DE2229431A1

DE2229431A1 - NORTH LOOKING PENDULUM

Info

Publication number: DE2229431A1
Application number: DE19722229431
Authority: DE
Inventors: Eduard Prof Dr Fischel
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1972-06-16
Filing date: 1972-06-16
Publication date: 1974-01-03

Description

Nordsuchendes Kreiselpendel Die Erfindung betrifft ein nordsuchendes Kreiselpendel mit einem an einem Band aufgehängten Kreisel, einem Abgriff zur Erzeugung eines Signals nach Maßgabe der Azimut-Auslenkung des Kreisels aus der Bandnullage, einem Anzeigeglied, welches von dem Abgriffsignal über einen Servoverstärker und einen Stellmotor zur Anzeige der Nordrichtung verdrehbar ist, einem mit dem Anzeigeglied verdrehbaren Stellungsmelder und einem Drehmomenterzeuger, der auf den Kreisel um eine vertikale Achse wirksam ist und von einem Rückführsignal über einen Verstärker mit hohem Verstärkungsgrad in einem dem Kreiselrichtmoment entgegenwirkenden Sinne beaufschlagt ist. North-looking roundabout pendulum The invention relates to a north-looking pendulum Gyro pendulum with a gyro suspended from a band, a tap for generation a signal according to the azimuth deflection of the gyro from the band zero position, a display element, which of the tap signal via a servo amplifier and a servomotor for displaying the north direction is rotatable, one with the display element rotatable position indicator and a torque generator that turns on the gyro a vertical axis is effective and from a feedback signal through an amplifier with a high degree of gain in a sense that counteracts the gyro straightening torque is applied.

Es ist ein nordsuchendes Kreiselpendel mit einem an einem Band aufgehängten Kreisel bekannt, bei welchem ein Abgriff zur Erzeugung eines Signals nach Maßgabe der Azimut-Auslenkung des Kreisels aus der Bandnullage vorgesehen ist (DU-OS 1 941 808). Bei diesem bekannten nordsuchenden Ereiselpendel ist ein Drehmomentezeuger um eine vertikale Achse wirksam.It is a north-looking spinning pendulum with one suspended from a ribbon Known gyroscope, in which a tap for generating a signal in accordance with the azimuth deflection of the gyro from the band zero position is provided (DU-OS 1 941 808). There is a torque generator in this well-known north-looking travel pendulum effective around a vertical axis.

Dieser Drehmomenterzeuger wird von dem Abgriffsignal mit hohem Verstärkungsgrad in einem dem Kreiselrichtmoment entgegenwirkenden Sinne beaufschlagt. Es wird somit praktisch das Kreiselrichtmoment durch ein von dem Drehmomenterzeuger hervorgerufenes Gegenmoment kompensiert, wobei das sich im Gleichgewichtszustand einstellende Abgriffsignal, welches unter der Annahme einer linearen Verstärkung und einer linearen Charakteristik des Drehmomenterzeugers dem erzeugten Gegenmoment proportional ist, ein Maß für das Kreiselrichtmoment und damit für die Ablage des Kreisels von der Nordrichtung bildet. Eine solche Anordnung liefert die Nordrichtung relativ schnell, da nicht gewartet zu werden braucht, bis der Kreisel unter dem Einfluß des Kreiselrichtmomentes und einer Dämpfung in die Nordrichtung eingeschwungen ist.This torque generator is of the tap signal with high Gain applied in a direction counteracting the gyro directional torque. It is thus practically the gyro straightening torque by one of the torque generator caused counter-torque compensated, whereby this is in the state of equilibrium adjusting tap signal, which is based on the assumption of a linear gain and a linear characteristic of the torque generator the generated counter torque is proportional, a measure of the gyro torque and thus for the storage of the Roundabout from north. Such an arrangement provides the north direction relatively fast, as there is no need to wait until the top is below the Influence of the gyro straightening moment and damping in the north direction is.

Nachteilig bei dieser Anordnung ist jedoch, daLS nur ein der Ablage von der Nordrichtung proportionales Signal erhalten wird und nicht ein augenfällig in die Nordrichtung weisendes Anzeigeglied vorgesehen ist.The disadvantage of this arrangement, however, is that there is only one shelf signal proportional to the north direction is received and not an obvious one North-facing display member is provided.

Es ist deshalb weiterhin eine Anordnung vorgeschlagen worden, bei welcher durch den Strom am Drehmomenterzeuger über einen Servoverstärker und einen Stellmotor ein Anzeigeglied, z.B.It has therefore also been proposed an arrangement at which by the current at the torque generator via a servo amplifier and a Servomotor a display element, e.g.

ein Fernrohr, zur Anzeige der Nordrichtung verdrehbar ist.a telescope that can be rotated to indicate the north direction.

Von einem mit dem Anzeigeglied verdrehbaren Stellungsmelder, z*B. einem Drehpotentiometer, ist ein Rückführsignal auf den Eingang des Servoverstärkers geschaltet. Es erfolgt dann eine Verdrehung des Anzeigegliedes um einen Winkel, der dem Abgriffsignal proportional ist und damit der Abweichung der Kreiselahse von der Nordrichtung. Auf diese Weise wird das Anzeigeglied um den Ablagewinkel in die Nordrichtung verdreht (DT-OS 2 008 702).From a position indicator that can be rotated with the display element, e.g. a rotary potentiometer, is a feedback signal to the input of the servo amplifier switched. The display element is then rotated by an angle, which is proportional to the pickup signal and thus the deviation of the gyro lens from the north direction. In this way, the display member is offset by the offset angle rotated in the north direction (DT-OS 2 008 702).

Bei der letzteren bekannten Anordnung erfolgt die Verdrehung des Anzeigegliedes mittels eines zusätzlichen Servokreises, der unabhängig von dem Kompensationskreis ist, also von der Aufschaltung des Abgriffsignals auf den Drehmomenterzeuger. Der Servokreis für das Anzeige glied kann daher gewisse Fehler des Kompensationskreises, die z.B. durch Änderungen in der Steilheit des Abgriffe, änderungen des Verstärkungsgrades des Verstärkers im Kömpensationskreis und Xndungender Charakteristik des Drehmomenterzeugers, z.B. durch Feldstärkeänderungen, nicht ausgleichen, sondern muß diese in der ganzen Größe übernehmen. Außerdem kann der Servokreis für die Verstellung des Anzeige glie des eigene Fehler aufweisen, die beispielsweise durch Nullunktverlagerungen des Servoverstärkers entstehen.In the latter known arrangement, the display member is rotated by means of an additional servo circuit that is independent of the compensation circuit is, i.e. from the connection of the tap signal to the torque generator. Of the Servo circuit for the display element can therefore cause certain errors in the compensation circuit, e.g. by changes in the steepness of the tap, changes in the degree of gain of the amplifier in the compensation circuit and the characteristics of the torque generator, e.g. by changing the field strength, not to compensate for this, but must as a whole Accept size. In addition, the servo circuit for adjusting the display can be used des have their own errors, for example caused by zero point shifts of the Servo amplifiers arise.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein nordsuchendes Kreiselpendel der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß sich ein Anzeigeglied genau in die Nordrichtung einstellt, wobei Anderungen der Eigenschaften der verschiedenen Epmponenten weitgehend ohne Einfluß auf die Anzeige sind.The invention is based on the object of a centrifugal pendulum looking north of the type mentioned in such a way that a display member is exactly in the North direction adjusts, with changes in the properties of the various epmponenten are largely without influence on the display.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem nordsuchenden Kreisel pendel der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß das Signal von dem Stellungsmelder als Rückfuhrsignal über den Verstärker auf den Drehmomenterzeuger geschaltet ist.According to the invention, this is the pendulum at a north-looking roundabout Type mentioned at the outset achieved in that the signal from the position indicator is switched as a feedback signal via the amplifier to the torque generator.

Gemäß der Erfindung ist somit nur noch ein einziger Kreis vorgesehen. Bei einer Auslenkung des Kreisels aus der Bandnulllage wird ein Abgriffsignal erzeugt. Dieses Abgriffsignal wird durch den Servoverstärker verstärkt und verstellt über den Stellmotor das Anzeigeglied, z.B. ein Fernrohr. Die Verstellung wird über einen Stellungsmelder rückgeführt und beaufschlagt über einen Verstärker mit hohem Verstärkungsgrad den Drehmomenterzeuger. Dieser wirkt dem Kreiselrichtmoment entgegen. Die Verstellung des Anzeigegliedes über den Servomotor und damit die Verstellung des Stellungsmelders erfolgt integrierend so lange, bis das von dem Drehmomenterzeuger erzeugte Gegenmoment das Kreiselrichtmoment kompensiert. Die Verdrehung des Anzeige gliedes und damit des Stellungsmelders ist dann streng proportional dem Kreiselrichtmoment, wobei die Rückführung in einem geschlossenen Kreis über den Ereisel erfolgt.According to the invention, only a single circle is thus provided. When the gyro is deflected from the zero position of the tape, a pick-off signal is generated. This pick-off signal is amplified by the servo amplifier and adjusted via the servomotor the display element, e.g. a telescope. The adjustment will fed back via a position indicator and acted upon by an amplifier high gain the torque generator. This acts on the gyro straightening torque opposite. The adjustment of the display element via the servo motor and thus the adjustment of the position indicator takes place integrating until that of the torque generator generated counter-torque compensates the gyro-directional torque. The twisting of the display member and thus of the position indicator is then strictly proportional to the gyroscopic directional torque, the return takes place in a closed circuit via the Ereisel.

Aus Stabilitätsgründen ist es weiterhin vorteilhaft, wenn auf den Verstärker zusätzlich ein unmittelbar aus dem Abgriffsignal abgeleitetes Signal mit P- und D-Verhalten aufgeschaltet ist. Die Einstellung erfolgt dann mit PID-Verhalten, da die Schleife über den Servomotor und das Anzeige glied mit dem Stellungsmelder I-Verhalten zeigt.For reasons of stability, it is also advantageous if on the Amplifier additionally a signal derived directly from the tap signal is connected with P and D behavior. The setting is then made with PID behavior, because the loop via the servo motor and the display link with the position indicator I behavior shows.

Der Stellungsmelder kann ein mit dem Anzeigeglied gekuppeltes Drehpotentiometer sein, welches von einem dem Kosinus der geographischen Breite proportionalen Strom durchflossen wird.The position indicator can be a rotary potentiometer coupled to the display element be which of a current proportional to the cosine of the latitude is traversed.

Zur Verminderung der Lose und zur Erhöhung der Anzeigegenauigkeit ist es weiterhin vorteilhaft, wenn das Anzeigeglied von dem Stellmotor über einen Satz gegeneinander verspannter Zahnräder verdrehbar ist.To reduce the lots and to increase the display accuracy It is also advantageous if the display member of the servomotor via a Set of mutually braced gears is rotatable.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert, die schematisch eine Anordnung und Schaltung nach der Erfindung zeigt: Sin Kreiselpendel 10 enthält ei mKreisel in einem Gehäuse 11 mit einer Kreiseldrallachse 12. Das Kreiselgehäuse 11 ist mit einem Mast 14 versehen und an einem Band 16 aufgehängt. Um die Bandachse kann auf den Kreisel ein Drehmoment mittels eines Drehmomenterzeugers 18 ausgeübt werden. Die Anordnung kann etwa so sein, wie sie in der DU-OS 1 941 808 beschrieben ist.The invention is referred to below using an exemplary embodiment explained in more detail on the associated drawing, which schematically shows an arrangement and Circuit according to the invention shows: Sin pendulum 10 contains ei m gyroscope in a housing 11 with a gyroscopic swirl axis 12. The gyro housing 11 is provided with a mast 14 and is suspended from a belt 16. Around the belt axis A torque can be exerted on the gyro by means of a torque generator 18 will. The arrangement can be roughly as described in DU-OS 1 941 808 is.

Die Auslenkung des Kreisels um die vertikale Bandachse aus der Bandnullage heraus wird mittels eines optischen Abgriffs 20 abgegriffen und in ein elektrisches Signal verwandelt, welches mittels eines Vorverstärkers 22 verstärkt wird. Das so erhaltene Abgriffsignal beaufschlagt einen Servoverstärker 24, der einen Stellmotor 26 treibt. Über einen Dachogenerator 28 erfolgt eine Rückführung auf den Eingang des Servoverstärkers, so daß die Motordrehzahl des Servomotors stets proportional dem Abgriffsignal im-Punkte 30 ist. Der Servomotor 26 treibt über ein Getribe 32 sowie einen Radsatz mit gegeneinander elastisch verspannten Zahnrädern 34, 36, 38 und 40 ein Anzeigeglied in Gestalt eines Fernrohres 42. Außerdem ist mit den beiden miteirander verbundenen Zahnrädern 36, 38 eine Welle 44 verbunden, welche den Schleifer 46 des Drehpotentiometers 48 verstellt.The deflection of the gyro around the vertical belt axis from the belt zero position out is tapped by means of an optical tap 20 and into an electrical Signal transformed, which is amplified by means of a preamplifier 22. That so The pick-up signal received is applied to a servo amplifier 24, which has a servomotor 26 drives. A return to the input takes place via a roof generator 28 of the servo amplifier, so that the motor speed of the servo motor is always proportional the tap signal im point 30. The servomotor 26 drives via a gear 32 and a wheel set with gears 34, 36, 38 that are elastically braced against one another and 40 a display element in the form of a telescope 42. In addition, with the two interconnected gears 36, 38 connected to a shaft 44 which controls the grinder 46 of the rotary potentiometer 48 adjusted.

Das Drehpotentiometer 48 wird aus einer Spannungsquelle über einen Vorwiderstand 50 gespeist, welcher nach Maßgabe der geographischen Breite einstellbar ist, so daß durch das Drehpoentiomter 48 ein dem Kosinus der geographischen Breite proportionaler Strom fließt. Das abgegriffene Signal am Schleifer 46 ist damit proportional der Verdrehung des Anzeigegliedes 42 und dem Kosinus der geographischen Breite. Dieses Signal wird über eine Leistung 52 als Rückführsignal auf einen Hauptverstärker 54 gegeben, welcher den Drehmomenterzeuger 18 speist.The rotary potentiometer 48 is from a voltage source via a Series resistor 50 fed, which can be adjusted according to the geographical latitude is, so that by the rotary poentiometer 48 a cosine of the latitude proportional current flows. The tapped signal at the wiper 46 is therefore proportional the rotation of the display element 42 and the cosine of the geographical Broad. This signal is sent via a power 52 as a feedback signal to a main amplifier 54 given, which feeds the torque generator 18.

Von dem Punkt 30 her wird außerdem über ein geeignetes Netzwerk 56 und eine Leitung 58 das Abgriffsignal mit P- und D-Verhalten auf den Hauptverstärker geschaltet.A suitable network 56 is also used from point 30 and a line 58 the tap signal with P and D behavior to the main amplifier switched.

Über einen dritten Eingang 60 des Hauptverstarkers kann elektrisch eine mechanische Abweichung zwischen der Bandnulllage und der Nullage des optischen Abgriffs kompensiert werden.A third input 60 of the main amplifier can be used electrically a mechanical deviation between the tape zero position and the zero position of the optical Be compensated for tapping.

Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt: Das Abgriffsignal wird nach einer gewissen Vorverstärkung im Vorverstärker 22 dem Servoverstärker 24 zugeleitet und dort in einen Strom umgesetzt. Dieser Strom speist den Servomotor. Durch die Rückkopplung über den Tachogenerator 28 läuft dieser in seiner Drehzahl proportional zu dem Abgriffsignal und nimmt so eine Integration vor. Der Servomotor 26 treibt über das Getriebe 32 und den Zahnradsatz 34 - 40die Potentiometerwelle 44 und das Fernrohr 42 an Das Potentiometer 48 liefert eine elektrische Spannung, die ebenfalls dem Integralwert des Abgriffsignals entspricht. Diese Spannung wird dem Hauptverstärker 54 des Kompensationskreises zugeleitet. Der Hauptverstärker wandelt das Signal in einen Strom um, der durch den Drehmomenterzeuger 18 fließt.The arrangement described works as follows: The tap signal is After a certain pre-amplification in the pre-amplifier 22, it is fed to the servo amplifier 24 and converted there into a stream. This current feeds the servo motor. Through the Feedback via the tachometer generator 28 runs proportional to its speed to the tap signal and thus integrates. The servo motor 26 drives Via the gear 32 and the gear set 34 - 40, the potentiometer shaft 44 and the like Telescope 42 to the potentiometer 48 supplies an electrical voltage, which also corresponds to the integral value of the tap signal. This voltage becomes the main amplifier 54 of the compensation circuit. The main amplifier converts the signal into converts a current flowing through the torque generator 18.

Über das Netzwerk 56 erhält der Hauptverstärker außerdem das Abgriffsignal im Punkt 30 mit P- und D-Verhalten, so daß der gesamte Kreis P- wie D-Verhalten erhält.The main amplifier also receives the tap signal via the network 56 at point 30 with P and D behavior, so that the entire circle P and D behavior receives.

Zur weiteren Erläuterung des Vorganges sei zunächst angenommen, daß der Integratorzweig im Punkt 30 abgeschaltet sei. In diesem Falle führt der Momentenerzeuger nur die Ströme der P- und D-Anteile des Kompensationskreises. Nach abgeklungenem Regelvorgang ist der D-Anteil null geworden, und der Strom des P-Anteils übernimmt die Kompensation des Kreiselrichtmoments. Es gilt die Gleichung worin C eine Konstante des elektrischen Kreises, der Strom des P-Anteils und das spezifische Kreiselrichmoment bedeuten.To further explain the process, it is initially assumed that the integrator branch is switched off at point 30. In this case, the torque generator only carries the currents of the P and D components of the compensation circuit. After the control process has subsided, the D component has become zero and the current of the P component takes over the compensation of the gyro straightening torque. The equation applies where C is a constant of the electrical circuit, the current of the P component and the specific gyroscopic moment.

Schaltet man nun den Integrator ein, so findet dieser das Abgriffsignal des ausgeklungenen Einschwingvorganges vor und beginnt, dessen Integral zu bilden. Ein Strom iint läuft im Drehmomenterzeuger 18 auf, der seinerseits den Kreisel 11 so lange zurückdrängt, bis der Signalwinkel avk k = 0 geworden ist. Damit geht auch das Abgriffsignal auf null, wodurch der Integrator zum Stillstand kommt. Außerdem geht der P-Anteil des Kreises auch auf Null. Es gilt nun die Momentengleichung worin O nun die Ablage des Kreisels von Nord, aber mit Ak = 0 auch die Bandnullage des Instruments bedeutet. FürSk = 0 geht gemäß α + αk = α0 nun α in α0 über. Eine Auflösung nach α0 ergibt und damit C4) o& = Konst . iint 0 Wenn nun die Annahme fallengelassen wird, daß vorübergehend der Integrator abgeschaltet war, so laufen beide Vorgänge ineinander verzahnt ab.If you now switch on the integrator, it will find the pick-up signal of the decayed transient process and begin to form its integral. A current iint runs up in the torque generator 18, which in turn pushes back the gyro 11 until the signal angle avk k = 0. This also causes the tap signal to go to zero, which brings the integrator to a standstill. In addition, the P component of the circle also goes to zero. The equation of moments now applies where O now means the offset of the gyro from north, but with Ak = 0 also the zero position of the instrument. For Sk = 0, α changes to α0 according to α + αk = α0. A resolution according to α0 results and thus C4) o & = const. iint 0 If the assumption is now dropped that the integrator was temporarily switched off, the two processes are interlinked.

Wie schon erwähnt, treibt der Servomotor 26 neben dem Potentiometer 48 auch das Fernrohr 42 an. Die Stellung des Fernrohres 42 entspricht der Stellung des Potentiometers 48, das seinerseits eine Spannung abgreift, die über den Hauptverstärker 54 den Drehmomenterzeuger 18 beaufschlagt, daß er das Kreiselrichtmoment erfaßt und kompensiert. In diesem stationären Zustand führt nur dieser Zweig der Schaltung den Kompensationsstrom. Die übrigen Elemente wie Abgriff 20, Vorverstärker 22, Servoverstärker 24 und Netzwerk 56 sind spannungs- und stromfrei.As already mentioned, the servo motor 26 drives next to the potentiometer 48 also attach the telescope 42. The position of the telescope 42 corresponds to the position of the potentiometer 48, which in turn picks up a voltage that is transmitted through the main amplifier 54 acts on the torque generator 18 so that it detects the gyro straightening torque and compensated. In this steady state, only this branch of the circuit leads the compensation current. The other elements such as tap 20, preamplifier 22, servo amplifier 24 and network 56 are voltage-free and current-free.

Durch die erfindungsgemäße Einführung des Motorgetriebe- und Fernrohrteiles in den Regelkreis fallen mehrere Fehlerquellen der Anordnung nach der DU-OS 2 008 702 heraus, wie beispielsweise die Steilheitsänderungen und Linearitätsverzerrungen des Abgriffs und Verstärkungsschwankungen des Servoverstärkers 24.By introducing the motor gearbox and telescope part according to the invention Several sources of error in the arrangement according to DU-OS 2 008 fall into the control loop 702, such as the slope changes and linearity distortions the tap and gain fluctuations of the servo amplifier 24.

Von besonderer Bedeutung ist, daß die Meßzeit bei Beibehaltung der Azimutfrequenz um einen nicht unbeträchtlIchen Teil heruntergegangen ist.It is of particular importance that the measurement time while maintaining the Azimuth frequency has decreased by a not inconsiderable part.

Das schnelle Einschwingen wird dadurch erzielt, daß die Einstellung des Fernrohres 42 unmittelbar über den Winkel α erfolgt, wogegen beim Zweikreissystem zunächst der WinkeloCK vom Kompensationskreis erfaßt wird und dieser im Anschluß daran von dem Servokreis zur Verstellung des Kernrohres 42 in den Winkel α umgesetzt wird. Solange die Systeme noch nicht eingeschwungen sind, besteht eine Abweichung #α, die auf den Winkel α bezogen klein, auf den Winkel αK groß erscheint. Da bei einem Eiiikreissystem nach der Erfindung der winkelig maßgebend ist, erreicht ein abnehmendes #α schneller einen Relativwert von z.B. 0,001 von, als bei einem Zweikreissystem nach der DT-OS 2 008 702 dascCbezogen das #αbezogen auf αK erreichten kann.The rapid settling is achieved by the setting of the telescope 42 takes place directly over the angle α, whereas in the two-circle system first the WinkeloCK is detected by the compensation circle and this afterwards then by the servo circuit for adjusting the core tube 42 in the angle α is implemented. As long as the systems have not yet settled, there is one Deviation # α, which is small in relation to the angle α, to the angle αK seems big. Since in a circular system according to the invention, the angle is decisive is, a decreasing # α reaches a relative value of e.g. 0.001 more quickly of, as in a two-circuit system according to DT-OS 2 008 702 dascC related the # α related can achieve on αK.

Claims

1. North-looking circular pendulum with one suspended from a ribbon Gyroscope, a tap for generating a signal in accordance with the azimuth deflection of the gyro from the band zero position, a display element, which from the tap signal Can be rotated via a servo amplifier and a servomotor to display the north direction is, a position indicator that can be rotated with the display element and a torque generator, which acts on the gyro about a vertical axis and from a feedback signal via an amplifier with high gain in one of the gyro straightening torque counteracting sense is applied, characterized in that the signal from the position indicator (48) as a feedback signal via the amplifier (54) to the Torque generator (18) is switched.

2. North-looking circular pendulum according to claim 1, characterized in that that on the amplifier (54) additionally a derived directly from the tap signal Signal with P and D behavior is applied.

3. North-looking circular pendulum according to claim 1 or 2, characterized in that that the position indicator is a rotary potentiometer coupled to the display element (42) (48) is which of one proportional to the cosine of the latitude Electricity flows through it.

4. North looking circular pendulum according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the display member (42) from the servomotor (26) via a set gearwheels (34 .40) braced against one another can be rotated.