supercritical one to the instantaneous speed Proportional damping is generated, and a control prior to that at pre-selected repetition intervals during of a preselected time interval the generated supercritical Allow damping to act on the transducer. This device in a Meridianweiser, which has a pendelförmipjen Contains gyroscope with a horizontal axis, which tends to move due to a movement caused by the rotation of the earth Precision torque to adjust a vertical axis in a meridional direction, preferably has a tap that generates an electrical signal proportional to the movement of the barrel axis around the vertical axis, a signal generator which is electrically connected to the tap and converts the tap signal into one of the speed converts an electrical signal proportional to the movement of the running axis, a timer that is set with a selected Repetition speed during a preselected period of time on the speed of the movement of the running axis proportional electrical signal generated, and a torque generator connected to the gyro on, which responds to the timer and at times a torque counteracting the precision torque by the vertical axis developed. It is particularly cheap

9 0 9 8 3 Λ / U fJ 7 t9 0 9 8 3 Λ / U f J 7 t

die Bewegungen der Laufachse des Kreisels auf die horizontale Azimutebene zu beschränken. Weiterhin wird die erfindungsgemäße Vorrichtung noch bevorzugt dahin ausgestaltet, daß ein konzentrisch um die vertikale Achse des Kreisels drehbares Teil vorgesehen wird, dass weiter ein Abgriff, der ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von der Relativdrehung des Kreisels gegenüber dem drehbaren Teil erzeugt, ferner eine Hilfsvorrichtung zur Drehung des drehbaren Teiles um die vertikale Achse, um die Relativbewegung zwischen Kreisel und drehbarem Teil im wesentlichen auf Null zu reduzieren, schließlich eine Spannungsquelle, deren Spannung proportional zur Winkelgeschwindigkeit des drehbaren Teiles ist, dann ein Drehmomentenerzeuger, der auf diese Spannung anspricht, eine überkritische Dämpfung für die Bewegung des Kreisels um die vertikale Achse erzeugt und mit einer zweiten Spannungsquelle verbunden ist, und schließlich eine Einstellvorrichtung für die Steuerung des Drehmomenterzeugers vorgesehen ist, so daß er die Azimutalbewegung des Kreisels nur zeitweise behindert. Schließlich kann die Art der Abhängigkeit des Drehmomenterzeugers von der Spannung eine lineare Funktion sein. Vorteilhaft ist auch, wenn der Drehmomenterzeuger im wesentlichen linear von der Spannung abhängt, solange letztere unterhalb eines vorgewählten Spannungswertes bleibt, und im wesentlichen quadratisch von der Spannung abhängt, wenn letztere größer als der vorgewählte Wert ist. Dabei arbeitet der Drehmomenterzeuger vorzugsweise elektromagnetisch. Und überdies ist es recht vorteilhaft, wenn die Größe des vom Drehmomenterzeugers gelieferten Drehmomentes auf die geographische Breite des Kreiselortes mit Hilfe einer Stelleinrichtung eingestellt werden kann, um damit Veränderungenthe movements of the running axis of the top to the horizontal To restrict azimuth plane. Furthermore, the device according to the invention is preferably designed in such a way that that a part is provided that can be rotated concentrically about the vertical axis of the gyro, that further a tap that generates an electrical signal as a function of the relative rotation of the gyro with respect to the rotatable one Part generated, also an auxiliary device for rotating the rotatable part about the vertical axis to reduce the relative movement between the top and the rotatable part essentially to zero, ultimately one Voltage source, the voltage of which is proportional to the angular speed of the rotating part, then a torque generator, which responds to this voltage, a supercritical damping for the movement of the gyro generated around the vertical axis and connected to a second voltage source, and finally an adjustment device is provided for controlling the torque generator so that it can control the azimuthal movement of the gyro only temporarily disabled. Finally, the nature of the torque generator's dependence on voltage may be be a linear function. It is also advantageous if the torque generator is essentially linear from the Voltage depends, as long as the latter remains below a preselected voltage value, and essentially quadratic depends on the voltage if the latter is greater than the preselected value. The torque generator works here preferably electromagnetic. And moreover, it is quite advantageous if the size of the torque generator delivered torque to the geographical latitude of the gyro location with the help of an adjusting device can be adjusted to allow changes

0 9834/09 70 9834/09 7

die sich durch eine andere geographische Breite des Kreiselortes ergeben, auszugleichen. Dieser Ausgleich kann natürlich auch besonders gut dadurch herbeigeführt werden, daß die Intervallänge der ungedämpften Schwingung mit einer Stellvorrichtung entsprechend eingestellt wird.which is characterized by a different geographical latitude of the Result of the gyro location to compensate. This compensation can of course also be brought about particularly well in this way be that the interval length of the undamped oscillation is adjusted accordingly with an adjusting device.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Dämpfung der Schwingungen eines mechanischen Systems, um es zur Ruhe an oder in der Nähe seiner Gleichgewichtslage zu bringen,«lebt vor, daß iterativ ein fester Dämpfungszyklus angewandt wird, der aus einem ersten Intervall einer ungedämpften Bewegung unddaran anschließend einem zweiten Intervall einer überkritisch gedämpften Bewegung besteht.. Dieses Verfahren .wird mit einer hinreichenden Anzahl von Schritten solange ausgeführt, bis das System sich seiner Gleichgewichtslage soweit wie erwünscht angenähert hat.The method according to the invention for damping the vibrations of a mechanical system in order to bring it to rest or to bring it close to its equilibrium position, «lives proposed that a fixed damping cycle was iteratively applied that is made up of a first interval of undamped movement followed by a second interval a supercritically damped movement. This procedure. is carried out with a sufficient number of steps carried out until the system has approached its equilibrium position as much as desired.

Die bevorzugte Anwendung dieser Dämpfungsmethode geschieht bei Meridianweisern, bei denen das erste Intervall der ungedämpften Bewegung aus der freien Präzession der Kreisellaufachse gegen die Meridionalebene besteht und an die sich das zweite Intervall der überkritischen Dämpfung anschließt, das die Laufachse näher an die Meridionalebene heranbringt als es bei dem sich selbst Überlassen der Bewegung geschehen würde. Indem diese Intervalle hinreichend oft aneinandergereiht werden, kann die Laufachse des meridianweisenden Kreisels so nahe an die Meridionalebene herangebracht werden, wie es von den Anforderungen her erwünscht ist.The preferred application of this dampening method happens with meridian pointers, in which the first interval of the undamped movement consists of the free precession of the rotary axis against the meridional plane and on which is followed by the second interval of supercritical damping, which is the running axis closer to the meridional plane than it would if the movement were left to itself. By making these intervals sufficient are often strung together, the axis of the meridian-pointing top can be so close to the meridional plane be brought in as required by the requirements.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ganz allgemein auf jedes mechanische schwingungsfähige System mit mehrerenThe method according to the invention can generally be applied to any mechanical vibratory system with several

909834/097 1909834/097 1

Freiheitsgraden angewandt werden, insbesondere natürlich auf solche Systeme, deren Bewegung der Differentialgleichung Degrees of freedom are applied, in particular, of course, to those systems whose motion is the differential equation

m . ^ + C . Ο + kx » 0 2 dtm. ^ + C. Ο + kx »0 2 German

dtGerman

gehorchen. Die Bewegung derartiger Systeme, die sowohl pendeiförmige wie nicht pendeiförmige meridianweisende Kreisel umfassen, können graphisch in einem Phasenebenen-Diagramm dargestellt werden, in dem die Bewegungsgleichung in der l<'ormto obey. The movement of such systems, the pendulum-shaped as well as the non-pendulum-shaped meridian pointing Gyroscopic can be represented graphically in a phase plane diagram in which the equation of motion in the l <'orm

v · ti + 2 ^ v + x " ° ■ v · ti + 2 ^ v + x "° ■

geschrieben wird. Dabei bedeutet χ die Auslenkung des Systems aus seiner Gleichgewichtslage, ferner i3t ν * x1 = -j~ , ferner schließlich S » —=— gleich dem Dämpfungsverhältnis T » ωοΐ, und ω,» -u jj ist die Kreisfrequenz des ungedämpften Systems und schließlich t ist die Zeit. In diesem Phasendiagramm wird die Größe ν gegen die Auslenkung χ abgetragen. Phasenebenen-Diagramme sind für die Analyse von oszillatorischen oder vibratorischen Systemen sehr nützlieh. Diese Art der Untersuchung ist auch aus der einschlägigen Literatur über mechanische Schwingungen hinreichend bekannt·is written. Here χ means the deflection of the system from its equilibrium position, further i3t ν * x 1 = -j ~, further finally S »- = - equal to the damping ratio T» ω ο ΐ, and ω, »-u jj is the angular frequency of the undamped Systems and finally t is the time. In this phase diagram, the variable ν is plotted against the deflection χ. Phase plane diagrams are very useful for analyzing oscillatory or vibratory systems. This type of investigation is well known from the relevant literature on mechanical vibrations

Wenn ^- 0 ist, dann sind die Bahnkurven in der χ,ν-Ebene Kreise, deren Radien durch die Aufangewerte der Auslenkung Xq gegeben sind. Wenn S ton 0 verschieden ist, dann sind die Bahnkurven in der Phasaneben® teilweise gerade Linien mit Ausnahme in der Nachbarschaft einer Asymptote, deren Gleichung lautetIf ^ - 0, then the trajectories in the χ, ν-plane are circles whose radii are given by the added values of the deflection Xq. If S ton 0 is different, then the trajectories in the Phasaneben® are partly straight lines with the exception of the neighborhood of an asymptote whose equation is

900834/097900834/097

an die sich alle Bahnkurven bei ihrer Annäherung an den stabilen, singulären Punkt im Ursprung der Phasenebene asymptotisch anschmiegen. Ein Aufpunkt P (x,v), der den augenblicklichen Zustand des Systems repräsentiert, läuft mit fortschreitender Zeit auf derjenigen Bahnkurve für die gedämpfte Bewegung, die durch die Anfangsbedingungen bestimmt ist. Bei der Annäherung an die Asymptote läuft er an ihr entlang auf den Ursprung zu, den er theoretisch nach unendlicher Zeit erreicht. Eine Ausnahme für diese Art der Annäherung an den Ursprung ist jene Bahnkurve, deren Gleichung lautetto which all trajectories approach the stable, singular point at the origin of the phase plane huddle asymptotically. A starting point P (x, v), which represents the current state of the system, runs with increasing time on the trajectory for the damped movement that is caused by the initial conditions is determined. When approaching the asymptote, he runs along it towards the origin he is theoretically reached after an infinite amount of time. An exception to this way of approaching the origin is that Trajectory whose equation is

χ1 + (0+"Vd-I)-X-Oχ 1 + (0+ "Vd-I) -XO

die praktisch eine zweite Asymp.tote des Systems darstellt und entlang der die Bewegung sehr schnell auf die Nähe des singulären Punktes im Ursprung hin fortschreitet. Diese beiden Asymptoten sind Bahnkurven der langsamsten bzw. schnellsten Annäherung an den singulären Punkt im Ursprung.which practically represents a second asymp. dead of the system and along which the movement comes very quickly to the vicinity of the singular point in the origin advances. These two asymptotes are trajectories of the slowest or the fastest approach to the singular point at the origin.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Dämpfung des Systems, dessen Gleichgewichtslage mit dem singulären Punkt in der Phasenebene zusammenfällt, besteht darin, daß das System mit der Geschwindigkeit 0 von ihrer außerhalb des Gleichgewichtszustandes befindlichen Lage freigelassen wird, daß der Aufpunkt entlang der Kreisperepherie, die durch die Anfangsauslenkung bestimmt ist, fortschreitet, bis er am Schnittpunkt zwischen der Bahnkurve für die ungedämpfte und der Bahnkurve für die gedämpfte Bewegung, die durch die schnelle Asymptote repräsentiert wird, ankommt. An dieser Stelle wird die Dämpfung eingeschaltetThe inventive method for damping the system whose equilibrium position with the singular point in the Phase level coincides with the fact that the system with the speed 0 of their out of equilibrium located position is left free that the starting point along the Kreisperpherie, which by the initial displacement is determined, progresses until he at the intersection between the trajectory for the undamped and the trajectory for the damped movement, represented by the fast asymptote arrives. At this point the attenuation is switched on

909834/0971909834/0971

und der Aufpunkt P (x,v) bewegt sich schnell entlang der schnellen Asymptote in die Nähe des stabilen singulären Punktes am Ursprung, der der Gleichgewichtslage. des Systems entspricht. .and the starting point P (x, v) moves quickly along the fast asymptote in the vicinity of the stable singular Point at the origin, that of the equilibrium position. of the system. .

Die schnelle Asymptote ist auf diese Weise eine Art Schaltlinie mit der Ausnahme, daß der Schaltvorgang nicht durch die schnelle Asymptote eingeleitet wird, sondern vielmehr dadurch, daß das Intervall der ungedämpften Bewegung so vorbestimmt wird, daß zur Zeit des Einschaltens der Aufpunkt an der schnellen Asymptote sein wird.The fast asymptote is kind of like this Switching line with the exception that the switching process is not initiated by the fast asymptote, but rather, in that the interval of the undamped movement is predetermined so that at the time of switching on the starting point will be at the fast asymptote.

Aufgrund von Fehlern im Zeitgeber kann es passieren, daß das Umschalten vom ungedämpften in den gedämpften Zustand des Systems entweder zu früh oder zu spät stattfindet, so daß der Aufpunkt entlang einer der benachbarten Bahnkurven fortschreitet anstatt auf der direkt zu dem Ursprung führenden schnellen Asymptote weiterzulaufen, so daß er von der -langsamen Asymptote eingefangen und niemals den Ursprung oder die Gleichgev/ichtslage erreichen wird. Um diese Fehlleistung auszuschalten, wird der ursprüngliche Zyklus, der aus einem engten Zeitintervall der freien ungedämpften Bewegung und einem anschließenden zweiten Zeitintervall der gedämpften Bewegung besteht, wiederholt, indem ein neues Intervall der ungedämpften Bewegung von der ersten Lage des Aufpunktes auf der langsamen Asymptote ausgehend eingeleitet wird. Nach abgeschlossenem zweiten Zyklus wird der Punkt wieder auf der langsamen Asymptote fast zur Ruhe kommen. Der zweite Treffpunkt des Aufpunktes mit der langsamen Asymptote stellt eine näher am Ursprung befindliche Lage dar als der erste Treffpunkt am Ende des ersten Dämpfungszyklus. Auf diese Weise ist es durch iteratives Wiederholen desDue to errors in the timer it can happen that switching from the undamped to the damped state of the system takes place either too early or too late, so that the starting point is along one of the neighboring Orbit curves instead of continuing on the fast asymptote leading directly to the origin, so that he was caught by the -slow asymptote and will never reach the origin or equilibrium. In order to eliminate this failure, the original cycle, which consists of a narrow time interval, is used the free undamped movement and a subsequent second time interval of the damped movement, repeated by adding a new interval of undamped movement from the first position of the starting point to the slow one Asymptote is initiated starting out. After the second cycle has been completed, the point will return to the slow asymptote almost come to rest. The second meeting point of the starting point with the slow asymptote represents a location closer to the origin than the first meeting point at the end of the first dampening cycle. This way it's by iteratively repeating the

909834/09 7909834/09 7

Verfahrens möglich, so nahe an den Ursprung wie nötig heranzukommen, und zwar trotz Fehlern in der zeitlichen Dimensionierung des Intervalles der freien, ungedämpften Bewegung.Method possible to get as close to the origin as necessary, despite errors in the temporal Dimensioning the interval of free, undamped movement.

Es ist offensichtlich,, daß die langsame und die schnelle Asymptote, die Charakteristiken des Systems sind, als Bezugs- oder Führungslinien dienen, und daß im besonderen die langsame Asymptote eine feste Bezugslinie abgibt, von der die ungedämpfte Bewegung bei jedem Zyklus ausgeht; auf diese .Veise wird ein sich kumulierender Fehler in der Lage des den Zustand des Systems repräsentierenden Aufpunktes P aufgrund eines einzelnen konstanten Zeitgeberfehlers für das Intervall der ungedämpften Bewegung vermieden.It is obvious, that the slow and the fast Asymptotes, which are characteristics of the system, serve as reference or guide lines, and that in particular the slow asymptote provides a fixed reference line from which the undamped movement is based on each cycle; in this way, a cumulative error in the location of the reference point P representing the state of the system due to a single constant timer error avoided for the interval of undamped movement.

Diese Art des Dämpfungsverfahrens ist von besonderem Wert für die Dämpfung eines meridianweisenden Kreisels, aufgrund deren er schnell und von einer anfänglichen Auslenkung aus in oder in der Nähe von der Meridionalebene zur Ruhe kommt.This type of damping method is of particular value for the damping of a meridian-pointing top, due to which it moves quickly and from an initial deflection in or near the meridional plane comes to rest.

Die Benutzung der schnellen und langsamen Asymptote als Schaltlinien ist eine bevorzugte Ausführung des allgemeineren Verfahrens der Anwendung zweier Schaltlinien, von denen eine zur Bestimmung des Anwendungszeitpunktes für die überkritische Dämpfung und die andere für die Bestimmung des Zeitpunktes für die Aufhebung der Dämpfung und des Übergangs in die ungedämpfte oder Eigenbewegung benutzt wird.The use of the fast and slow asymptotes as switching lines is a preferred implementation of the more general one Procedure for the application of two switching lines, one of which is used to determine the time of application for the supercritical damping and the other for determining the point in time for the cancellation of the damping and the transition to the undamped or proper motion is used.

Pie Bestimmung des Zeitintervalle für den Aufpunkt, um am Ende der anfänglichen ungedämpften Bewegung in die vorgewählte Schaltlinie einzumünden, vereinfacht sich,Pie Determination of the time interval for the starting point to at the end of the initial undamped movement into the merging the preselected switching line is simplified,

'909834/09 71'909834/09 71

wenn der Schwinger des Systems ohne Anfangsgeschwindigkeit startet. Diese Bedingung wird dadurch erfüllt, daß gleichzeitig mit der Freigabe des Systems aus ihrer anfänglichen Auslenkung überkritische Dämpfung angewandt wird. Dadurch kommt die langsame Asymptote ins. Spiel, so daß der Aufpunkt, der jetzt auf einer Bahnkurve für die gedämpfte Bewegung läuft, die langsame Asymptote nicht schneiden kann, vielmehr fast zur Ruhe auf ihr kommt, so daß die ungedämpfte Bewegung von der langsamen Asymptote ausgehend eingeleitet wird«,when the system's transducer starts with no initial speed. This condition is met by that supercritical damping is applied simultaneously with the release of the system from its initial deflection will. This brings the slow asymptote into the. Game so that the starting point, which is now on a trajectory for the muffled movement is running, the slow asymptote cannot intersect, but rather almost to rest on it comes so that the undamped movement from the slow Asymptote is initiated ",

Die Vorrichtung, mit der die dämpfende Kraft erzeugt und wahlweise angewandt wird, umfaßt einen Fühler für die Geschwindigkeit, mit der sich der Schwinger auf seine Gleichgewichtslage hin bewegt. Die Vorrichtung weist ferner einen Dämpfer auf, der auf den Fühler und damit auf die Momentangeschwindigkeit des Schwingers anspricht und die dämpfende Kraft erzeugt, die proportional der Geschwindigkeit des Schwingers ist. Die dämpfende Kraft wird auf den Schwinger über einen Zeitgeber gegeben, der das Zeitintervall bestimmt, in dem die dämpfende Kraft angewandt wird, und der außerdem das Zeitintervall zwischen den einzelnen Anwendungen der dämpfenden Kraft beim Verfahren mit der iterativen Dämpfung bestimmt«,The device with which the damping force is generated and optionally applied comprises a feeler for the Speed with which the transducer moves towards its equilibrium position. The device has also a damper that responds to the sensor and thus to the instantaneous speed of the transducer and generates the damping force which is proportional to the speed of the vibrator. The dampening force is given to the transducer via a timer that determines the time interval in which the damping force is applied, and also the time interval between the individual applications of the damping force in the iterative damping method «,

Das Zeitintervall zwischen den Anwendungen der dämpfenden Kraft wie auch die Größe der dämpfenden Kraft sind einstellbar, um Veränderungen der Arbeitsbedingungen zu kompensieren, die sich z.B. durch Änderungen der geographischen Breite für den Pail ergeben, daß der Schwinger aus der Laufachse eines Meridianweisers besteht.The time interval between the applications of the damping force as well as the size of the damping force can be set, to compensate for changes in working conditions, e.g. due to changes in geographical Width for the pail show that the transducer consists of the running axis of a meridian pointer.

909834/0971909834/0971

In einer anderen Ausführungsform kann die erzeugte dämpfende Kraft dem Quadrat der Momentangeschwindigkeit proportional sein oder aber sie kann zunächst der Momentangeschwindigkeit proportional sein, wenn die Geschwindigkeit unterhalb einem vorgewählten Wert liegt, und kann dann dem Quadrat der Momentangeschwindigkeit proportional sein, wenn diese Geschwindigkeit einen zweiten vorgewählten Wert übersteigt.In another embodiment, the damping force generated can be the square of the instantaneous speed be proportional or it can initially be proportional to the instantaneous speed, if the speed is below a preselected value, and can then be the square of the current speed be proportional if this speed exceeds a second preselected value.

Die erfindungsgemäßen Merkmale und Vorteile gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der beigefügten Zeichnungen hervor. Es zeigen:The features and advantages according to the invention are furthermore apparent from the following description of an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings. Show it:

Fig. 1 das Phasenebenen-Diagramm einer normierten, ungedämpften Schwingung eines Schwingers;1 shows the phase level diagram of a normalized, undamped oscillation of a vibrator;

Fig. 2 das Phasenebenen-Diagramm einer normierten, überkritisch gedämpften Schwingung eines Schwingers;2 shows the phase level diagram of a normalized, supercritically damped oscillation of a Schwingers;

Fig. 3 das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Dämpfers;3 shows the block diagram of an inventive Damper;

Fig. 4- und 5 eine Auftragung des Dämpfungsverhältnisses gegen die Zeitintervalle der iterativen Dämpfung;FIGS. 4 and 5 are a plot of the damping ratio versus the time intervals of the iterative damping;

Fig. 6 das Phasenebenen-Diagramm des allgemeinen6 shows the phase level diagram of the general

erfindungsgemäßen Verfahrens der iterativen Dämpfung;method of iterative damping according to the invention;

Fig. 7 und 8 das Phasenebenen-Diagramm einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens der iterativen Dämpfung;7 and 8 the phase level diagram of a preferred embodiment of the invention Method of iterative damping;

Fig. 9 die Phasenebenen-Darstellung einer ungedämpften Bewegung und einer überkritisch gedämpften Bewegung entlang der schnellen Asymptote;9 shows the phase level representation of an undamped movement and a supercritical one subdued movement along the fast asymptote;

90983A/097190983A / 0971

Pig. 10 die Phasenebenen-Darstellung der erfindungsgemäßen iterativen Dämpfung für die unter einem negativen Anfangswinkel einsetzende Bewegung; undPig. 10 shows the phase level representation of the invention iterative damping for the one starting at a negative starting angle Move; and

Fig. 11 die Phasenebenen-Darstellung einer ungedämpften, mit großem Anfangswinkel einsetzenden Bewegung eines Schwingers aufgrund einer Rückstellkraft, die dem Sinus der Auslenkung proportional ist.11 shows the phase plane representation of an undamped, starting with a large starting angle Movement of an oscillator due to a restoring force that is proportional to the sine of the deflection.

Vorrichtungen mit Oszillatoren oder Vibratoren können besonders leicht dadurch analysiert werden, daß man die Bewegungsgleichungen der Schwingers und die graphischen Lösungakurven der Gleichungen für die Bewegungen der Vorrichtung betrachtet.Devices with oscillators or vibrators can be analyzed particularly easily by having the Equations of motion of the oscillator and the graphic solution curves of the equations for the movements of the device considered.

In einer erfindungsgemäßen Ausführung besteht die Vorrichtung mit einem Schwinger, der eine periodische Bewegung um eine Gleichgewichtslage ausführt, aus einem meridiansuchenden Kreisel;gleichwohl ist die Erfindung keineswegs auf diese besondere Vorrichtung beschränkt, sondern in gleicher Weise "auf irgendeine andere Vorrichtung mit einem Schwinger anwendbar, etwa auf gewöhnliche Schwerependel, bifilare und trifilare Pendel, Torsionspendel, federzentrierte Wellen und federnd gelagerte Massen. In der nachfolgenden Beschreibung wird Jedoch nur von einem meridiansuchenden Kreisel gesprochen.In one embodiment according to the invention, the device consists of a vibrator that has a periodic movement executes around a position of equilibrium, from a meridian-seeking top; nevertheless the invention in no way limited to this particular device, but in the same way "to any other device Can be used with a transducer, for example on ordinary gravity pendulums, bifilar and trifilar pendulums, torsion pendulums, spring-centered shafts and spring-mounted shafts Crowds. In the following description, however, only a meridian-seeking top is spoken of.

Es gibt im allgemeinen zwei Arten von meridiansuchenden Kreiseln und jede dieser beiden Arten ist gleich gut zur Erläuterung der Erfindung geeignet* Es handelt'sich um pendeiförmige Kreisel und um nicht pendeiförmige Kreisel, In der Beschreibung wird von dem pendeiförmigen, meridiansuchenden Kreisel ausgegangen.There are generally two types of meridian-seeking gyroscopes and each of these two types is equally good at Explanation of the invention suitable * It concerns pendulum-shaped tops and around non-pendulum-shaped tops, In the description of the pendulum-shaped, meridian-seeking Roundabout run out.

909834/09 7909834/09 7

Ein derartiger Kreisel enthält einen rotierenden Läufer, eine Laufachse-, die in einem Statorrahmen gelagert ist, und eine Antriebsvorrichtung. Der Kreisel selbst sitzt in einem Gehäuse, das bei einem pendeiförmigen Kreisel zwei Freiheitsgrade besitzt, und zwar einen Freiheitsgrad um eine Elevationsachse und den anderen Freiheitsgrad um eine azimutale Achse. Bei einem pendeiförmigen Kreisel, der der Beschreibung zugrunde liegt, ist die Bewegung der Laufachse gleichbedeutend mit der Bewegung des Gehäuses, in dem der Kreisel untergebracht ist.Such a gyroscope contains a rotating rotor, a running axis, which is mounted in a stator frame, and a drive device. The top itself sits in a housing, which is the case with a pendulum-shaped top has two degrees of freedom, namely one degree of freedom around an elevation axis and the other degree of freedom around an azimuthal axis. With a pendulum top, on which the description is based, the movement of the barrel axis is synonymous with the movement of the housing, in which the gyro is housed.

Für kleine Auslenkungswinkel können die Bewegungsgleichungen eines gedämpft schwingenden meridiansuchenden Kreisels in der vereinfachten Form beschrieben werden:For small deflection angles, the equations of motion of a dampened swinging meridian-seeking top can be described in the simplified form:

C & + H-/I4/ - H d£ - 0 (1)C & + H- / I4 / - H d £ - 0 (1)

H dp + MO » 0 (2)H dp + MO »0 (2)

dabei bedeuten C den Dämpfungsfaktor für die azimutale Achse; γ den Azimutwinkel, der nach Osten positiv gezählt wird; H den Drall des Kreiselrotors um die Laufachse; —iX die örtliche Horizontalkomponente der Winkelgeschwindigkeit COe. der Erde; Q den Elevationswinkel, der nach oben positiv gezählt wird; M das Drehmoment um die Elevationsachse; und t die Zeit.where C is the damping factor for the azimuthal axis; γ is the azimuth angle, which is counted positive to the east; H the swirl of the gyro rotor around the axis of rotation; —IX is the local horizontal component of the angular velocity COe. the earth; Q is the elevation angle, which is counted positively upwards; M is the torque about the elevation axis; and t the time.

In den Gleichungen (1) und (2) wurden die Dämpfung um die Elevationsachse und die Trägheitsmomente des Kreiselgehäuses und des Kreisellaufrades um die beiden zur Laufachse senkrechten Achsen vernachlässigt. Im Vergleich zu den übrigen Größen sind die genannten vernachlässigbarIn equations (1) and (2), the attenuation was around the elevation axis and the moments of inertia of the gyro housing and the impeller to the two Running axis, vertical axes neglected. Compared to the other sizes, the mentioned ones are negligible

909834/09 7 1909834/09 7 1

klein und werden gewöhnlich bei der Untersuchung der Arbeitsweise eines pendeiförmigen meridiansuchenden Kreisels außer Betracht gelassen. Das Fehlen dieser Größen in den folgenden Gleichungen macht die Ergebnisse der Analyse keineswegs ungültig; vielmehr wird dadurch das Systems einer Darstellung in der Phasenebene zugänglich. Ferner ist es bequem, die Gleichungen (1) und (2) durch Einführung einer dimensionslosen Zeit c]~~ ■ CO01 zu normie ren, wobei lOq die Eigenfrequenz des ungedämpCten Systems iat LÜo?»^ , ferner §^> - 2 S undsmall and are usually left out of consideration when examining the operation of a pendulum-shaped meridian-seeking top. The absence of these quantities in the following equations in no way invalidates the results of the analysis; rather, this makes the system accessible to a representation in the phase level. Furthermore, it is convenient to normalize equations (1) and (2) by introducing a dimensionless time c ] ~~ ■ CO 0 1, where 10q is the natural frequency of the undamped system iat LÜo ? »^, Also § ^> - 2 S and

Mit diesen Substitutionen in den Gleichungen (1) und (?) ergibt sichWith these substitutions in equations (1) and (?) We get

2 ά 4*"" + v - P 2 ά 4 * "" + v - P

Ö.T ι α. f
und
Ö.T ι α. f
and

or 3or 3

'.Vie bekannt, führt das Ende der Laufachse eines ungedämpften Kreisels eine Bewegung längs einer Ellipse in einer Vertikalebene aus, die senkrecht auf der Meridionalebene steht, und wobei die Hauptachse der Ellipse in der Azimutebene und die Nebenachse der Ellipse in der Meridionalebene liegen. Durch die Substitution ~~q~ s "§ wird aus der normalerweise durchlaufenen Ellipse ein Kreis$ mit dessen Hilfe eine Darstellung der Bewegung sehr einfach wird» Die gedämpfte Bewegung wird natürlich entsprechend verändert sein$ da die Elevations- und die Azimutal-Achse jetzt den gleichen Skalenfaktor haben»As is well known, the end of the running axis of an undamped gyroscope moves along an ellipse in a vertical plane which is perpendicular to the meridional plane and the major axis of the ellipse being in the azimuth plane and the minor axis of the ellipse being in the meridional plane. The substitution ~~ q ~ s "§ turns the normally traversed ellipse into a circle $ with the help of which a representation of the movement becomes very simple» The damped movement will of course be changed accordingly $ since the elevation and azimuthal axes are now the have the same scale factor »

Trennung der Variablen in den Gleichungen (3) und (4) führt zuSeparation of the variables in equations (3) and (4) leads to

90 9 834/09 /i90 9 834/09 / i

dt1 German 1

IfIf

Die Gleichung (5) für die Azimutalbewegung int eine Differentialgleichung zweiter Ordnung mit dem Parameter ο der das Dämpfungsverhältnis des Systems bezeichnet. So bedeutet <S < 1 ein schwach gedämpftes System, dessen Lösung mit einer gedämpften Sinuskurve ausgedrückt werden kann. S '= 1 bedeutet kritische Dämpfung, die auf eine lineare algebraische Funktion mit Dämpfungsglied führt, während ά > 1 ein stark gedämpftes oder überkritisch gedämpftes System darstellt. Schließlich bedeutet σ = O ein ungedämpftes System, dessen Lösung eine Sinuskurve darstellt, zu der bei kleinen Winkeln eine einfache harmonische Bewegung gehört.The equation (5) for the azimuthal movement int a differential equation of the second order with the parameter ο which denotes the damping ratio of the system. So <S <1 means a weakly damped system, the solution of which can be expressed with a damped sinusoid. S '= 1 means critical damping, which leads to a linear algebraic function with an attenuator, while ά> 1 represents a heavily damped or supercritically damped system. After all, σ = O means an undamped system, the solution of which is a sinusoidal curve, to which a simple harmonic movement belongs at small angles.

Die Lösung der Gleichungen (5) und (6) sind für den ungedämpften FallThe solutions to equations (5) and (6) are for the undamped case

= Y0 cos T - f ο sin r (5a)= Y 0 cos T - f ο sin r (5a)

β V0 sin T + ^ cos rt' (6a)β V 0 sin T + ^ cos r t '(6a)

für o= O; im überkritisch gedämpften Fall, bei dem S »1 ist, giltfor o = O; in the supercritically damped case, in which S »1, the following applies

γ■« e h^cosh -^I + γ ■ «eh ^ cosh - ^ I +

^ « e (fcosh^T + -3Ii-I—i2^ «E (fcosh ^ T + -3Ii-I-i2

wobei ^r0 der anfängliche Azimutwinkel, £ der anfängliche Elevationswinkel und ·>ι ■ ιί ^ - 1 ist. where ^ r 0 is the initial azimuth angle, £ the initial elevation angle and ·> ι ■ ιί ^ - 1.

Gleichung (5) ist die allgemeine Gleichung für ein ge-909834/0971 Equation (5) is the general equation for a 909834/0971

dämpftes lineares schwingungsfähiges Gebilde mit einem Freiheitsgrad. Ein Beispiel eines derartigen Gebildes ist etwa eine Schraubenfeder mit einem Freiheitsgrad. Die Diskussion der Eigenschaften dieser linearen Schwinger ist aus der Literatur hinlänglich bekannt. Gleichung (5) gilt weiterhin für die azimutale Bewegung sowohl der pendeiförmigen als auch der nicht pendeiförmigen meridianweisenden Kreisel, wobei dann V" den Anzimutwinkel unddamped linear vibratory structure with a Degree of freedom. An example of such a structure is a helical spring with one degree of freedom. The discussion of the properties of these linear oscillators is well known from the literature. equation (5) also applies to the azimuthal movement of both the pendulum-shaped and the non-pendulum-pointing meridian-pointing Gyroscope, where V "is the angle of azimuth and

0 das Dämpfungsverhältnis um die Azimutachse bedeuten. Für einen nicht pendeiförmigen Kreisel ist die Eigen- 0 mean the damping ratio around the azimuth axis. For a non-centrifugal pendeiförmigen the suitability is en-

I ti /) 'I ti /) '

frequenz der ungedämpften Bewegung . coo « -W -^ frequency of undamped movement. co o «-W - ^

mit I dem Trägheitsmoment bezogen auf die Azimutachse.where I is the moment of inertia in relation to the azimuth axis.

Das Verhalten des Kreisels wird zum besseren Verständnis der Erfindung in der Phasenebenen-Darstellung wiedergegeben, in der die dimensionslose kzimutgeschwindigkeit ( -s-T-r- ) der Laufachse gegen die azimutale Auslenkung ( γ ) der Laufachse aufgetragen ist. Derartige Phasenebenen-Diagramme sind ebenfalls aus der Literatur bekannt und ein nützliches Hilfesmittel für die Erörterung der Eigenschaften schwingungsfähiger Gebilde. Führt man die Abkürzung yr » -j~~ ein, dann kann die Gleichung umgeformt werdenFor a better understanding of the invention, the behavior of the gyro is shown in the phase plane representation in which the dimensionless speed (-sTr-) of the barrel axis is plotted against the azimuthal deflection (γ) of the barrel axis. Such phase plane diagrams are also known from the literature and are useful tools for discussing the properties of vibratory structures. If one introduces the abbreviation yr » -j ~~ , then the equation can be transformed

d τ . ο C. t . ,.._ λ (ο} d τ. ο C. t . , .._ λ (ο}

in der die dimensionslose Zeit T eliminiert wurde, um eine Gleichung in ψ und y zu erhalten. Die Lösung der Gleichung (7) ist die Ortskurve für die Laufachse in derin which the dimensionless time T has been eliminated to obtain an equation in ψ and y . The solution to equation (7) is the locus for the running axis in the

^r , y ' -Ebene. In dem Diagramm dient der Punkt P als Aufpunkt; seine Lage auf der Ortskurve gibt die Auslenkung und die Geschwindigkeit des Endes der Laufachse zu,einer bestimmten Zeit an.^ r, y ' plane. In the diagram, the point P serves as the starting point; its position on the locus indicates the deflection and the speed of the end of the axis to a certain time.

909834/0971909834/0971

Wenn ο ■ O ist, dann reduziert sich die Gleichung (7) aufIf ο ■ is O, then equation (7) is reduced on

(8)(8th)

mit den bekannten Lösungenwith the known solutions

y'2 + γ-2 - C (9) y ' 2 + γ- 2 - C (9)

in denen die Konstante G auf der rechten Seite durch die Anfangsbedingungen festgelegt ist. Wenn T » 0, ψ »in which the constant G on the right is determined by the initial conditions. If T »0, ψ »

und ^ »]rfl ist, dann ist G » f0 und die Gleichung (9) wird zu and ^ »] r fl, then G" f 0 and the equation (9) becomes

/2 2 iir 2 (9a)/ 2 2 iir 2 (9a)

Diese Gleichungen beschreiben eine Menge konzentrischer Kreise mit dem Radius If0 und entspricht der Fräzessionsbewegung des Kreisels aufgrund der Wirkung des durch die Erddrehung hervorgerufenen Drehmomentes.These equations describe a number of concentric circles with the radius If 0 and correspond to the milling movement of the top due to the effect of the torque caused by the rotation of the earth.

Die Lösungskurven der Gleichung (9a) in der Phasenebene entsprechen den Kurven a, b und c in der Fig. 1. Der Aufpunkt P bewegt sich in Fig· 1 im Uhrzeigersinn mit konstanter Winkelgeschwindigkeit auf einem Kreis mit dem Radius *yro· ^e momentane Lage des Punktes P ist durch den Winkel Y bestimmt, der konventionsgemäß negativ ist. Die Augenblickswerte von y und y1 sind dann gegeben durch y » yo (5-cos T und γ' » "ψο sin T . Ein anderes Verfahren zur Betrachtung der ungedämpften Präzessionsbewegung der Laufachse eines meridianweisenden Kreisels besteht darin, die Auslenkung | , die proportional der Auslenkung um die Elevationsach.se ist, gegen die Auslenkung γ um die azimutale Achse aufzutragen, d.h. das Verhalten des Kreisels mit einer V , f -Koordinatenebene darzustellen. Da ^ dem negativen ψ1 gleich ist (Glei-The solution curves of equation (9a) in the phase plane correspond to curves a, b and c in FIG. 1. The reference point P moves clockwise in FIG. 1 at a constant angular velocity on a circle with the radius * y r o · ^ The current position of the point P is determined by the angle Y, which is conventionally negative. The instantaneous values of y and y 1 are then given by y » y o (5-cos T and γ ' » "ψο sin T. Another method for considering the undamped precession movement of the axis of a meridian-pointing top is to determine the deflection |, the proportional to the deflection about the Elevationsach.se is γ against the deflection about the azimuthal axis to apply, ie, the behavior of the gyro with a V, f represent coordinate plane. Since ^ is equal to the negative ψ 1 (the same

909834/0371909834/0371

chung 6), wird diese Koordinatenebene durch Drehen der Fig. 1 um 180° um die ψ-Achse erhalten. Dies ergibt die bekanntere γ*, f -Ebene, in der die Bewegung im Gegenuhrzeigersinn stattfindet und der Winkel T positiv ist.chung 6), this coordinate plane is obtained by rotating FIG. 1 by 180 ° about the ψ axis. This results in the more well-known γ *, f -plane, in which the movement takes place counterclockwise and the angle T is positive.

Für überkritisch gedämpfte Systeme, bei denen o» 1 ist, hat die Gleichung (7) in einer.Phasenebenen-Darstellung eine Lösung, die wesentlich verschieden von dem FallFor supercritically damped systems where o »1, has the equation (7) in a phase plane representation a solution that is substantially different from the case

k ■ 0 ist, wie er in Fig„ 1 dargestellt ist. Die Lösungskurven der Gleichung 7 für o» 1 bilden eine in Fig. 2 wiedergegebene Kurvenschar. Diese Kurven sind fast geradlinige und parallele Linien (d -.h in Fig„ 2) mit Ausnahme der Umgebung der Geraden A1 - A1. Die Gleichung der Geraden JU - A1 lautet k ■ 0 as shown in FIG. The solution curves of equation 7 for o »1 form a family of curves shown in FIG. These curves are almost straight and parallel lines (d -.h in FIG. 2) with the exception of the vicinity of the straight lines A1-A1. The equation of the straight line JU - A1 is

Die Gerade ist eine Asymptote, die von keiner Lösungskurve geschnitten werden kann und an die sich jede Lösungskurve asymptotisch annähert und auf einen singulären Punkt,dem Ursprung 20, zuläuft»The straight line is an asymptote, that of no solution curve can be cut and to which every solution curve approaches asymptotically and to a singular point, the Origin 20, approaching »

Der Aufpunkt P in Figo 2 mit den Anfangsbedingungen ψ'» f0 The starting point P in Fig o 2 with the initial conditions ψ '»f 0

ψ* a Y0 wird auf der Kurve f von dem Punkt Vo „ ψ ο ausgehend la Richtung auf die- Gerade A1-A1 entlanglaufen und sich letzterer bei der toaalierrajg an den Ursprung 2O9 der der Punkt des stabilen Gleichgewichts ist, asymptotisch annähern. ψ * a Y 0 is on the curve F from the point Vo "ψ ο starting la toward DIE straight A1-A1 run along and the latter at the origin 2O 9 of the point of stable equilibrium is toaalierrajg, converge asymptotically.

'Die Bewegung entlang -der Asymptote A1-A1 ist die langsamste Affnäherung an den Ursprung, die der Kriechbewegung der üblichen stark gedämpften Systeme entspricht»The movement along the asymptote A1-A1 is the slowest Approaching the origin, that of the creeping movement of the corresponds to the usual strongly damped systems »

909834/09 7909834/09 7

In der vorliegenden Erfindung wird ein überkritisches Dämpfungsverhältnis verwandt. Es werde angenommen, daß dieses Dämpfungsverhältnis das Zehnfache der kritischen Dämpfung ist. Ein derartig großer Wert des Dämpfungsverhältnisses ( 6 a 10) bewirkt, daß die Bewegung entlang der Geraden A1-A1 so langsam ist, daß die Einstellzeit des Kreisels mehrere hundert Mal größer ist als sie praktisch toleriert werden kann. Wie aus der folgenden Beschreibung noch hervorgehen wird, wird die sonst unerwünschte Eigenschaft der langsamen Asymptote für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung als ein Mittel benutzt, das oszillierende oder vibrierende Element an dem oder in der Nähe des Gleichgewichtspunktes in einer relativ kurzen Zeit zur Rühre zu bringen.A supercritical damping ratio is used in the present invention. It is assumed that this damping ratio is ten times the critical damping. Such a large value of the damping ratio ( 6 a 10) has the effect that the movement along the straight line A1-A1 is so slow that the setting time of the gyro is several hundred times longer than it can be practically tolerated. As will become apparent from the following description, the otherwise undesirable property of the slow asymptote is used for the method and apparatus according to the invention as a means to stir the oscillating or vibrating element at or near the equilibrium point in a relatively short time bring to.

Eine Kurve längs der Ursprungsgeraden A2-A2 stellt eine Kurve der schnellsten Annäherung an den Ursprung dar. Wenn eine Kurve an dieser Asymptote A2-A2 beginnt oder sie aufgrund irgendwelcher Umstände schneidet, dann wird der Aufpunkt P sehr schnell entlang der Asymptote auf den Ursprung zu laufen und seine Nähe in der kürzest möglichen Zeit erreichen. Die Gleichung der Geraden A2-A2 lautetA curve along the straight line through the origin A2-A2 represents a Curve of the fastest approach to the origin. If a curve begins at this asymptote A2-A2 or it is due to any circumstances intersect, then the starting point P becomes very quickly along the asymptote on the origin to run and get close to it in the shortest possible time. The equation of the straight line A2-A2 is

γ* + (b + γό2 -' ι ) γ γ * + (b + γό 2 - 'ι) γ

Da der Ursprung ein stabiler singulärer Punkt ist, wird der längs der schnellen Asymptote laufende Aufpunkt P in der Nähe der Meridianebene zur Ruhe kommen, die durch den Ursprung verläuft und senkrecht auf der f -Achse steht.Since the origin is a stable singular point, the starting point P running along the fast asymptote will come to rest near the meridian plane that runs through the origin and is perpendicular to the f axis.

Die langsame wie auch die schnelle Asymptote schließen in Fig. 2 mit der γ -Achse und der γ1 -Achse den Winkel Od ein. Dieser Winkel Of hängt direkt von dem gewähltenThe slow as well as the fast asymptote enclose the angle Od in FIG. 2 with the γ axis and the γ 1 axis. This angle Of depends directly on the one chosen

909834/0971909834/0971

Dämpfungsverhältnis ab und über die Definition S.■ direkt von den Fundamentaleigenschaften des Systems abhängig. Wenn das Dämpfungsverhältnis 6 ansteigt, wird der Winkel CX kleiner und für unendlich großes Dämpfungsverhältnis ο strebtlXgegen 0, so daß die schnelle Asymptote mit der ψ -Achse und die langsame Asymptote mit der γ-Achse der Phasenebene in Fig. 2 zusammenfallen.Damping ratio from and over the definition S. ■ directly dependent on the fundamental properties of the system. If the damping ratio 6 increases, the angle CX becomes smaller and, for an infinitely large damping ratio ο, tends towards 0, so that the fast asymptote with the ψ axis and the slow asymptote with the γ axis of the phase plane in FIG. 2 coincide.

Wie aus der in Fig. 2 dargestellten Phasenebene, in derAs from the phase level shown in FIG. 2, in which

O den Wert 10 hat, erkennbar, besteht die Schar der Lösungskurven der Gleichung (7) aus virtuell parallelen Geraden, bis auf die Nachbarschaft der langsamen Asymptote A1-A1. Die Kurven für O = 10 schließen mit der γ-Achse einen Winkel ein, der näher an 90° liegt als es aus Fig. 2 und den nachfolgenden Figuren hervorgeht. Das hat seine Ursache in einer übertriebenen Darstellung des Winkels Cx . Aus der Fig. 2 liest man für den Winkel Werte zwischen 6° und 7° ab, während im praktischen Fall dieser Winkel weniger als 3 bei einem Dämpfungsverhältnis von 6 « 10 beträgt.O has the value 10, it can be seen that the family of solution curves in equation (7) consists of virtually parallel straight lines, except for the neighborhood of the slow asymptote A1-A1. The curves for O = 10 enclose an angle with the γ axis which is closer to 90 ° than is evident from FIG. 2 and the following figures. This is due to an exaggerated representation of the angle Cx. From FIG. 2, values between 6 ° and 7 ° can be read off for the angle, while in the practical case this angle is less than 3 with a damping ratio of 6-10.

Wenn das Dämpfungsverhältnis 6 über den angenommenen Wert von 10 ansteigt, werden die Lösungskurven geradliniger und paralleler, bis bei unendlichem Dämpfungsverhältnis die Kurven parallel zur y -Achse laufen. Wenn andererseits das Dämpfungsverhältnis kleiner als 10 wird, dann werden die Lösungskurven weniger geradlinig und stärker gekrümmt, bis sie bei ο » 0 in eine Schar konzentrischer Kreise übergehen. Dieses Verhalten 'der Lösungskurven in Abhängigkeit vom Dämpfungsverhältnis ist aus der einschlägigen Fachliteratur bekannt. Die kürzest mögliche Zeit, in der die Laufachse des Kreisels in dieIf the damping ratio 6 increases above the assumed value of 10, the solution curves become more straight and parallel, until the curves run parallel to the y-axis at an infinite damping ratio. If, on the other hand, the damping ratio becomes less than 10, then the solution curves become less straight and more curved until they merge into a family of concentric circles at ο »0. This behavior of the solution curves as a function of the damping ratio is known from the relevant specialist literature. The shortest possible time in which the axis of the gyro into the

909834/09 7909834/09 7

Meridianebene gebracht werden kann, wird dann erreicht (wie man aus Fig. 1 und 2 erkennt), wenn der Aufpunkt P entlang einer Kreisperipherie, die die freie Präzessionsbewegung beschreibt, bis zur schnellen Asymptote A2-A2 laufen und dann den Aufpunkt dieser Asymptote bis zu dem in der Meridianebene gelegenen Ursprung folgen läßt.Meridian plane can be brought, is reached (as can be seen from Fig. 1 and 2) when the starting point P along a circle periphery, which describes the free precession movement, up to the fast asymptote A2-A2 and then the starting point of this asymptote up to the can follow origin located in the meridian plane.

Eine Vorrichtung zur Ausführung.des erfindungsgemäßen Verfahrens ist schematisch in dem Blockschaltbild der Fig. 3A device for executing the method according to the invention is shown schematically in the block diagram of FIG. 3

dargestellt. Zur Erläuterung wurde als zu steuernde Vorrichtung ein meridianweisender Kreisel verwendet, dessen Präzessionsbewegung sowohl um die Azimut- und Elevationsachse stattfindet.shown. For explanation, the device to be controlled was used a meridian-pointing gyroscope is used, its precession movement around both the azimuth and elevation axes takes place.

Die Arbeitsweise der Steuerungsvorrichtung nach Fig. 3 wird mit bezug auf die Phasenebenen-Darstellung aus den Fig. 1 und 2 beschrieben. Die azimutale Bewegung der Laufachse des Kreisels wird durch die Gleichung (7) beschrieben und stimmt mit den Lösungen dieser Gleichung für den Fall b » 0 bzw. 8 » 10 entsprechend den Fig. 1 bzw. 2 überein. Die Eingänge in den Kreisel, die in Fig. 3 schematisch gezeigt sind, betragen ί ' und - 2 <S ■ γ' , auf die der Kreisel mit den Ausgängen y und ιμ-1 .anspricht. Wenn 6 ■ 0 ist, dann besteht der einzige Eingang ausThe mode of operation of the control device according to FIG. 3 is described with reference to the phase plane representation from FIGS. 1 and 2. The azimuthal movement of the rotating axis of the gyroscope is described by equation (7) and agrees with the solutions of this equation for the case b >> 0 or 8 >> 10 according to FIGS. 1 and 2, respectively. The inputs to the gyro, which are shown schematically in FIG. 3, are ί 'and - 2 <S · γ', to which the gyro responds with the outputs y and ιμ- 1 . If 6 ■ is 0, then the only input is from

£ ' und der Kreisel führt eine einfache harmonische Bewegung aus, dessen Präzessionsbewegung in Fig. 1 dargestellt ist. Wenn andererseits ο = 10 ist, dann verläuft die Bewegung des Kreisels entsprechend den Bewegungen des Aufpunktes P entlang einer der Bahnkurven aus der Fig. 2.£ 'and the top makes a simple harmonic movement from, the precession movement of which is shown in FIG. On the other hand, if ο = 10, then passes the movement of the gyro corresponding to the movements of the reference point P along one of the trajectories from FIG. 2.

Die Steuerungsvorrichtung arbeitet auf die Azimutalbewegung der Laufachse, die das oszillatorische oder vibratorische Element des meridianweisenden Kreisels 1 der Fig. 3The control device works on the azimuthal movement of the running axis, which is the oscillatory or vibratory Element of the meridian-pointing top 1 of FIG. 3

909834/0 97909834/0 97

ist. Die Steuerung umfaßt einen Abgriff 2, der mit der azimutalen Bewegung der Laufachse des Kreisels 1 verbunden ist und einen Ausgang besitzt, der der Auslenkung und der Geschwindigkeit der Kreisellaufachse in der Azimutebene entspricht. Der Ausgang des Abgriffs 2 wird durch den Verstärker 3 verstärkt und auf den Motor 4 gegeben. Der Ausgang des Motors 4- ist auf den Eingang des Abgriffs 2 über einen geschwindigkeits-reduzierenden Mechanismus, etwa einen Getriebekasten 5, rückgekoppelt. Der Auslenkungsausgang des Getriebekastens kombiniert aich mit dem Auslenkungsausgang des Kreisels und bildet eine Summierverbindung 6. Die Kopplungen zwischen dem Getriebekasten 5 und dem Motor 4 sowie zwischen dem Getriebekasten 5 und der Summierverbindung 6 ist mechanischer Natur, was durch die strichpunktierten Linien in der Zeichnung angedeutet ist«, Auf diese .feise wirkt das Servosystem aus dem Abgriff 2$ dem Verstärker 2I9 dem Motor 4- und dem Getriebe 5 der Azimutbev/egung des Kreisels 1. is. The control comprises a tap 2 which is connected to the azimuthal movement of the running axis of the gyro 1 and has an output which corresponds to the deflection and the speed of the rotary axis in the azimuth plane. The output of the tap 2 is amplified by the amplifier 3 and sent to the motor 4. The output of the motor 4- is fed back to the input of the tap 2 via a speed-reducing mechanism, such as a gear box 5. The deflection output of the gear box combines aich with the deflection output of the gyro and forms a summing connection 6. The coupling between the gear box 5 and the motor 4 and between the gear box 5 and the summing connection 6 is of a mechanical nature, which is indicated by the dash-dotted lines in the drawing The servo system from the tap 2 $ the amplifier 2 I 9 the motor 4 and the gear 5 of the azimuth movement of the gyro 1 acts in this way.

Ein typischer Abgriff und eine 3ervoschleife für einen meridianweisenden Kreisel ist in einer amerikanischen Patentanmolduns (USSN 5?9 325 vom 23. Februar 1966) beschrieben. Zur Erläuterung wird angenommen,, daß der Kreisel 1, der Abgriff 2,-der Verstärker 3» der Motor 4·-und das Getriebe 5 aus ?ig0 3 den in dieser Anmeldung beschriebenen Bauteilen ähnlich sind»A typical tap and a 3 servo loop for a meridian-pointing top is described in an American patent application (USSN 5-9 325 of February 23, 1966). For the purposes of explanation it is assumed that the gyro 1, the tap 2, the amplifier 3, the motor 4 and the gearbox 5 from? Ig 0 3 are similar to the components described in this application.

Der Ausgang des Motors 4- wird außerdem auf einen Tachometer-Generator 7 gegeben,, dessen Aus gangs ep anaung auf einen Verstärker und Demodulator 8 gelangt„ Die Ausgangsspannung des Tachometergenerator^ 7 entspricht der'Winkelgeschwindigkeit und ist proportional zu der Winke Ige schwin·=The output of the motor 4- is also given to a tachometer generator 7, whose output ep anaung reaches an amplifier and demodulator 8 “The output voltage of the tachometer generator ^ 7 corresponds to the angular velocity and is proportional to the angle Ige schwin · =

90983-4/09'M90983-4 / 09'M

digkeit der Laufachse in der Azimutebene und wird auf eine Zeitgeber- und Dämpfungssteuerung 9 gegeben, die ein Dämpfungsmoment um die Azimutachse erzeugt; dieses Moment ist proportional der Momentangeschwindigkeit der Laufachse in der Azimutebene. Das Dämpfungsmoment wird auf den Schwinger, d.h. auf den Kreisel 1 über einen Drehmomenterzeuger 10 gegeben.speed of the running axis in the azimuth plane and is on a timer and attenuation control 9 given that generates a damping torque about the azimuth axis; this moment is proportional to the instantaneous speed of the Running axis in the azimuth plane. The damping torque is on the oscillator, i.e. on the gyro 1 via a torque generator 10.

In der obdn angegebenen Servoeinrichtung ermöglicht das Getriebe 5» daß der Motor 4- hochtourig läuft und sich damit eine gleichförmigere Bewegung ergibt. Durch die relativ hohe Umdrehungszahl des Motors wächst die Ausgangsspannung des Tachometer-Generators 7 an, der auf der Welle des Motors 4- sitzt. Der Auslenkungsunterschind zwischen dem von dem Kreisel angetriebenen Teil und dem von dem Motor angetriebenen Teil des Abgriffs 2 erzeugt ein Fehlersignal £ . Dieses Fehlersignal wird durch den Verstärker 3 verstärkt und auf den Motor 4 in einer Polarität gegeben, daß das Fehlersignal aus dem Abgriff reduziert wird. Zur Verbesserung der Servo-Empfindlichkeit kann in dem Verstärker außerdem eine Phasen- und Amplitudenkompensation vorgesehen sein*In the servo device specified above, this enables Gear 5 »that the engine 4 runs at high speed and itself so that results in a more uniform movement. The output voltage increases due to the relatively high number of revolutions of the motor of the speedometer generator 7, which sits on the shaft of the motor 4-. The deflection difference between the part of the tap 2 driven by the gyro and the part of the tap 2 driven by the motor generate an error signal £. This error signal is amplified by the amplifier 3 and sent to the motor 4 in one polarity given that the error signal from the tap is reduced. To improve the servo sensitivity, in phase and amplitude compensation must also be provided for the amplifier *

Zusätzlich kann die Stabilität der Servoeinrichtung dadurch verbessert werden, daß ein geschwindigkeitsabhängiges Rückkopplungssignal aus dem Ausgang des Tachometer-Generators 7 über eine Rückkopplungsschaltung 12 auf den Eingang des Verstärkers 3 gegeben wird.In addition, the stability of the servo device can be improved by using a speed-dependent Feedback signal from the output of the tachometer generator 7 is passed to the input of the amplifier 3 via a feedback circuit 12.

Die Ausgangsspannung des Tachometer-Generators 7, die proportional der Azimutgeschwindigkeit ä— ist, wird verstärkt und in dem Verstärker und Demodulator 8 demoduliert j dann gelangt sie in die Zeitgeber- und Dämpfungssteuerung 9» die die Eingänge in den Drehmomenterzeuger The output voltage of the tachometer generator 7, the is proportional to the azimuth speed - is amplified and demodulated in the amplifier and demodulator 8 then it goes into the timer and damping control 9, which is the inputs to the torque generator

909834/09 71909834/09 71

BAD OHtQfNAi.BAD OHtQfNAi.

für den Kreisel steuert.for the gyro controls.

Wie in Fig. 3 zu erkennen 1st, sind in dem Kreisel°-Drehmomenterzeuger 10 Spulen 13 und 14 vorgesehen, deren Achsen reQhtwinklig zueinander liegen. Die Spule 13 ist auf dem Kreiselgehäuse angebracht und führt einen konstanten Strom I. Die Spule I2K sitzt auf dem Servo-Folgerahmen des Kreisels und führt einen variablen Strom X2« der proportional der Ausgangsspannung des Tachometergenerators ? ist ι der seinerseits der Aüsgangsgeeehwindigkeit <*gg*° des ICreisels proportional ist. Die Spule 13 arbeitet mit der Spule 14· in einer Weise zusammen, daß bei geeigneter Erregung der beiden Spulen ein Drehmoment um die Azimut«= achse des Kreisels entwickelt wird". Der Kreisel-Drehmomenterzeuger 10 liefert auf diese Weise den Dämpfungsausdruck (2 · 6 ■ y * ) um die Azimutachse des Kreisels«, Das Moment, das von einer Spule auf die andere ausgeübt wird, ist gegeben durch T « G^I^^» wobei G^ eine Proportional!- tätskonstante ist. Da I^ konstant und I2 proportional zu γ *, sieht man, daß T » C2 ψ ' ist, wobei G2 eine andere Froportionalitätskonstante_ ist. tfenn I* einen -Wert annimmt, mit dem G2 «= G^.I^ « 2S ist, dann wird damit erreicht, daß T * 2 h ψ' . ist, was„gleich dem gewünschten Augenblickswert des Dämpfungsmoment^es für den Kreisel ist«, Während das Dämpfungsmoment entsprechend Fig„ 3 auf den Kreisel bzww den Schwinger durch einen Drehmomenterzeuger gegeben wird, kann es auch in geeigneter anderer Weise erzeugt werden, etwa mit Hilfe einer Coulomb-Dämpfung oder Viskositäts-Dämpfung. ' As can be seen in FIG. 3, coils 13 and 14 are provided in the gyro torque generator 10, the axes of which are at right angles to one another. The coil 13 is attached to the gyro housing and carries a constant current I. The coil I 2 K sits on the servo slave frame of the gyro and carries a variable current X 2 «which is proportional to the output voltage of the tachometer generator? is ι which in turn is proportional to the output speed <* gg * ° of the IC gyro. The coil 13 works with the coil 14 · together in a way that, with suitable excitation of the two coils, a torque about the azimuth '= axis of gyroscope is developed ". The gyro torque generator 10 provides in this way the damping expression (2 · 6 ■ y *) about the azimuth axis of the gyro, "the torque that is exerted from one reel to the other, is given by T 'G ^ I ^^" where G ^ a proportional -. tätskonstante Since I ^ constant and I 2 proportional to γ * , one sees that T »C 2 ψ ', where G 2 is another proportionality constant_. If I * assumes a value with which G 2 « = G ^ .I ^ « 2S , then it is achieved that T * 2 h ψ '. , which is "equal to the desired instantaneous value of the damping torque ^ es for the gyro", while the damping torque according to Fig. 3 is given to the gyro or the oscillator by a torque generator, it can also be generated in another suitable manner, for example with the help of Coulomb damping or the like the viscosity damping. '

Wenn der Kreisel seine Arbeitsgeschwindigkeit erreicht hat und auf die Richtung des Meridians durch andere Vorrichtungen, wie z.B. durch einen Magnetkompaß, allgemein When the gyro has reached its operating speed and the direction of the meridian by other means, such as a magnetic compass, in general

9-0 9834/0971 BAD9-0 9834/0971 BATH

ausgerichtet worden ist, dann wird der meridianweisende Arbeitsgang durch Freigeben des Kreisels eingeleitet. Im Zeitpunkt der Freigabe des Kreisels wird auf daa Steuersystem der Fig. 5 aus der Spannungsquelle 15 Spannung gegeben. Dann beginnt die Sequenz der Zeitintervalle, die von der Zeitgeber-.und Dämpfungssteuerung 9 geliefert wird.has been aligned, then becomes the meridian pointing one Operation initiated by releasing the gyro. When the gyro is released, the control system is activated 5 is given from the voltage source 15 voltage. Then the sequence of time intervals begins, supplied by the timer and damping control 9 will.

Die Zeitgeber und Dämpfungssteuerung 9 enthält einen Generator 16 für konstanten Strom und einen Generator 17 für variablen Strom, der auf die Ausgangsspannung des Tachometer-Generators 7 über den Verstärker 8 und damit auf die Momentangeschwindigkeit ·&- des Kreisels um die Azimutachse anspricht. Die Ausgänge der Generatoren 16 und 17 werden auf den Drehmomenterzeuger 10 über die Übertragungstore 18 bzw. 19 gegeben. Die Durchlaßzustände der Übertragungstore 18 und 19 werden durch den Ausgang eines variablen Zeitgebers 21 gesteuert. ".Venn der variable Zeitgeber ein Ausgangssignal bestimmter Polarität besitzt, dann werden die Tore in ihren Durchlaßzustand gesetzt, so daß das Signal aus dem zugehörigen Stromgenerator sie passieren kann. Auf diese Weise kann die Dauer des Intervalls Jedes Dämpfungsimpulses wie auch das Intervall zwischen den Dämpfungsimpulsen gesteuert werden, indem der variable Zeitgeber21 programmiert wird. Außerdem kann die Anwendung des ersten Dämpfungsimpulses gesteuert werden, so daß er im Augenblick der Lösung des Kreisels auftritt, wie das beispielsweise in Fig. 4 gezeigt ist, oder an einem späteren ausgewählten Zeitpunkt entsprechend der Darstellung nach Fig. 5 erscheint. In den Diagrammen der Fig. 4 und 5 ist die Anwendung des Dämpfungsverhältnisses O über einer Zeitskala wiedergegeben, deren Zeitintervalle von dem variablen Zeitgeber 21 vorherbestimmt werden. Die Kurven 22 und 23 der Fig. 4 bzw. 5 treten im gleichenThe timer and damping control 9 contains a generator 16 for constant current and a generator 17 for variable current, which responds to the output voltage of the tachometer generator 7 via the amplifier 8 and thus to the instantaneous speed · & - of the gyro about the azimuth axis. The outputs of the generators 16 and 17 are given to the torque generator 10 via the transmission gates 18 and 19, respectively. The transmission gates 18 and 19 are controlled by the output of a variable timer 21. If the variable timer has an output signal of a certain polarity, then the gates are put in their on state so that the signal from the associated current generator can pass them can be controlled by programming the variable timer 21. In addition, the application of the first damping pulse can be controlled so that it occurs at the moment of release of the gyroscope, such as shown in Figure 4, or at a later selected time as shown appears after Fig. 5. In the diagrams of Fig. 4 and 5, the application of the damping ratio O is shown over a time scale, the time intervals of which are predetermined by the variable timer 21. The curves 22 and 23 of Figs same

909834/0971909834/0971

Augenblick wie das Ausgangssignal des variablen Zeitgebers 21 auf, das die Durchlaßtore 18 und 19 öffnet. Die Zeitskala und die Zeitintervalle in den Fig. 4 und 5 sind am Beispiel des meridianweisenden Kreisels gezeigt, der eine ungedämpfte Schwingungsdauer von 24-0 Sekunden bei einer bestimmten geographischen Breite besitzt.Moment like the output of the variable timer 21, which opens the passage gates 18 and 19. The time scale and the time intervals in FIGS. 4 and 5 are shown using the example of the meridian-pointing gyro, the an undamped period of oscillation of 24-0 seconds of a certain latitude.

Im Idealfall präzediert der Kreisel während der Anfangsperiode nach dem Lösen solange ohne Dämpfung, wie das für die Bewegung des Aufpunktes P auf der kreisförmigen Bahnkurve nach Fig. 1 bis zur Einmündung in die schnelle Asymptote A2-A2 der Fig« 2 nötig ist. In diesem Augenblick wird das volle Dämpfungsmoment durch den Zeitgeber eingeschaltet, so daß als Folge davon der Aufpunkt P ent-■ lang der schnellen Asymptote A2-A2 in die Meridianebene hineinläuft, in der er zur Ruhe kommt.Ideally, the gyro precesses during the initial period after releasing without damping as long as that for the movement of the starting point P on the circular trajectory according to FIG. 1 up to the confluence with the fast one Asymptote A2-A2 of Fig. 2 is necessary. At this moment the full damping torque is applied by the timer switched on, so that as a result of this the starting point P ent- ■ long the fast asymptote A2-A2 runs into the meridian plane in which it comes to rest.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Benutzung der Asymptoten, die sich in der Auslenkungs-Geschwindigkeitsdarstellung (Fig. 2) der Bewegung des überkritisch gedämpften Systems ergeben, als Bezugs— oder Schaltlinien für die Bestimmung, wann die Dämpfung angewandt und wieder entfernt werden sollte. Diese Asymptoten, die in der Auslenkungs-Geschwindigkeitsebene der Bewegung durch die Größe des überkritischen Db'mpfungsverhältnisses des Systems bestimmt sind, laufen durch den Ursprung der Auslenkungs-Geschwindigkeitsebene und haben die Steigungen von (- ο — Τ|ό^~" ΌA preferred embodiment of the method according to the invention consists in the use of the asymptotes, which result in the deflection-speed representation (FIG. 2) of the movement of the supercritically damped system, as reference or switching lines for determining when the damping is applied and removed again should. These asymptotes, which are determined in the displacement-speed plane of the movement by the size of the supercritical damping ratio of the system, run through the origin of the displacement-speed plane and have the gradients of (- ο - Τ | ό ^ ~ "Ό

(-6 +V&2~1) für die schnelle bzw. langsame Asymptote. Für große überkritische Dämpfung schließt die langsame Asymptote mit der Auslenkungsachse einen relativ kleinen Winkel ein, während die schnelle Asymptote einen gleich(-6 + V & 2 ~ 1) for the fast or slow asymptote. For large supercritical damping, the slow asymptote encloses a relatively small angle with the axis of deflection, while the fast asymptote is the same

909834/0971909834/0971

BAD ORfGiNALBAD ORfGiNAL

großen Winkel mit der Geschwindigkeitsachse bildet. Sine Bewegung, die auf der langsamen Asymptote beginnt oder in sie einmündet, erreicht die Gleichgewichtslage in unendlich großer Seit und wird gemeinhin als Kriechbewegung bezeichnet, wahrend die Bewegung entlang der schnellen Asymptote die Sähe der Gleichgewichtslage in der kürzest möglichen Zeit erreicht.forms a large angle with the speed axis. Sine Movement that begins on the slow asymptote or flows into it reaches the equilibrium position in infinity great since and is commonly called creeping movement denotes, while the movement along the fast asymptote sees the equilibrium position in the shortest possible time.

Ia einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens stellt die schnelle Asymptote die ideale Schaltlinie für die Anwendung dee Dämpfungsmomentes dar. Statt die schnelle Asymptote als Schaltlinie su verwenden oder etatt die schnelle und langsame Asymptote als Schaltlinien zu benutzen, kann man sich auch zwei willkürlich ausgewählten Schaltlinien bedienen, die in der Phasenebenen-Darstellung der Fig. 6 su sehen sind. Letztere zeigt eine Kombination aus kreisförmigen Bahnkurren aus Fig. 1 und einer Menge von Bahnkurven für <S « 10 aus Fig. 2. Die Linien A1-A1 bzw. Ä2-A2 repräsentieren die langsame bzw. die schnelle Asymptote für ein gegebenes überkritisches Dämpfungsverhältnis. IIa represents a preferred embodiment of the method the fast asymptote represents the ideal switching line for the application of the damping torque. Instead of the fast Use asymptote as switching line or etatt die to use fast and slow asymptotes as switching lines, you can also use two arbitrarily selected switching lines in the phase level display 6 see below. The latter shows a combination of circular trajectories from FIG. 1 and a set of trajectories for <S «10 from Fig. 2. Lines A1-A1 and Ä2-A2 represent the slow and fast, respectively Asymptote for a given supercritical damping ratio. I.

S1 und S2 sind durch den Ursprung der ψ, ψ1 TSbene laufende Schaltlinien und schließen den Winkel V" ein. Der Winkel γ ist proportional zu dem Zeitintervall der Präzessionsbewegung entlang der kreisförmigen Bahnkurve von S1 nach S2 in der Phasenebene für kleine Winkel y , so daß das System im wesentlichen linear ist. Durch . eine erfindungsgemäße Zeitgeberfolge wird der Kreisel bei einem Anfangsazimutwinkel y gelöst und kann dann für ein Intervall T präzedieren, an dessen Ende der Präzessionskreis 30 die Schaltlinie S2 im Punkte Cq schneidet. In diesem Punkt wird die überkritische Dämpfung einge-S1 and S2 are switching lines running through the origin of the ψ, ψ 1 T plane and enclose the angle V. The angle γ is proportional to the time interval of the precession movement along the circular trajectory from S1 to S2 in the phase plane for small angles y, see above that the system is essentially linear. By a timer sequence according to the invention, the gyro is released at an initial azimuth angle y and can then precess for an interval T , at the end of which the precession circle 30 intersects the switching line S2 at point Cq. At this point, the supercritical Attenuation

909834/IiL-Vl909834 / IiL-Vl

scheltet und der Aufpunkt P läuft entlang der gedämpften Bahnkurve 51» die parallel zur schnellen Asymptote A.2-A2 bis nach IL läuft, der der Schnittpunkt dleeer Bahnkurve für große Dämpfung ialt der Schalt linie S1 ist. Die Dämpfung wird JetEt Von dem Kreisel weggenommen, so daß er frei präeedieren kann und der Aufpunkt die kreisförmige Bahnkurve 32 während eine· durch den Winkel T bestimmten Interrallee zwischen den Schaltlinien 61 und 32 durch» laufen kann» Am Ende dieses Intervallen wird die Schaltlinie S2 am Punkt C^ geschnitten* Bei genauer Zeitgebung, sind die den Bögen BqC0, B^C1, B2C2 entsprechenden !Seitintervalle alle gleich groß. In ähnlicher Weise entsprechen die gedämpften Bahnkurvenabechnitte CqB^9 C^Bg, C2B-, gleichen Zeiliintervallen. Folglich wird der Aufpunkt der Zickzacklinie «wischen den ScHaltllniön entlang-, laufen, bie nach einer genügenden Anzahl von Zyklen 41« Nachbarschaft der Meridianebene erreicht ist«scolded and the starting point P runs along the damped trajectory 51 »which runs parallel to the fast asymptote A.2-A2 as far as IL, which is the intersection of the trajectory for great damping ialt the switching line S1. The attenuation is removed from the gyro, so that it can pre-feed freely and the reference point can pass through the circular trajectory 32 during an interval between the switching lines 61 and 32 determined by the angle T. At the end of this interval, the switching line S2 intersected at point C ^ * If the timing is precise, the side intervals corresponding to the arcs BqC 0 , B ^ C 1 , B 2 C 2 are all the same size. In a similar way, the attenuated trajectories CqB ^ 9 C ^ Bg, C 2 B-, correspond to the same line intervals. Consequently, the starting point of the zigzag line will "run along the connecting lines, until after a sufficient number of cycles 41" the vicinity of the meridian plane is reached "

Das Verhältnis zwischen den azimutalen Auslenkungsamplituden zweier aufeinanderfolgender Zyklen ist konstent, d.h. * f " konstant. Man kann dann die Amplitude nach η vollständigen Zyklen berechnen durch ψ η « ( ψ,οοαψ ) ξ η, wobei φ der Winkel zwischen der Schaltlinie S1 und der γ-Achse ist.The ratio between the azimuthal deflection amplitudes of two successive cycles is constant, ie * f "constant. You can then calculate the amplitude after η complete cycles by ψ η « ( ψ, οοαψ ) ξ η , where φ is the angle between the switching line S1 and the γ- axis is.

Man entnimmt der Fig. 6, daß ρ für positives η abnimmt, wenn ώ größer und r kleiner wird, was in einer größeren Reduzierung der Amplitude nach einer gegebenen Anzahl von Zyklen resultiert. Unvermeidliche Fehler in der Zeitgebung machen eine derartige Verbesserung Jedoch illusorisch, da der absolute Fehler des Zeitintervalls unter diesen Umständen gleich der IÄnge des Intervalles selbst sein kann. Das bedeutet, daß die Schaltlinien nicht in ihren festgelegten vorbestimmten Lagen verbleiben,It can be seen from FIG. 6 that ρ for positive η decreases as ώ becomes larger and r smaller, which results in a larger reduction in amplitude after a given number of cycles. Inevitable errors in timing make such an improvement illusory, however, since the absolute error of the time interval under these circumstances can be equal to the length of the interval itself. This means that the switching lines do not remain in their defined predetermined positions,

909834/09 7 1909834/09 7 1

sondern sich derartig gegeneinander verschieben, daß die Größen der Winkel ώ und / in verbotener und unbestimmter Weise verändern. Um die Möglichkeit dieser Zeitgeberfehler auszuschließen, wird die langsame Asymptote abwechselnd als eine der Schaltlinien verwendet. Auf diese Weise wird jedes Präzessionsintervall bei einer bestimmten festgelegten Bezugslinie beginnen.but move against each other in such a way that the sizes of the angles ώ and / change in a forbidden and indefinite way. To rule out the possibility of these timer errors, the slow asymptote is used alternately as one of the switching lines. In this way, each precession interval will begin at a certain fixed reference line.

Obgleich durch die Benutzung der langsamen Asymptote als Bezugslinie für die Einleitung des Präzessionsintervalls sicherstellti daß das Ende des PräZessionsintervalls und der Anfang des folgenden Dämpfungsintervalls an dem Punkt einsetzen, an dem die Bahnkurve der ungedämpften Bewegung die schnell'e Asymptote schneidet, können andere Umstände dafür sorgen, daß das Präzessionsintervall entweder vor oder nach dem Schnittpunkt mit der schnellen Asymptote endet. So kann der Zeitgeber Gegenstand von Fehlern sein, es kann die geographische Breite nicht immer genau bekannt und es kann die Periode des Kreisels ansteigen, wenn die Anfangsamplitude größer wird, etc., alles Umstände, die dazu beitragen, daß, wenn auch selten, das Dämpfungsintervall auf der schnellen Asymptote beginnt, wenn sie als Schaltlinie ausgewählt ist.Although by using the slow asymptote as a reference line for the introduction of the precession interval ensures that the end of the precession interval and insert the beginning of the following damping interval at the point at which the trajectory of the undamped movement the fast asymptote intersects, other circumstances can cause the precession interval to precede either or ends after the intersection with the fast asymptote. So the timer can be the subject of errors, the exact latitude cannot always be known and the period of the gyro can increase if the Initial amplitude becomes larger, etc., all circumstances that help that, albeit rarely, the damping interval starts on the fast asymptote when they are as Switching line is selected.

Selbst wenn die schnelle Asymptote als Schaltlinie für die Anwendung der Dämpfung gewählt wird, wird die Dämpfung iterativ, d.h. in einzelnen Zyklen aus einem Präzessionsintervall und einem Dämpfungsintervall, ausgeführt und ein derartiger Zyklus hinreichend oft wiederholt, 30 daß die Amplitude des Kreisels auf einen annehmbaren Wert reduziert wird. Die iterative Dämpfung, die die langsame und schnelle Asymptote als Schaltlinien benutzt, ist graphisch in den Fig. 7i S und 10 dargestellt.Even if the fast asymptote is chosen as the switching line for the application of the damping, the damping will be iteratively, i.e. in individual cycles consisting of a precession interval and a damping interval, and such a cycle is repeated sufficiently often that the amplitude of the gyro is reduced to an acceptable value. The iterative damping that the slow and Fast asymptotes used as switching lines are shown graphically in FIGS. 7, 7 and 10.

90 9 8-3-4/Oü 7 190 9 8-3-4 / Oü 7 1

In Fig, 7 wird davon ausgegangen, daß der Fehler (entsprechend einem Fehler von {Zn i** realer Zeit) des PräzessionsintervallsIn FIG. 7 it is assumed that the error (corresponding to an error of {Zn i ** real time) of the precession interval

To " "% " 2 0L ' To ""% " 2 0L '

negativ ist, so daß das Dämpfungsintervall frühzeitig, d.h. bei B, um einen Winkel^*% vor der schnellen Asymptote eingeleitet wird und damit die Schalt linie " S3 durch den Punkt B läuft. Folglich findet die gedä Bewegung jetzt entsprechend der Bahnkurve 40 durch den Punkt B statt. Die Größe des Fehlerwinfeelsz^'i ist in den Fig. 7» 8 und 10 vergrößert, entsprechend der Vergrößerung des Winkels <C zur leichteren Darstellung. Diese Winkel sind nur beispielhaft und nicht auf -die' aus den Zeichnungen abzulesenden Werte beschränkt.is negative, so that the damping interval is initiated early, ie at B, by an angle ^ *% before the fast asymptote and thus the switching line "S3 runs through point B. As a result, the gedä movement now takes place according to the trajectory 40 through the Point B. The size of the error angle is enlarged in Figures 7, 8 and 10, corresponding to the enlargement of the angle C for ease of illustration limited.

Die Bahnkurve 40 ist fast parallel zu der schnellen Asymptote A2-A2 und wird am Punkt G durch die langsame Bahnkurve A1-A1 eingefangen; auf der der Aufpunkt fast zur Ruhe kommt und mit außerordentlich langsamer Geschwindigkeit gegen den Ursprung zu kriecht. Einige Sekunden nach dem Einfang des Aufpunktes durch die langsame Asymptote wird die Dämpfung durch den Seitgeber abgeschaltet und der Kreisel setzt seine freie Prozession fort, sodaß der Aufpunkt P jetzt entlang der kreisförmigen Bahnkurve 41 auf dem Bogen CD entlangläuft. Ba AOB - GOD » β ist, wird am Ende das Prazessionszeitlnfcervalles der Aufpunkt P am Punkt D der Schalt linie OB Tbsw. S3 angekommen sein. Diese Schaltlinie S3 ist durch die Gleichung definiert The trajectory 40 is almost parallel to the fast asymptote A2-A2 and is captured at point G by the slow trajectory A1-A1; on which the starting point almost comes to rest and creeps towards the origin at an extraordinarily slow speed. A few seconds after the capture of the starting point by the slow asymptote, the damping is switched off by the lateral encoder and the top continues its free procession so that the starting point P now runs along the circular trajectory 41 on the arc CD. Ba AOB - GOD » β , at the end of the precession time interval, the starting point P at point D of the switching line OB Tbsw. S3 have arrived. This switching line S3 is defined by the equation

ψ+ v|/g tan ( CC +A4T) - 0 ψ + v | / g tan ( CC + A 4 T) - 0

909834/0 9 71909834/0 9 71

während die Gleichung der idealen Sehaltlinie, d.h. der schnellen Asymptote durch ψ-+ ψ'1 t**1 dC m 0 gegeben ist. Am Ende dta Präeeeeionseeitintervalles schaltet der Zeitgeber 21 die Dämpfung erneut ein und der Aufpunkt läuft Jetet entlang der Bahnkurve 43 für die gtdäepft· bewegung durch D, him er am Puakt E von der langsamen Asymptote wieder eingefangen wird. Dieses Verfahren kann mehrmals wiederholt werden, bis die Amplitude der Kreiselschwingung auf einen sulässigen Wert reduziert 1st.while the equation of the ideal line of sight, ie the fast asymptote, is given by ψ- + ψ ' 1 t ** 1 dC m 0 . At the end dta Präeeeeionseeitintervalles the timer 21 switches the damping again, and the reference-point running Jetheth along the trajectory 43 for the gtdäepft · motion by D, it him on Puakt E by the slow asymptote again is captured. This procedure can be repeated several times until the amplitude of the gyro oscillation is reduced to a reasonable value.

Wenn der Eeitfehler positiv ist und die Fräzassions-Bahnkurve um einen Winkel^!*T über die schnelle Asymptote hinausläuft, dann findet der Banpfungsprozeß in einer aus der TIg. 6 hervorgehenden Welse statt, deren Verständnis sich aus der FIg* ? iron selbst ergibt; die neue Schaltlinie ist jetet durch die GleichungIf the error is positive and the milling trajectory is an angle ^! * T over the fast asymptote runs out, then the request process takes place in one from the TIg. 6 resulting catfish take place, the understanding of which can be found in the FIg *? iron itself yields; the new Switching line is now through the equation

γ- + *-· tan (^i -4'C) - 0γ- + * - · tan (^ i -4'C) - 0

gegeben.given.

Um das Abklingen der Ereiselaaplitude nach einer bestimmten Anzahl von Iterationen des Bämpfungsverfahrens zu bestimmen, kann man von folgenden Überlegungen ausgehen: der Winkel <x ist kleiner als 5° bei S « 10, so daß man mit Blick auf Fig. 7 und 8 erkennt, daß ψ^ ·->-. γ ^?"In order to determine the decay of the travel amplitude after a certain number of iterations of the damping process, one can start from the following considerations: the angle <x is less than 5 ° at S «10, so that one recognizes with a view to FIGS. 7 and 8, that ψ ^ · -> -. γ ^? "

oder · rz ^1 1J* . M dieses Verhältnis für einenor · March 1 ^ 1 * J. M this ratio for one

gegebenen Fehler &*Γ konstant ist, erhält man leicht die verbleibende Amplitude der Kreiselschwingungen nach η Iterationen zu 'ψ'- * fo given error & * Γ is constant, one can easily get the remaining amplitude of the gyroscopic oscillations after η iterations to 'ψ'- * f o

909834/0971909834/0971

- 36-- .■■.■- 36--. ■■. ■

Für daß Beispiel des meridianweisenden Kreisels kann man davon ausgehen, daß der vierte Teil der. PpäzessiöES-periode etwa 60 Sekunden beträgt. Der übergang auf dem. Bogen zwischen der langsamen und schnellen Asymptote erfordert dann etwa 56 Sekunden bei einem Dämpfungsverhältnis von 10» Nimmt man einen sehr ungünstigen Wert vonFor the example of the meridian-pointing top, one can assume that the fourth part of the. PpäcessiöES period is about 60 seconds. The transition to the. Arc between the slow and fast asymptote then takes about 56 seconds at a damping ratio of 10 »If you take a very unfavorable value of

Δ %' * 0,05 rad oder At ■ 2 Sekunden an„ dann beträgt das Prä ze se ion β int β rwall etwa 56 Sekunden"+ 2 Sekunden«.--Δ % '* 0.05 rad or At ■ 2 seconds on "then the pre ze ion β int β rwall is about 56 seconds" + 2 seconds «-

(DSHD(DSHD

Eine analytische und auch graphische Nachprüfung ergibt 9 -daß 12 Sekunden für das. Dämpfungsintervall genügen uad' auch für das anfängliche Dämpfungsintervall ausreichend sind. Die Folge der Zeitintervalle,, die von dem Zeitgeber 21 erzeugt wird, ergibt sich dann aus der schematischen Darstellung der Fig„ 4-, bei der von einem negativen Zeitfehler ΔΤ von etwa - 0,05 oder dementsprechend von -. 2 Sekunden ausgegangen wurde. .An analytical and also graphical check shows 9 - that 12 seconds are sufficient for the "damping interval" and "are also sufficient for the initial damping interval". The sequence of the time intervals, which is generated by the timer 21, then results from the schematic representation of FIG. 2 seconds was assumed. .

Wenn die Anfangsamplitude etwa 5° beträgt, dann beträgt die Amplitude des Kreisels nach vier Iterationen des DämpfungszyklusIf the initial amplitude is about 5 °, then after four iterations the amplitude of the gyro will be the Damping cycle

Ψ"*!.- 5° * (0*05)4 - 3,125 χ ΙΟ"5 α* O.lBogen-Ψ "*! .- 5 ° * (0 * 05) 4 - 3.125 χ ΙΟ" 5 α * O.lBogen-

sekundecsecondec

Bei einer derartig kleinen Anfangsamplitude erhält man ausreichende Genauigkeit in den meisten Fällen schon nach drei Iterationszyklen, da ψ■* « 5° · (0,05) ■»* 2 Bogensekun™ den ist« In vielen Fällen werden schon zwei Iterationszyklen, nach denen sie br^ β 4-0 Bogensekunden ist, ausreichend sein.With such a small initial amplitude, sufficient accuracy is obtained in most cases already after three iteration cycles, since ψ ■ * «5 ° · (0.05) ■» * is 2 arc seconds «In many cases there are already two iteration cycles, after which it is br ^ β 4-0 arc seconds should be sufficient.

Das Dämpfungsintervall entlang der schnellen Asymptote füreinen Kreisel mit einer ungedämpften Eigenperiode von 240 Sekunden kann mit Hilfe der Phasendarstellung ausThe damping interval along the fast asymptote for a top with an undamped natural period of 240 seconds can be made with the help of the phase display

909834/uay909834 / uay

Pig. 9 "berechnet werden. Die beiden Asymptoten werden auf folgende Weise gewonnen. Das Diagramm zeigt die Lösung für die GleichungPig. 9 "can be calculated. The two asymptotes become won in the following way. The diagram shows the solution to the equation

Durch die Substitution » m und Auflösen der Gleichung (77) nach γ-1, erhält manBy substituting »m and solving equation (77) for γ- 1 , one obtains

m + 2b m + 2b

(12)(12)

wodurch für jeden konstanten V/ert von m eine Ursprungsgera-whereby for every constant value of m a unit of origin

de mit der Steigung *~z— definiert ist. Daher mußde is defined with the slope * ~ z -. Therefore must

m + d ο m + d ο

jede Lösungskurve oder Bahnkurve in der Fhasenebenen-Darstellung die· Isokline nach Gleichung (12) mit der Steigung m schneiden. Indem man m verschiedene Werte beilegt, erhält man eine Schar von Isoklinen, deren m-Werte die Neifping der Bahnkurven, die sie schneiden, bestimmen.every solution curve or trajectory curve in the bevel plane representation the · isocline according to equation (12) with the slope m cut. By adding m different values, one obtains a family of isoclines, their m-values determine the neifping of the trajectories that they intersect.

Es gibt mehrere spezielle -Verte von m, die von besonderem Interesse sind. So ist die Isokline für m » co ,nämlichThere are several special types of m, those of special Are interested. So is the isocline for m »co, namely

ii/' ■ 0, d.h. die y-Achse; alle Bahnkurven müssen diese Achse rechtwinklig schneiden. Von besonderem Interesse ist der Fall, bei dem die Richtungen der Bahnkurven die ι gleichen sind wie die Sichtung der Isokline, oder m ■ ———■ii / '■ 0, i.e. the y-axis; all trajectories must have this Cut the axis at right angles. The case in which the directions of the trajectories correspond to the ι is of particular interest are the same as the sighting of the isocline, or m ■ ——— ■

Durch Substitution dieses Vertes für — inBy substituting this vertex for - in

Gleichung (12) erhält man eine quadratische Gleichung in m, deren Wurzeln betragen m ■ - Q + Equation (12) gives a quadratisc he equal in ung m, whose roots amount m ■ - Q +

- 1, bzw.- 1 or

m =» - ο +V) mit der Abkürzung ύ\ *"\j5 - 1. Setzt man diese beiden V/erte von m in die Gleichung (12) ein, erhält man die beiden Isoklinenm = »- ο + V) with the abbreviation ύ \ *" \ j5 - 1. If you insert these two values of m into equation (12), you get the two isoclines

-(S-T7 (12b).- (ST 7 (12b).

9098 3 4/097 19098 3 4/097 1

Da die Neigungen der Bahnkurven in ,jedem ihrer Punkte parallel zu diesen beiden Isoklinen sein muß, können dies® Bahnkurven sie nicht schneiden, sondern sich ihnen nur asymptotisch annähern. Die Gleichungen (12a) und (12b) definieren also zwei Asymptoten in der Phasenebene. BIe durch die Gleichung (12a) definierte Asymptote hat eine kleine negative Steigung während die durch die Gleichung (12b) definierte eine große negative Steigung besitzt. Gleichung (12a) definiert die langsame Asymptote und Gleichung (12b) bestimmt die schnelle Asymptote. Diese Gleichungen können auch in folgender .Veis© dargestellt werden:As the slopes of the trajectories in, each of their points must be parallel to these two isoclines, can do this® They do not intersect trajectories, they only intersect them approximate asymptotically. The equations (12a) and (12b) thus define two asymptotes in the phase plane. BIe Asymptote defined by the equation (12a) has a small negative slope while that by the equation (12b) has a large negative slope. Equation (12a) defines the slow asymptote and equation (12b) determines the fast asymptote. These Equations can also be represented in the following .Veis © will:

langsame Asymptoteslow asymptote

V + V + ( ö ( ö ( & ( & + yj + yj ) y) y OO oderor ( S ( P . ( ^ . (^ - O- O schnellefast Asymptoteasymptote ) ν*) ν * γ + γ + - Ά- Ά ) -y) -y οο oderor Y1 + Y 1 + + τί + τί OO

(i2ai) (12a%1)(i2ai) (12a% 1)

(12b1) (12bl,1)(12b1) (12bl, 1)

Diese Asymptoten sind in die Fig. 9 als langsame Asymptote 45 und schnelle Asymptote 46 eingetragen.These asymptotes are entered in FIG. 9 as slow asymptotes 45 and fast asymptotes 46.

Wenn man davon ausgeht, daß ein Aufpunkt P am Schnittpunkt der kreisförmigen Bahnkurve für die ungedämpfte Präsession mit der schnellen Asymptote beginnt und die Dämpfung an diesem Augenblick einsetzt, dann kann das Zeitintervall für die Dämpfung berechnet werden. Die Gleichung (12b2) für die schnelle Asymptote (Linie 46) kann in der Form geschrieben werdenIf one assumes that a point P is at the intersection the circular trajectory for the undamped precession starts with the fast asymptote and the damping begins starts at this moment, then the time interval for the damping can be calculated. The equation (12b2) for the quick asymptote (line 46) can be in the form to be written

909834/0971909834/0971

- - C ί + ff ) γ (133- - C ί + ff ) γ (133

Auflösen nach T bringtSolving for T brings

oderor

-T .-j-f^- ■ mr+ ο (15)-T.-Jf ^ - ■ m r + ο (15)

Am Anfang des Bampfungsintervalles ist T-O und γ - y (O) -wodurch G » - wird. Die dimens ions Io se Zeit entlang der schnellen Asymptote vd.rd dannAt the beginning of the steaming interval is TO and γ - y (O) - which means G »-. The dimensional Io se time along the fast asymptote vd.rd then

^. ^7J LV(O) -In y J (16)^. ^ 7 J L V (O) -In y J (16)

Ba ot klein, nämlich kleiner als 3° "bei ο « 10 ist, kannBa ot small, namely less than 3 ° "at ο« 10, can

c 1 man setzen tan (x*t&*ö~y)'» '. Ferner gilt wegen der Kleinheit von α: γ(O)** γο·οί ·» c 1 you put tan (x * t & * ö ~ y) '» '. Furthermore, because of the smallness of α: γ (O) ** γ ο · οί · »

Damit ergibt sich schließlich für die dimensionslose Zeit T entlang der schnellen Asymptote als Funktion der Auslenkung urvom UrsprungThis finally results for the dimensionless Time T along the fast asymptote as a function of the deflection ur from the origin

1Ur 1 Ur

T - m jf - in Ψ T - m jf - in Ψ

(17)(17)

oder entsprechend für die wirkliche Zeitor for real time accordingly

t - ln TT " ^ ^ (18).t - ln TT "^ ^ (18).

Man erkennt, daß selbst entlang der schnellen Asymptote theoretisch eine unendlich große Zeit für das Erreichen des Ursprunges benötigt wird. Diese Tatsache stellt aber kein Problem dar, da es nicht notwendig ist, den Ursprung zu erreichen, sondern weil der Aufpunkt nur genügend naheIt can be seen that even along the fast asymptote, theoretically an infinitely long time to reach of the origin is required. This fact is not a problem because it is not necessary to know the origin to reach, but because the starting point is only close enough

909834/03 Π909834/03 Π

an den Ursprung in zumutbarer Zeit herankommen muß. Um diesen Sachverhalt in Zahlen ausdrücken zu können, nehme man z.B. an, daß die Zeit für die Annäherung an den Ursprung bis auf eine Bogensekunde (was einen sehr kleinen Fehler der Auslenkung von der Gleichgewichtslage darstellt) für ein lineares System mit einem anfänglichen Azimutwinkel von γ = 0,1 radian benötigt wird. Die Stelle auf der ψ-Achse für eine Bogensekunde ist dann ungefähr 5 x 10must get to the origin in a reasonable time. In order to be able to express this fact in numbers, one assumes, for example, that the time to approach the origin is down to one arc second (which represents a very small error in the deflection from the equilibrium position) for a linear system with an initial azimuth angle of γ = 0.1 radian is required. The place on the ψ -axis for one arcsecond is then about 5 x 10

Setzt man diesen .Vert für U^ und die ungedämpfte Eigenperiode für die Frequenz oj Q in den Ausdruck für t (Gleichung 18) ein, dann ergibt sichIf you insert this .Vert for U ^ and the undamped natural period for the frequency oj Q in the expression for t (equation 18), then the result is

10.000)10,000)

—ψ")—Ψ ") (I9)(I 9 )

oderor

4. T , ■ (10.000)4th T , ■ (10,000)

Für einen Kreisel mit der ungedämpften Eigenperiode von 240 Sekunden für T und einem Dämpfungsverhältnis von 10 beträgt die Zeit für die Verkleinerung der Auslenkung von 0,1 rad auf eine BogensekundeFor a gyro with the undamped natural period of 240 seconds for T and a damping ratio of 10, the time required to reduce the deflection from 0.1 rad to one arc second

2^0 In 2 ^ 0 in

w - ZT O9.95) was zu t « ^3»3 Sekunden führt. w - ZT O9.95) which leads to t «^ 3» 3 seconds.

Für eine beispielhafte anfängliche Auslenkung von Q = 0,1 J0 rad und einer restlichen Auslenkung von « 1 Bogensekunde ° ergibt sich als Verhältnis zwischen dem gedämpften Zeitoo intervall und dem ungedämpften Zeitintervall. ω ( 20000 ^For an exemplary initial deflection of Q = 0.1 J 0 rad and a remaining deflection of «1 arc second °, the ratio between the damped time interval and the undamped time interval is obtained. ω (20000 ^

*" ^t T In (* "^ t T In (

.^J oder, da T » -I1 ist,. ^ J or, since T »-I is 1 ,

6.3 - 0.635 In (2 6 )6.3 - 0.635 in (2 6) 6 ~ 6 + 6 ~ 6 +

Der allgemeine Ausdruck für das Verhältnis zwischen dem Zeitintervall der gedämpften und dem Zeitintervall der ungedämpften Bewegung giltThe general expression for the relationship between the time interval of the damped and the time interval the undamped movement applies

'V„'V "

* 8B(v* 8B ( v

Die angegebenen Rechnungen gelten auch für negative Azimutwinkel. Bine Phasendarstellung der iterativen Dämpfung für einen anfänglichen negativen Azimutwinkel und einen negativen Zeitfehler ist in Fig. 10 wiedergegeben.The calculations given also apply to negative azimuth angles. A phase representation of the iterative damping for an initial negative azimuth angle and a negative timing error is shown in FIG.

Die vorstehenden Betrachtungen und Ergebnisse fußen auf der Annahme, daß der anfängliche Winkely der Kreiselschwingung kleiner als 5° ist, so daß der Präzessionswinkel T unabhängig von der Größe von y , d.h. daß das System linear ist. Natürlich ist diese Annahme nicht immer gültig, insbesondere weil Magnetkompasse für die Grobausrichtung des meridianweisenden Instruments auf dem Meridian benutzt werden; diese Magnetkompasse können eine große unbekannte Deklination an- dem Aufstellungsort des Instrumentes besitzen als deren Ergebnis der Anfangswinkel γ zu groß wird,als daß die Annahme für die Aufstellung der Gleichung (1), insbesondere für die Annahme, daß siny»y ist, noch gerechtfertigt wäre. Polglich lautet die genauere Gleichung für die Präzessionsbewegung des Kreisels in PhasenkoordinatenThe above considerations and results are based on the assumption that the initial Winkelely of the gyroscopic oscillation is less than 5 °, so that the precession angle T is independent of the size of y, ie that the system is linear. Of course, this assumption is not always valid, especially because magnetic compasses are used for the rough alignment of the meridian-pointing instrument on the meridian; These magnetic compasses can have a large, unknown declination at the place where the instrument is set up, as a result of which the starting angle γ becomes too large to justify the assumption for setting up equation (1), in particular for the assumption that siny »y were. The more precise equation for the precession motion of the gyro reads in phase coordinates

γ' I^ + sinr- ° (22>·γ 'I ^ + sin r- ° (22>

Zweimalige Integration dieser Gleichung und Auflösung nach der dimensionsIosen Zeit <T führt für das Präzessionsintervall zwischen zwei Asymptoten zu der Beziehung Integrate this equation twice and solve for the dimensionless time <T leads to the relationship for the precession interval between two asymptotes

909834/0971909834/0971

r« COSr «COS

Diese Integrale führen auf elliptische Funktionen; das damit verbundene langwierige Rechenverfahren kann durch eine Beschränkung auf eine Annäherung vermieden werden. Diese Annäherung gründet sich auf die folgende Begründung: Da der Winkel ex klein ist, etwa in der Größenordnung von 3°, betrachte man zur Vereinfachung statt den Bogen r~y- - 2of den vollen Bogen ("yit d.h» den vierten Teil einer Periode. Wenn man jetzt die Lange der Viertelperiode für den Fall, daß von ψ" ■ 45° ausgehend sich der Nullannähert, erhält man den UnterschiedThese integrals lead to elliptic functions; the lengthy calculation process associated with this can be avoided by restricting it to an approximation. This approximation is based on the following reason: Since the angle ex is small, roughly in the order of magnitude of 3 °, for the sake of simplicity one consider the full arc ("yit ie» the fourth part of a period instead of the arc r ~ y- - 2of If one now uses the length of the quarter period for the case that starting from ψ " ■ 45 ° the zero approaches, one obtains the difference

^S" ( ^oVo*4-5° ~ ^o ^ Yo 88O - 1.633-1.571
* 0.062 rad
oder
^ S " ( ^ oVo * 4-5 ° ~ ^ o ^ Yo 88 O- 1.633-1.571
* 0.062 rad
or

At1 · ^--S- AT1 m 2.37 see.At 1 ^ - S- AT 1 m 2.37 see.

Am Ende des ersten .FräZessionsintervalls C0 wird also der Aufptmkt P um einen Winkel ΔΤνοη ungefähr 0,062 rad zusätzlich zu dem angeaommenen Zeitfehler AtT verspätet sein. Das Verhältnis der Amplituden nach einem Zyklus der Dämpfung wird dann ungefähr *ΔV + A%. ■ 0,05 + 0,0612 » 0.112 sein, so daß der anfängliche 45 -Winkel jetzt auf ungefähr 5° reduziert ist. Folglich wird in den nächsten Dämpfungszyklen der dem Anfangswinkel zuzuschreibende Fehler 4Έ" nicht mehr eingreifen und nur noch der angenommene Zeitfehler von 0,05 rad bestehen bleiben. Damit wird nach vier Dämpfungszyklen die Anfangsamplitude von 45° aufAt the end of the first .FräZessionsintervalls C 0 , the point P will be delayed by an angle ΔΤνοη approximately 0.062 rad in addition to the assumed time error AtT. The ratio of the amplitudes after one cycle of damping then becomes approximately * ΔV + A%. ■ 0.05 + 0.0612 »0.112, so that the initial 45 angle is now reduced to about 5 °. As a result, in the next damping cycles the error 4Έ "attributable to the starting angle will no longer intervene and only the assumed time error of 0.05 rad will remain

909834/0971909834/0971

0,112 χ (Ο,Ο5)3 χ0.112 χ (Ο, Ο5) 3 χ

Cs^. 6,3 χ 10"4 Grad <2=ι, 2,27 Bogensekunden.Cs ^. 6.3 χ 10 " 4 degrees <2 = ι, 2.27 arc seconds.

Aus dem Vorstehenden ist deutlich gev/orden, daß selbst mit sehr viel größeren Anfängswinkeln ein schnelles Abklingen der Schwinßungsamplituden des Kreisels erreicht werden kann. So nimmt z.B. die Amplitude für yi-Sö") A1T0= o,o 5 radIt is clear from the above that a rapid decay of the oscillation amplitudes of the gyro can be achieved even with very much larger starting angles. For example, the amplitude for yi-Sö " ) takes A 1 T 0 = o, o 5 rad

y4 α C,.?5? χ 0,0552 χ (0,05)2 x 90° χ 3600 «y 4 α C,.? 5? χ 0.0552 χ (0.05) 2 x 90 ° χ 3600 «

Bogense'-ainden.Bogense'-ainden.

Natürlich wird mit zunehmender Anzahl von Dämpfungszyklen, z.B. fünf oder sechs Zyklen, eine angemessene Ausrichtung auf dem Meridian bei anfänglichen Winkeln nahe 180° innerhalb einer Gesamtzeit der Ausrichtung von ungefähr 8 Minuten (η β 7) erreicht werden. Dies bedeutet eine wesentliche Verbesserung gegenüber der sehr längen Zeit der Ausrichtung, die bei kontinuierlich gedämpften Kreiseln mit einem Anfangswinkel nahe 180° notwendig ist.Of course, as the number of cushioning cycles increases, e.g., five or six cycles, adequate alignment becomes on the meridian at initial angles close to 180 ° for a total alignment time of approximately 8 minutes (η β 7) can be achieved. This means an essential Improvement compared to the very long time of alignment, which is the case with continuously damped gyroscopes with a starting angle close to 180 ° is necessary.

Fig. 11 zeigt eine Phasenebenen-Darstellung der ungedämpften Präzessionsbewegung eines Kreisels der Anfangswinkel zwischen 0 und + 180°. Es ist nur ein Quadrant dargestellt, da die Kurven in den anderen drei Quadranten Spiegelbilder derjenigen in dem angrenzenden Quadranten sind. Die Kurven weichen beträchtlich von der für kleine Anfangswinkel gültigen Kreisform ab, wenn diese iSTinkel über 5° ansteigen. Das wird aus der gestrichelten Kurve 50 deutlich, die f ■ const, darstellt und alle Präzessionskurven an Punkten gleicher Zeit T" seit der Freigabezeit schneidet« Wenn also die Zeit des Präzessionsintervalles auf dem Wert f konstant gehalten wird, dann wird die Dämpfung an dem Punkteingeschaltet, an dem die betreffen-11 shows a phase plane representation of the undamped precession movement of a gyroscope at the starting angles between 0 and + 180 °. Only one quadrant is shown as the curves in the other three quadrants are mirror images of those in the adjacent quadrant. The curves deviate considerably from the circular shape valid for small starting angles when these iSTangles increase above 5 °. This is clear from the dashed curve 50, which represents f const, and intersects all precession curves at points of the same time T "since the release time. If the time of the precession interval is kept constant at the value f , then the damping is switched on at the point on which the relevant

909834/0971909834/0971

de Kurve die Kurve 50 schneidet. Dadurch läuft der Aufpunkt entlang der gedämpften Bahnkurve auf die langsame Asymptote 51 zu. Ob er die Asymptote vor dem Einschalten des Präzessionsintervalles erreicht, hängt von der Größe des Anfangswinkels und von der Zeitdauer des Dämpfungsintervalles ab. In dem Diagramm der Fig. 11 ist der Fall eines Kreisels erläutert, der bei einem Anfangswinkel von 45° freigegeben wurde. Ein Fall, der bei der Erörterung der numerischen Abschätzung der Einstellgenauigkeit betrachtet wurde. Der üoifpunkt F läuft entlang der Präzessionskurve 52 während des Zeitintervalls für die Präzessionsbewegung,, Dann v/ird die Dämpfung angewandt und der Aufpunkt P läuft Jetzt entlang der Bahnkurve 53 für die gedämpfte Bewegung und erreicht die langsame Asymptote 51· Am Ende dieses ersten Zyklus ist der Azimutwinkel von 4-5 auf weniger als 5 reduziert. Der Dämpfüngszyklus wird dann wiederholt, bis der Schwinger innerhalb des zulässigen Fehlerbereiches um die Meridianebene angekommen ist. Man möge bemerken, daß für große Winkel weder die Asymptoten noch die Bahnkurven für die gedämpften Bewegungen gerade Linien sind. Dies ist Jedoch nicht von Bedeutung für eine qualitative Abschätzung des Verhaltens bei großen Anfangswinkeln.de curve intersects curve 50. As a result, the starting point runs along the damped trajectory curve on the slow one Asymptote 51 to. Whether he got the asymptote before turning on of the precession interval depends on the size the starting angle and the duration of the damping interval. This is the case in the diagram of FIG. 11 explained a gyro that was released at an initial angle of 45 °. A case when discussing the numerical estimation of the setting accuracy was considered. The point F runs along the precession curve 52 during the time interval for the precession movement, Then the damping is applied and the reference point P now runs along the trajectory 53 for the damped movement and reaches the slow asymptote 51 · At the end of this first cycle is the azimuth angle reduced from 4-5 to less than 5. The damping cycle is then repeated until the transducer has arrived within the permissible error range around the meridian plane is. It should be noted that for large angles neither the asymptotes nor the trajectories for the damped Movements are straight lines. However, this is not important for a qualitative assessment of the behavior at large starting angles.

Zur Erläuterung wurde angenommen, daß das Dämpfungsverhältnis ά « 10 ist. Dieses Dampfungsverhältnis kann jedoch über einen großen Bereich variiert werden. Je größer das Dämpfungsverhältnis wird, desto kürzer wird das Zeitintervall, das für den Entzug der während des Präzessions-Intervalls aufgenommenen Geschwindigkeit des Kreisels oder Schwingers nötig ist. Wenn im Grenzfall δ gegen Unendlich strebt, werden die Bahnkurven nach Fig. 2 parallele Geraden senkrecht zur y-Achse, während die langsame und schnelle Asymptote mit der y-Achse bzw. der y'-AchseFor explanation it was assumed that the damping ratio is ά «10. However, this damping ratio can be varied over a wide range. The greater the damping ratio, the shorter the time interval that is necessary for the withdrawal of the speed of the gyro or oscillator recorded during the precession interval. If in the limit case δ tends towards infinity, the trajectories according to FIG. 2 become parallel straight lines perpendicular to the y- axis, while the slow and fast asymptotes with the y-axis or the y'-axis

909834/0971909834/0971

zusammenfällt.coincides.

Diese Bedingung kann jedoch nicht realisiert werden. Weiterhin wird durch die die Zeit für einen Zyklus nicht wesentlich abg^ekürzt. Das Präzessionsintervall beträgt jetzt TQ ■ -jy- für ^T- O1 während das Intervall für die Bahnkurve der gedämpften Bewegung jetzt 0 ist. Für den vorher betrachteten beispielhaften Kreisel mit einer Eigenperiode von 240 Sekunden wird das Präzessionsintervall jetzt T s -L·- zu 60 Sekunden, verglichen mit 54 Sekunden für ό « 10 unter der Annahme eines negativen Zeitfehlere von 2 Sekunden. Bei vier Iterationen nach einem anfänglichen Dämpfungsintervall von 12 Sekunden wird die gesamte,Zeitersparnis etwa 36 Sekunden betragen.However, this condition cannot be realized. Furthermore, it does not significantly shorten the time for a cycle. The precession interval is now T Q ■ -jy- for ^ T- O 1 while the interval for the trajectory of the damped movement is now 0. For the previously considered exemplary gyro with a natural period of 240 seconds, the precession interval now T s -L · - is 60 seconds, compared to 54 seconds for ό «10 assuming a negative time error of 2 seconds. With four iterations after an initial damping interval of 12 seconds, the total time savings will be about 36 seconds.

Obgleich dieser Fall nur von akademischem Interesse ist, so zeigt er trotzdem, daß nur sehr wenig Zeit bei der Benutzung eines sehr großen Dämpfungsverhältnisses gespart wird. Das ist natürlich auf die Tatsache zurückzuführen, daß die meiste Zeit für einen vollständigen Zyklus von dem mehr oder weniger konstanten Präzessionsintervall aufgebraucht wird. Weiterhin steigt die für die Erzeugung des Dämpfungsmomentes benötigte Leistung etwa mit S an. '.Venn also das Dämpfung3verhältnis von ö ■ 10 etwa zu ο m 50 ansteigt, würde mindestens das 25-fache der Leistung zusätzlich erforderlich seinr ferner wären dazu größere !Spulen nötig. Mit diesem Aufwand würde eine Zeitersparnis von nur etwa Ϊ3 % erzielt.Although this case is only of academic interest, it nonetheless shows that very little time is saved using a very large damping ratio. This is of course due to the fact that most of the time for a complete cycle is consumed by the more or less constant precession interval. Furthermore, the power required to generate the damping torque increases with approximately S. If the damping ratio increases from 10 to around ο m 50, at least 25 times the additional power would be required, and larger coils would also be required. With this effort a time saving of only about Ϊ3 % would be achieved.

Man betrachte jetzt den Fall, daß das Dämpfungsverhältnis von <S ■ 10 auf etwa S - 2,5 vermindert wird. Dadurch würde die Zeit entlang der Bahnkurve für die gedämpfte Bewegung um das Vierfache derjenigen für das Dämpfungsverhältnis ο · 10 ansteigen, während die Länge des· Präzes- Now consider the case that the damping ratio is reduced from <S ■ 10 to about S - 2.5. Through this would take the time along the trajectory for the damped Movement by four times that for the damping ratio ο 10, while the length of the

909834/09/1909834/09/1

sionsintervalles auf ungefähr 44 Sekunden für ATa 0 reduziert würde. Die Zeit für einen vollständigen Zyklus einschließlich des anfänglichen Dämpfungsintervalls beträgt jetzt (4)(12) + 44 »92 see. Das bedeutet einen Anstieg von ungefähr 35 % über die 68 see* pro-Zyklus im Falle ο » "10{ dieser Anstieg ist in vielen Anwendungen nicht akzeptabel. sion interval would be reduced to approximately 44 seconds for ATa 0. The time for a full cycle including the initial damping interval is now (4) (12) + 44 »92 see. This means an increase of about 35% over the 68 see * per cycle in the case of ο »" 10 {this increase is not acceptable in many applications.

Man kann aus Überleitungen,} die sowohl die praktische wie theoretische Seite berücksichtigen, schließen, daß ein optimaler Bereich den DMmpfungsverhältnisses zwischen S = 5 und ο a 20 existiert, obgleich es keinen optimalen »7ert des Dämpfungsverhältnisses an sich gibt und obgleich daher ä jeden Jert über Λ annehmen kann. Der in der vorstehenden Beschreibung angenommene .'/ert von = 10 kann daher als für das Verfahren der iterativen Dämpfung repräsentativ gelten.One can choose from reconciliations,} both the practical and theoretical side, consider the conclusion that an optimum range exists the DMmpfungsverhältnisses between S = 5 and ο a 20, although it 7ert no optimal "is the damping ratio per se and although therefore like every Jert about Λ can accept. The assumption of = 10 in the above description can therefore be regarded as representative of the method of iterative damping.

Wenn der meridianwel.iGnde Kreisel bei verschiedenen ideographischen Breiten benutzt wird, wird es nötig sein, die Zeitgeber- und Dämpfungssteuerung so einzustellen, daß Veränderungen aufgrund der geänderten geographischen Breite kompensiert werden. Diese Kompensation braucht jedoch nicht vollständig zu sein. Ein Fehler von + oder minus 1° in der geographischen Breit© kann leicht toleriert werden. Die Notwendigkeit einer Kompensation der Zeitsteuerung iat der Tatsache zuzuschreibens daß die Schwingungsdauer des Kreisels eine Funistion der geographischen Breite ist:If the meridianal gyro is used at different ideographic latitudes, it will be necessary to adjust the timing and attenuation controls to compensate for changes due to changes in latitude. However, this compensation need not be complete. An error of + or minus 1 ° in the geographical latitude © can easily be tolerated. The need for compensation of the timing iat attributable s that the period of oscillation of the gyroscope is a Funistion the latitude of the fact:

Konstanteconstant

T". 2TJ r—Γ? M 60 cos k ^ cos K T ". 2TJ r - Γ? M 60 cos k ^ cos K

U» also einen Fehler in dem Präzessionsintervall zu vermeiden, ist es nötig, das letztere in der gleichen Weise ."■· wie sich T verändert an die geographische Breite anzupassen;U »thus avoiding an error in the precession interval, it is necessary to do the latter in the same way. "■ · how T changes to adapt to latitude;

909834/D974909834 / D974

!,3!,'!1"11!1!1''!1!3111!11!JI1IIIIHi1I'111'111. J! PI l'!jl!l!, 3!, '! 1 "11! 1! 1''! 1! 3111! 11! JI 1 IIIIHi 1 I' 111 ' 111. J! PI l'! Jl! L

- 4-7 -- 4-7 -

statt das Präzessionszeitintervall t konstant zu halten, kann man es in der gleichen '.Veise wie T variieren.instead of keeping the precession time interval t constant, one can vary it in the same way as T.

Lo C 7Γ L o C 7Γ

; Λ " ":— " }~*τ
0 tj„ ν. ί-
; Λ "": - " } ~ * τ
0 tj " ν. ί-

M CJ cosM CJ cos

Daher ist ein Kompensator 25 für die Kompensation der geographischen Breite in dem Steuersystem der Fig. 3 vorgesehen, der die gleiche proportionale Einstellung jedes individuellen Prazessionszeitintervalls aus den KLg. 4- und 5 gestattet. Diese Einstellung kann auf mehrere verschiedene tfeison geschehen, was von der Bauart des Zeitgebers abhängt. Bei mechanisch oder elektromechanisch betriebenen Zeitgebern kann die Geschwindigkeit des Zeitgebers in umgekehrtem Verhältnis zu der Kreiselperiode variiert werden, d.h. proportional zu γ cos λ , so daß die Zeitgeberfolge entsprechend gerafft oder gedehnt wird. Bei einem elektronisch betriebenen Zeitgeber kann entweder eine Veränderung der elektronischen Zeitkonstanten oder eine Veränderung der Integratorspannung des Zeitgebers proportional zur Kreiselperiode für die Einstellung der Zeitgebersteuerung benutzt werden.Therefore a compensator 25 is provided for the compensation of the geographical latitude in the control system of FIG. 3, which makes the same proportional adjustment of each individual precession time interval from the KLg. 4 and 5 allowed. This setting can take place at several different times, depending on the type of timer. In mechanically or electromechanically operated timers, the speed of the timer can be varied in inverse proportion to the gyro period, ie proportionally to γ cos λ, so that the timer sequence is gathered or stretched accordingly. In the case of an electronically operated timer, either a change in the electronic time constant or a change in the integrator voltage of the timer proportional to the gyro period can be used to set the timer control.

Obgleich im vorstehenden eine Dämpfungssteuerung und ein Verfahren beschrieben wurde, das auf der Basis eines proportional zur Geschwindigkeit der Azimutbewegung erzeugten Drehmoments arbeitet, können natürlich auch Dämpfungsinomente benutzt werden, die nicht proportional zur Azimutgeschwindigkeit sind. Man kann z.B. ein Dämpfungsmoment proportional zum Quadrat der Azimutgeschwindigkeit verwenden:Although in the above a damping control and a method has been described which is generated on the basis of a proportional to the speed of the azimuth movement Torque works, damping torques can of course also be used that are not proportional to the azimuth speed. E.g. a damping moment proportional to the square of the azimuth speed use:

ijr| γijr | γ

γ (26).γ (26).

909834/0971909834/0971

Ea kann auch ein Dämpfung3moment verwendet werden, das für kleine Azimutgeschwindigkeiten in erster Näherung "bzw. hauptsächlich der Geschwindigkeit proportional ist, das aber für große Azimutgeschwindigkeiten in erster Näherung, bzw. hauptsächlich proportional dem Quadrat der Geschwindigkeit ist. Ein derartiges Drehmoment ist gegeben durchA damping torque can also be used, which for small azimuth speeds in a first approximation "or mainly proportional to the speed, but that for high azimuth speeds as a first approximation, or mainly proportional to the square the speed is. Such a torque is given by

T- C ( 1 + k.| \jr| ) γ .(27),T- C (1 + k. | \ Jr |) γ. (27),

wobei der Wert der Konstanten k geeignet gewählt wird.the value of the constant k being appropriately selected.

Es können noch weitere Veränderungen in den -Einzelheiten der Vorrichtung und des Verfahrens vorgenommen v/erden, ohne daß dabei von den erfinderischen Gedanken, wie er in den nachfolgenden Ansprüchen zum Ausdruck gebracht wird, abgewichen wird. . ■There may be other changes in the details of the device and the method carried out v / earth, without thereby of the inventive concept as he is expressed in the following claims, is deviated from. . ■

909834/097 1909834/097 1

Claims (1)

PatentansprücheClaims 1. Verfahren zur Dämpfung der Bewegungen eines um seine Gleichgewichtslage pendelnden Schwingers» dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Schwingers in einem ersten vorgewählten Zeitintervall ungedämpft bleibt und während eines zweiten vorgewählten Zeitintervalls überkritisch gedämpft wird.1. A method for damping the movements of a vibrator oscillating about its equilibrium position »characterized in that that the movement of the vibrator remains undamped in a first preselected time interval and during of a second preselected time interval is supercritically damped. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn" des ersten Zeitintervalls auf einen Zeitpunkt gelegt wird, an dem sich der Schwinger außerhalb seiner Gleichgewichtslage befindet. '. 2. The method according to claim 1, characterized in that the beginning "of the first time interval is set at a point in time at which the oscillator is out of its equilibrium position. " 3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Zeitintervall in vorgewählter Anzahl abwechselnd aneinandergereiht werden.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the first and the second Time interval alternately lined up in a preselected number will. 4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn ze lehnet., daß die Bewegung anfänglich während eines dritten vorgewählten ZeitintervalIs überkritisch gedämpft wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the movement is initially rejected of a third preselected time interval is supercritical is dampened. 5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zeitintervall ungefähr gleich ist dem vierten Teil der ungedämpften Sigenperiode vermindert um ein Zeitintervall, das durch die ungedämpfte Eigenperiode dividiert durch das 41JT -fache des Dämpfungsverhältnisses gegeben ist.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the first time interval is approximately equal to the fourth part of the undamped Sigen period reduced by a time interval which is given by the undamped natural period divided by 4 1 JT times the damping ratio. 909834/0971909834/0971 6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Zeitintervall t^ durch den Ausdruck berechnet wird6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the second time interval t ^ is calculated by the expression wobei T die ungedämpfte Eigenperidde, γ die anfängliche Auslenkung von der Gleichgewichtslage, y die Auslenkung von der Gleichgewichtslage air ünde des zweiten Zeitintervalls und ο das Dämpfungsverhältnis bedeuten.where T is the undamped self-period, γ the initial deflection from the equilibrium position, y the deflection from the equilibrium position air and the end of the second time interval and ο the damping ratio. 7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis <ΞΓ zwischen dem ersten und zweiten Zeitintervall berechnet wird aus7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the ratio <ΞΓ between the first and second time interval is calculated from T (In w- - In ψ)
<O ■ _ £^2 __
T (In w- - In ψ)
<O ■ _ £ ^ 2 __
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, d?us die überkritische Dämpfung von der Geschwindigkeit des Schwingers abhängig ist.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized indicates that the supercritical damping depends on the speed of the transducer. 9. Verfahren nach Anspruch'8, dadurch gekennzeichnet, daß die überkritische Dämpfung proportional dem Quadrat der Geschwindigkeit des Schwingers9. The method according to claim'8, characterized in that the supercritical damping proportional to the square of the speed of the oscillator 10. Verfahren nach Anspruch 8t dadurch gekennzeichnet, daß die überkritische Dämpfung proportional der Geschwindigkeit des Schwingers iat.10. The method according to claim 8 t, characterized in that the supercritical damping iat proportional to the speed of the oscillator. 909834/097 1909834/097 1 11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das überkritische Dämpfungsverhältnis zwischen etwa 5 und etwa 20 liegt.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the supercritical damping ratio is between about 5 and about 20. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch -ekennzeichnet, daß das überkritische Dämpfungsverhältnis etwa 10 beträgt«12. The method according to claim 11, characterized in that the supercritical damping ratio is about 10 « 13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche für einen Schwinger, dessen Bewegung der Differentialgleichung13. The method according to any one of the preceding claims for an oscillator whose motion is the differential equation m ^i4C D dx (x) m 0 m ^ i 4 C D dx (x) m 0 gehorcht, wobei in dJ.o bG-vegte Masse, λ) dar DSmpfungskoeffizient, f (x) die auf die Masse einwirkende Rückstellkraft, χ die Auslenkung der Islasrse aua ihrer Gleichgewichtslage und t die Zeit bedeuten, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungskoeffizient eine i'unktion der Geschwindigkeit der Hasse und für alle ^esciiwindigkeiten größer als für die kritische Dämpfung der Masne nötig ist.obeys, where in d J .o bG-vegte mass, λ) the D damping coefficient, f (x) the restoring force acting on the mass, χ the deflection of the Islassese from its equilibrium position and t the time, characterized in that the damping coefficient a It is a function of the speed of the hater and for all escii speeds greater than is necessary for the critical damping of the mass. I7+. Verfahren nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß der Därapfungskoeffizient proportional dem .Quadrat der Geschwindigkeit der be'vecjten Masae ist.I 7 +. Method according to Claim 13, characterized in that the steaming coefficient is proportional to the square of the speed of the be'vecjten Masae. 15· Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfung bei Geschwindigkeiten der bewegten Masse unter einer vorgewählten Größe hauptsächlich proportional der Geschwindigkeit und bei Geschwindigkeiten über der vorgewählten Größe hauptsächlich proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit der bewegten Masse ist.15 · Method according to one of the preceding claims, characterized in characterized in that the damping at speeds of the moving mass below a preselected size mainly proportional to the speed and, at speeds above the selected size, mainly proportional to the square of the speed of the moving mass is. 16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche für einen meridianweisenden Kreisel, dessen Bewegung in nor-16. The method according to any one of the preceding claims for a meridian-pointing top, the movement of which is in the north 909834/097909834/097 BAD ORIGINALBATH ORIGINAL mierten Azimut-Elevationskoordinäten den Differentialgleichungen mated azimuth elevation coordinates to the differential equations SSL _ äJLSSL + γ _ äJL SSL _SSL + γ _ d V £
J
d V £
J
gehorcht, wobei "ψ· der augenblickliche Azimutwinkel der Krei- « —FT" Λθγ normierte augenblickliche JSlevationswinkel der Kreisellaufachoe, θ der tatsächliche Elevatjjmswinkel, T= <*> t die nornr, —i.ie-rte Zeit,obeys, where "ψ · the instantaneous azimuth angle of the circle-« -FT " Λθγ normalized instantaneous elevation angle of the gyro speed, θ the actual elevation angle, T = <*> t the normal, -i.ie-rth time, die Kreisfretjuenz der ungedämpften Schwingung der Kreisellaufachse, Jl die örtliche Horizontalkomponente der '.Vinkelgeschwindigkeit der "Erdrotation, H das \7inkel-■ Q ΈΚΊί the circular freshness of the undamped oscillation of the rotary axis, Jl the local horizontal component of the angular velocity of the earth's rotation, H the \ 7angular ■ Q ΈΚΊί das Dämpfungsverhältnis für die Bewegung; der Kreiselachse in der Azlrautebehe und G der geschwindigkeitsproportionale Dämpfungskoeffizientun die Azimutachse ist, so daß die Ortskurven in einer Phasenebenen-Darstellung der Bewegung eine erste Asymptote mit der Gleichungthe damping ratio for the movement; the gyro axis in the Azlrautebehe and G the speed proportional Damping coefficient is the azimuth axis, so that the loci are in a phase plane representation of the movement a first asymptote with the equation längs der die Gleichgewichtslage am langsamsten erreicht wird, und eine zweite Asymptote mit der Gleichungalong which the equilibrium position is reached the slowest becomes, and a second asymptote with the equation längs der die Gleichgewichtslage am schnellsten erreicht wird, besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Asymptoten als Schaltlinien benutzt· werden, so daß bei der ersten Asymptote als Schaltlinie die überkritische Dämpfung abgeschaltet wird und die Kreiselachse frei präzedieren kann, bis der ihrer Bewegung entsprechende Aufpunkt in der Phasenebenen-Darstellung in die zweite Asymptote einmündet, die als Behaltlinie für die Anwendungalong which the equilibrium position is reached the fastest will have, characterized in that the first and second asymptotes are used as switching lines, so that the supercritical damping and the gyro axis are switched off at the first asymptote as a switching line can precess freely until the reference point corresponding to their movement in the phase plane representation in the second Asymptote opens up as a hold line for the application 909834/0971909834/0971 jmn/vj am 'jmn / vj am ' der überkritischen Dämpfung auf die Kreiaelbewegung dient.the supercritical damping on the circular movement is used. 1?· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei anfänglicher überkritischer Dämpfung während des dritten Zeitintervalle die Prasse ssionsbewegung der Laufachse des Kreisels von einer festen Stelle aus ohne Anfangsgeschwindigkeit einsetzt.1? · Method according to claim 16, characterized in that that with initial supercritical damping during the third time intervals the compression movement of the barrel axis of the gyro starts from a fixed point with no initial speed. 18. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach eine» der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen fühler für die Momentang99ohwindigkeit des Schwingers} , durch einen auf den Fühler ansprechenden Dämpfer» der eine übeiktfifcisehe» zur Momentangeschwindiglfeit proportionale Damping. (&rs*feugtj und durch e|ue Steuerung, die in vorgewählten fiederholungsifltervallen während eines vorgewählten Zeitintervalle die erzeugte Überkritische Dämpfung auf den Schwinger einwirke» läßt«18. Device for carrying out the method according to one of the preceding claims, characterized by a sensor for the instantaneous speed of the oscillator}, by a damper responsive to the sensor, which has a damping proportional to the instantaneous speed. (& rs * feugtj and by e | u e control that "lets" the generated supercritical damping act on the transducer in preselected repetition intervals during a preselected time interval \ ■ ■■; '. \ ■ ■■; '. " · .' . ]t '■■■"·. ' . ] t '■■■ 19. Vorrichtung nach Anspruch 18 in einem Meridianweiser, &9V tinen pendelförmlgen Kreisel mit horizontaler Laufache« enthält, die daau neigt, sich aufgrund eines von19. The device according to claim 18 in a Meridianweiser, & 9V tinen pendelförmlgen gyroscope with a horizontal Laufache ", which tends to move due to one of herrührenden Präzeseioösmoraentes uqi eine Verin eine Meridianrichtuiig einzustellen', j|nkenn einen Abgriff, der ein zur Bewegung'der, Ao^ee.proportionalesoriginating Präzeseioösmoraentes uqi a Verin to set a meridian correctly ', j | nkenn a tap which is proportional to the movement of the, Ao ^ ee. ch ai^nal^ebej?, 41· »i% dt»ch ai ^ nal ^ ebej ?, 41 · »i% dt» und da» *i$xlffaignal 'and that » * i $ xl ffaignal ' la ein dfr <^dfcwindigl|»it der Bfwtguog der Iiaufeohae proportion·!te «lektrieche» Signal umwand·In^ durch Z«it-la a dfr <^ dfcwindigl | »it the Bfwtguog of the Iiaufeohae proportion ·! te «lektrieche» signal convert · In ^ by Z «it- und während Ύ0**·*$)^9 Zettiauif ein dey der Bewegunf d«J? InwIfte^iQ pjroporiioü»lt Signal #r«Äuee»| «nd 4*#«h einea *ii» dee denen Di*thaoaent«r»euger, der *iif denand while Ύ0 ** · * $) ^ 9 Zettiauif a dey the movement d «J? InwIfte ^ iQ pjroporiioü »lt Signal #r «Äuee» | «Nd 4 * #« h einea * ii »dee those Di * thaoaent "r" euger, who * iif den BAD ORIGINALBATH ORIGINAL und zeitweise ein dem Präsagsionsmoraeiit entgegenwirkendes Drehmoment um die Vertikalachse entwickelt.and at times a morale counteracting the presidential morale Torque developed around the vertical axis. 20. Vorrichtung, nach Anspruch 19.» dadurch, gekennzeichnet, daß di® Bewegungen der !laufachse des Kreisels auf di@ horizontale Aajimut ebene, beschränkt sind» : 20. Device according to claim 19. » characterized in that the movements of the running axis of the top are limited to the horizontal aajimut plane » : 21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 oder 20, gekennzeichnet durch ein drehbares Teil, das konzentrisch zur vertikalen Achse des Kreisels liegt ι durch einen Abgrifft der ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von der Relativdrehung des Kreiseis gegenüber· dem drehbare.!! Teil mn die vertikale Achse des Kreisels epaeugt; durcfe eine Hilfsvorrichtung sur drehung des drehbaren Teiles die vertikal© Achse t um die Relativbewegung, zwischen Kreisel und drehbarein 1SmH im "wescsntlichea auf Hull sn redusi©ren ? «ius?eli ©in© .-Spammnggqu@lle, deren Spannung proporliioaal atis-fiak^IgeseliwlEdigtoit äe® arehbarea Teiles ist ι dtoeli eiisea Iff-eteoi&eatunerssugejff1? der diese Spannung anapriefetg qIb© überlcritiach« für die Bawegiisag dtis Hj?©is©ts.n® die Tertifeale - Achs© »engt 1Md mü? gl&esv gi?eiti@s Sp;aaaimgsqu©lle verbuad© mn. dtsr-qh eine IiSit©Hv©i?i?icfetuBg für dl©- Steueruag21. Device according to one of claims 19 or 20, characterized by a rotatable part which is concentric to the vertical axis of the gyro through a tap t which sends an electrical signal as a function of the relative rotation of the circle with respect to the rotatable. !! Part mn is the vertical axis of the top; May an auxiliary device be used to rotate the rotatable part, the vertical axis t around the relative movement, between the top and the rotatable in 1 SmH in the "essential to Hull snusi © ren?" ius? eli © in ©.-Spammnggqu @ lle, whose tension proporliioaal atis -fiak ^ IgeseliwlEdigtoit äe® arehbarea part is ι dtoeli eiisea Iff-eteoi & eatunerssugejff 1 ? of this tension anapriefetg qIb © überlcritiach «for the Bawegiisag dtis Hj? © is © ts.n® the Tertifeale - AchsMd © mu? en ? eiti @ s Sp; aaaimgsqu © lle verbuad © mn. dtsr-qh an IiSit © Hv © i? i? icfetuBg for dl © - Steueruag Kreisele n«rRoundabout n «r iietf dag die ÄÄsgiflselt ci.©siiet f dag the ÄÄsgiflselt ci. © s lineal?'into''. - " -ruler? 'into' '. - "- 25t
■dal
ist von der
25t
■ dal
is from the
BADORtGiNALBADORtGiNAL quadratisch, von der Spannung abhängig ist, wenn letztere größer als der vorgewählte iÄfert ist.quadratic, depends on the voltage if the latter is larger than the preselected iÄfert. 24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23» dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomenterzeuger elektromagnetisch arbeitet.24. Device according to one of claims 19 to 23 »thereby characterized in that the torque generator operates electromagnetically. 25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des vom Drehmomenterzeuger gelieferten Drehmomentes auf die geographische Breite des Ortes des Kreisels mit einer Stelleinrichtung eingestellt werden kann.25. Device according to one of claims 19 to 24, characterized characterized in that the size of the torque delivered by the torque generator to the geographic Width of the location of the gyro can be adjusted with an adjusting device. 26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 25» dadurch gekennzeichnet, daß die Intervallänge der ungedämpften Schwingung mit einer Stellvorrichtung auf die geographische Breite des Ortes des Kreisels eingestellt werden kann.26. Device according to one of claims 18 to 25 » characterized in that the interval length of the undamped Vibration adjusted with an adjusting device to the latitude of the location of the gyro can be. 909834/0971909834/0971 BAD ORIQttMÄÖtfSO OASBAD ORIQttMÄÖtfSO OAS
DE19681811736 1967-11-30 1968-11-29 Method and device for damping a pendulum oscillator Pending DE1811736A1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US68704967A 1967-11-30 1967-11-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1811736A1 true DE1811736A1 (en) 1969-08-21

Family

ID=24758812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19681811736 Pending DE1811736A1 (en) 1967-11-30 1968-11-29 Method and device for damping a pendulum oscillator

Country Status (2)

Country Link
US (1) US3577646A (en)
DE (1) DE1811736A1 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3988659A (en) * 1966-02-23 1976-10-26 Lear Siegler, Inc. Meridian seeking instrument
CA1005911A (en) * 1972-07-27 1977-02-22 Leslie F. Gregerson Method and apparatus for determining astronomic north by gyro compass
US3977087A (en) * 1972-08-01 1976-08-31 Aga Corporation Gyro system rapid activation utilizing last known position of gyro
US4189947A (en) * 1977-11-14 1980-02-26 The Singer Company Nutation damper for two-axis gyroscope
DE3016143A1 (en) * 1980-04-26 1981-10-29 Fried. Krupp Gmbh, 4300 Essen Ship's course correction, using directional gyroscope - is by comparison with gyroscopic compass signal at defined time intervals
US5035376A (en) * 1981-07-31 1991-07-30 General Dynamics Corp., Pomona Division Mz 1-25 Actively damped steering rate sensor for rotating airframe autopilot
US5272815A (en) * 1990-11-14 1993-12-28 Tokimec Inc. Gyro compass
US5445040A (en) * 1994-05-20 1995-08-29 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Caging system

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3125885A (en) * 1964-03-24 malone
DE314703C (en) *
US2802279A (en) * 1946-04-19 1957-08-13 Bosch Arma Corp Gyrocompass

Also Published As

Publication number Publication date
US3577646A (en) 1971-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3153253C2 (en)
DE60110055T2 (en) CONTROL SYSTEM FOR A VIBRATION STRUCTURE CIRCLE
DE2263338C3 (en) North looking roundabout
DE102006013237B4 (en) Mechanical-Electric Generator
DE2532925A1 (en) TORSIONAL TABOSCILLATOR
DE1811736A1 (en) Method and device for damping a pendulum oscillator
DE2950919A1 (en) IMPROVEMENTS TO VIBRATION DEVICES FOR THE TREATMENT OF AN OPTICAL BEAM
DE2606564A1 (en) PROCEDURE AND EXECUTION ARRANGEMENT FOR COMPENSATION OF IMBALANCE OF ROTATING MACHINES
DE2603689C3 (en) Arrangement for vibration compensation
DE1548517B2 (en) Gyro-stabilized platform, freely supported around at least one axis of rotation
DE69928615T2 (en) TAILORED VIBRATION MUFFLER
DE2733208A1 (en) GYROSCOPIC INSTRUMENT
DE2715908C2 (en) Device for an oscillating mirror that can be electromagnetically excited in two directions
DE10053114C1 (en) Device for damping the vibration of an oscillating unit
DE2239439A1 (en) GYRO COMPASS
DE4243755A1 (en) Centrifugal force type vibration exciter
DE3033281C2 (en) Arrangement for damping nutation vibrations in dynamically coordinated, two-axis position gyroscopes
DE2064332B2 (en) Vibrating rotor gyroscope for inertial navigation
DE1089574B (en) Angular accelerometer
DE1613176A1 (en) Torsional vibration motor
DE19811025A1 (en) Mechanical oscillator e.g. for mechanical or micromechanical rotation rate sensor
DE1900702A1 (en) Device for correcting the gait of a mechanical oscillating system
DE102004030701B4 (en) Device for limiting the absorption of vibration energy by a vibratory system
DE604545C (en) Synchronous machine coupled with drive or driven machine
DE2850245A1 (en) Limiting imbalance of washing or spinning machine drum - using secondary vibration system, the vibrations of which are directed transversely to the drum axis