DE3033281C2

DE3033281C2 - Arrangement for damping nutation vibrations in dynamically coordinated, two-axis position gyroscopes

Info

Publication number: DE3033281C2
Application number: DE19803033281
Authority: DE
Inventors: Otto 7770 Überlingen Karl; Uwe Krogmann; Wilhelm August Dipl.-Ing. Schwieder
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1980-09-04
Filing date: 1980-09-04
Publication date: 1983-01-20
Also published as: FR2489504A1; GB2083910A; DE3033281A1; FR2489504B1; GB2083910B

Description

2525th

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Dämpfung von Nutationsschwingungen bei dynamisch abgestimmten, zweiachsigen Lagekreiseln mit einer ersten und 3G einer dazu senkrechten zweiten Eingangsachse, einem ersten und einem zweiten Lageabgriff, weiche auf Relativbewegungen zw^:schen "reiselrotor und Gehäuse um die erste bzw. zweue Eingangsachse ansprechen, und einem Drehmomente zeug v. der um die erste Eingangsachse wirksam ist.The invention relates to an arrangement for damping nutation oscillations matched with dynamically two-axis location rotors having first and 3G a perpendicular second input axis, a first and a second Lageabgriff, soft in relative movements ^zw: rule "reiselrotor and housing around the first and zweue input axis respond, and a torque convincing v. which is effective around the first input axis.

Ein zweiachsiger Lagekreisel sucht bei Abwesenheit äußerer Drehmomente seine Orientierung im Raum beizubehalten. Durch Abgriffe können Bewegungen des Kreiselgehäuses gegenüber dem Kreiselrotor, d. h gegenüber dem inertialen Raum gemessen werden. Die Abgriffsignale können beispielsweise zur Stabilisierung einer Plattform auf Servomotoren geschaltet werien. Bei solchen Lagekreiseln ist es wesentlich, daß möglichst keine Momente über die Lagerung am Kreiselrotor wirksam werden. Es ist bekannt, solche zweiachsigen l.agekreisel als sog. »dynamisch abgestimmte Kreisel« auszubilden. Bei solchen dynamisch abgestimmten Kreiseln ist der Rotor mit der Antriebsachse des Motors über einen Kardanring verbunden, der einerseits über ein Federgelenk mit der Antriebsachse und andererseits über ein dazu senkrecht angeordnetes Federgelenk mit dem Rotor verbunden ist. Bei einer Auslenkung des Kreiselgehäuses gegenüber dem Kreiselrotor würden normalerweise die Federgelenke ein Moment auf den Kreiselrotor hervorrufen, die diesen veranlagen, seine Bezugslage im Raum zu ändern. Bei einem dynamisch abgestimmten Kreisel ist die Abstimmung so gewählt. d<iß die durch die Federgelenke hervorgerufenen Momente durch dynamische Momente kompensiert werden. Diese dynamischen Momente werden durch eine oszillierende Bewegung des Kardanringes verursacht, die bei der Auslenkung des Kreiselgehäuses relativ zu dem räumfesten Kreiselrotor auftrittA two-axis position gyro seeks its orientation in space in the absence of external torques to maintain. Movements of the gyro housing relative to the gyro rotor, i. H can be measured against the inertial space. The tap signals can be used for stabilization, for example a platform switched to servomotors. With such position gyros it is essential that As far as possible, no moments through the bearing on the gyro rotor are effective. It is known such two-axis first position gyro to be designed as a so-called "dynamically tuned gyro". With such dynamic matched gyroscopes, the rotor is connected to the drive axle of the motor via a gimbal ring on the one hand via a spring joint with the drive axle and on the other hand via a perpendicular to it Spring joint is connected to the rotor. With a deflection of the gyro housing compared to the The gyro rotor would normally cause the spring joints a moment on the gyro rotor that these are able to allocate its reference position in space change. In the case of a dynamically tuned gyro, the tuning is chosen in this way. d <eat the through the The moments caused by spring joints are compensated for by dynamic moments. This dynamic Moments are caused by an oscillating movement of the gimbal that occurs during the Deflection of the gyro housing occurs relative to the spatially fixed gyro rotor

Durch die DE-OS 25 45 025 ist ein Navigationsgerät zur Navigation von Landfahrzeugen bekannt mit einem nordsuchenden Merisiankreisel zur Bestimmung der Nordrichtung und einem nach dem Meridiankreisel ausrichtbaren freien Kreisel als Kursreferenzgerät Ein Geschwindigkeitsgeber erzeugt ein der Fahrgeschwindigkeit proportionales Signal. Ein Rechner bestimmt aus dem Kurswinkel des Kursreferenzgeräts und dem Signa! des Geschwind'gkeitsgebers die Position des Fahrzeugs. Aus den Positionssignaien wird ein von der geographischen Breite abhängiges Korrektursignal erzeugt und auf den freien Kreisel aufgeschaltet oder im Rechner berücksichtigt, welches die durch dl. Erddrehung bedingte Auswanderung des freien Kreisels relativ zu dem erdfesten Koordinatensystem kompensiertFrom DE-OS 25 45 025 a navigation device for navigating land vehicles is known with a north looking meridian gyro to determine the north direction and one after the meridian gyro adjustable free gyro as course reference device A speed sensor generates the driving speed proportional signal. A computer determines from the course angle of the course reference device and the Signa! of the speed sensor, the position of the vehicle. The position signals become one of the Geographic latitude-dependent correction signal generated and switched to the free gyro or in Calculator takes into account which the dl. Rotation of the earth Compensated for the relative migration of the free gyro to the fixed coordinate system

Bei einer praktischen Realisierung eines solchen Navigationsgeräts wurde ein dynamisch abgestimmter Kreisel als zweiachsiger Lagekreisel verwendet Es zeigte sich dabei, bei üblicherweise einwandfreier Funktion des Navigationsgeräts, daß bei einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs der Lagekreisel aus seiner richtigen Lage auszuwandern begann und gegen den Anschlag lief.In a practical implementation of such a navigation device, a dynamically coordinated one was used Gyroscope used as a two-axis position gyro It turned out to be usually flawless Function of the navigation device that at a certain speed of the vehicle the gyro began to emigrate from its correct position and ran against the stop.

Ähnliche Erscheinungen wurden auch bei anderen Anwendungen dynamisch abgestimmter Lagekreisel beobachtetSimilar phenomena were also seen in other applications of dynamically coordinated attitude gyroscopes observed

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Auswandern des Lagekreisels zu vermeiden.The invention is based on the object of such To avoid emigration of the position gyro.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem dynamisch abgestimmten Lagekreisel der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß das Signal des ersten Abgriffs über ein im wesentlichen differenzierendes Dämpfungsnetzwerk auf den um die erste Eingangsachse wirksamen Drehmomenterzeuger geschaltet istAccording to the invention, this object becomes the above in the case of a dynamically coordinated position gyro mentioned type solved in that the signal of the first tap over a substantially differentiating Damping network is connected to the torque generator effective around the first input axis

Die Erfindung beruht auf einer Untersuchung der Ursachen des geschilderten Störeffekts und der Erkenntnis, daß hierfür ungedämpfte Nutationsschwingungen verantwortlich sind, die zu Resonanz angeregt werden. Die Erfindung sieht eine Beschallung des Lagekreiseis vor. welche einerseits die Nulationsschwmgungen dämpft aber andererseits die für die Funktion wichtigen Eigenschaften des Lagekreisels unbeeinflußt läßt.The invention is based on an investigation of the causes of the disruptive effect described and the Realization that undamped nutation vibrations are responsible for this, which stimulate resonance will. The invention provides a sound system for the location circle. which on the one hand the simulation swings on the other hand, it dampens the properties of the gyro that are important for its function leaves unaffected.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unier Bezugnahme auf dip zugehörigen Zeichnungen naher erläutert.An embodiment of the invention is as follows explained in more detail with reference to the accompanying drawings.

F i g. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines zweiachsigen l.agekreisels;F i g. 1 schematically shows the structure of a two-axis position gyro;

Fig. 2 ist ein idealisiertes Blockdiagramm und Veranschaulicht die Wechselwirkung der Momente und Alislenkungen um die beiden Eingangsachsen:Figure 2 is an idealized block diagram and Illustrates the interaction of the moments and Alis steering around the two input axes:

F i g. 3 ist eine perspektivische, schematische Darstellung eines dynamisch abgestimmten zweiachsigen Lagekreiseis;F i g. 3 is a perspective, schematic illustration a dynamically coordinated two-axis position circle;

F ι g. 4 ist ein Längsschnitt durch eine konstruktive Ausführung eines dvnamisch abgestimmten zweiachsigen l.agekreisels;Fig. 4 is a longitudinal section through a structural Execution of a dynamically coordinated two-axis position gyro;

Fig. 5 zeigt die Anordnung eines solchen Lagekreisels in einem Kursreferenz.gerät:Fig. 5 shows the arrangement of such an attitude gyro in a course reference device:

F ι g. b zeigt den Aufbau des Dampfungsnet/.werks;
F ι g. 7 zeigt als Blockdiagramm die Art und Anordnung des Dämpfungsnetzwerks in einem Kursrefcrenzgcrat. Fig. b shows the structure of the steam network;
Fig. 7 shows as a block diagram the type and arrangement of the damping network in a course reference.

In I ι g I ist zum besseren Verständnis und zur Definition der verwendeten Bezeichnungen schematisch ein zweiachsiger Lagekreisel dargestellt. Der Kreiselrolor 10 läuft um seine Drallachse 12 um. Mit H ist der Drall bezeichnet Der Krciselrolor 10 ist um eine zu der Drallachse 12 senkrechte Achse 14 in einem Innenrahmen 16 gelagert Der Innenrahmen 16 ist um eine zu der Achse 14 senkrechte Achse 18 in einemIn I ι g I a two-axis position gyro is shown schematically for better understanding and to define the terms used. The rotary roller blind 10 revolves around its twist axis 12. H with the twist is referred The Krciselrolor 10 is about an axis perpendicular to the spin axis 12 axis 14 mounted in an inner frame 16 of the inner frame 16 is about a vertical axis 18 to axis 14 in a

Kreiselgehäuse 20 gelagert.Gyro housing 20 stored.

Die Achse 18 bildet die erste Eingangsachse oder #-Achse des Lagekreisels. Die Achse Achse 14 bildet die zweite Eingangsachse odery-Achse des Lagekreisels.The axis 18 forms the first input axis or # Axis of the gyro. The axis 14 forms the second input axis or y-axis of the attitude gyro.

Auf der ersten Eingangsachse 18 sitzt ein erster Lageabgriff 22 sowie ein erster Drehmomenterzeuger 24. Auf der zweiten Eingangsachse 14 sitzt ein zweiter Lageabgriff 26 und ein zweiter Drehmomenterzeuger 28.A first position tap 22 and a first torque generator are seated on the first input axis 18 24. A second position tap 26 and a second torque generator are seated on the second input axis 14 28.

Mit Mtx un-⁴. Mr_y sind die um die erste Eingangsachse 18 bzw. die zweite Eingangsachse 14 wirkenden Momente bezeichnet, α und β sind die Auslenkungen des Gehäuses 20 gegenüber dem inertialen Raum um die erste bzw. die zweite Eingangsachse 18 bzw. 14. An den Abgriffen 22 und 26 werden Abgriffsignale «a bzw. β α abgegriffen. Die Auslenkungen des Kreiselrotors 10 gegenüber dem inertialen Raum um die erste bzw. zweite Eingangsachse 18 bzw. 14 sind mit &r bzw. ßn bezeichnetWith Mtx un- ⁴ . Mr _y denotes the moments acting around the first input axis 18 and the second input axis 14, α and β are the deflections of the housing 20 relative to the inertial space around the first and the second input axis 18 and 14, respectively. At the taps 22 and 26 tap signals «a and β α are tapped off. The deflections of the gyro rotor 10 with respect to the inertial space around the first and second input axes 18 and 14 are denoted by & r and ßn, respectively

Fig.2 zeigt den Zusammenhang zwischen den Momenten Mn, Mt_v und den Auslenkungen α, β sowie Ar, pr und s.a. β α· Eine Auslenkung ßa des Kreiselrotors 10 um die zweite Eingangsachse oder a-Aclise bewirkt ein Moment um die erste Eingangsachse ode>- *-Achse mit einer Übertragungsfunktion HS, und umgekehrt bewirkt eine Auslenkung «r des Kreiselrotors 10 um die erste Eingangsachse oder x-Achse ein Moment um die zweite Eingangsachse oder /-Achse mit der gleichen Übertragungsfunktion. Darin ist H, wie gesagt, der Drall und 5 der Laplace-Operator. Ein Moment Mt. oder Mr_y um eine Eingangsachse bewirkt eine Auslenkung om bzw. ßü um die gleiche Eingangsachse mit den Übertragungsfunktionen2 shows the relationship between the moments Mn, Mt _v and the deflections α, β and Ar, pr and sa β α · A deflection βa of the gyro rotor 10 about the second input axis or a-Aclise causes a moment about the first input axis ode > - * -axis with a transfer function HS, and vice versa, a deflection «r of the gyro rotor 10 about the first input axis or x-axis causes a moment about the second input axis or / -axis with the same transfer function. In this, H is, as I said, the twist and 5 the Laplace operator. A moment Mt. or Mr _y about an input axis causes a deflection om or ßü about the same input axis with the transfer functions

bzw.respectively.

Iy.Iy.

3535

4040

wobei /, und I, die Trägheitsmomente um die x- bzw. /-Achse sind. Die Ab^riffsignale liefern die Differenzen A — oiR bzw. ß-ßR der Drehbewegungen von Gehäuse 20 und Kreiselrotor 10 gegenüber dem inertialen Raum.where /, and I, are the moments of inertia about the x and / axes, respectively. The Ab ^ riffsignale deliver the differences A - oiR or ß-ßR of the rotary movements of the housing 20 and gyro rotor 10 with respect to the inertial space.

Wenn um die Eingangsachsen 18 und 14 keine Momente Mtx, Mt, wirken, sind iX/? = j?R = O, und die Abgriffsignale &a und βλ liefern unmittelbar die Drehbewegungen a. bzw. β des Kreiselgehäuses 20 gegenüber dem inertialen Raum.If there are no moments Mtx, Mt, acting around the input axes 18 and 14, then iX /? = j? R = O, and the tap signals & a and βλ directly supply the rotary movements a. or β of the gyro housing 20 with respect to the inertial space.

Durch immer vorhandene Unvollkommenheiten des Lagekreisels sowie durch Umgebungseinflüsse treten jedoch stets Störmomente auf. die eine ungedämpfte charakteristische Schwingung des zweiachsigen Lagekreiseis, die sog. »Nutationsschwingung«, anregen. Diese Nutationsschwingung hat die FrequenzStep through ever-present imperfections in the position gyro as well as through environmental influences however, always disturbing moments. the one undamped characteristic oscillation of the biaxial position circle, stimulate the so-called "nutation vibration". This nutation oscillation has the frequency

(D(D

6060

Diese durch die Nutationsschwingung in den Abgriff* signaien des Lagekreisels auftretenden Schwingungsanteile werden üblicherweise durch Kammfilter ausgefiltert. Das aus Kreiselrotor 10 und Innenrahmen 16 bestehende System führt diese Scnwingungen jedoch aus.These vibration components occurring in the pick-up signals of the position gyro as a result of the nutation vibration are usually filtered out by comb filters. That made up of the gyro rotor 10 and the inner frame 16 However, the existing system carries out these vibrations.

65 lung eines dynamisch abgestimmten, zweiachsigen Lagekreisels. 65 development of a dynamically coordinated, two-axis attitude gyro.

Der Lagekreisel 30 enthält einen gehäusefesten Motor 32 mit einer langgestreckten Antriebsachse 34. Mit der Antriebsachse 34 ist ein Kardanring 36 über ein inneres Federgelenk 38 verbunden. Der Kreiselrotor 40 ist wiederum mit dem Kardanring 36 über ein äußeres, zu dem inneren senkrechtes Federgelenk 42 verbunden.The position gyro 30 contains a motor 32 which is fixed to the housing and has an elongated drive shaft 34. A cardan ring 36 is connected to the drive axle 34 via an inner spring joint 38. The gyro rotor 40 is in turn connected to the cardan ring 36 via an outer spring joint 42 perpendicular to the inner one.

Hinsichtlich der kinematischen Verhältnisse entspricht das innere Federgelenk 38 der Eingangsachse 18 von F i g. 1, der Kardanrahmen 36 dem Innenrahmen 16 und das äußere Federgelenk 42 der zweiten Eingangsachse 14. Die Antriebsachse 34 des Motors 32 ist mit diesem gehäusefest gelagert und erfüllt gleichzeitig die Funktion des »Kreiselgehäuses« 20 in der schematischen Darstellung von F i g. 1 und des Rotorantriebs. Das System ist in bekannter Weise so abgestimmt, daß die von den Federgelenken 38 uad 42 durch deren Federkraft auf den Kreiselrotor 40 ausgeübten Momente kompensiert werden durch dynamische Momente, welche durch eine oszillierende Be¹ ; gung des Kardanringes 36 bei Auslenkung des Kreise!_o-ehäuses 44 relativ zu dem raumfesten Kreiselrotor 40 hervorgerufen werden.With regard to the kinematic conditions, the inner spring joint 38 corresponds to the input axis 18 of FIG. 1, the gimbal frame 36 to the inner frame 16 and the outer spring joint 42 of the second input axle 14. The drive axle 34 of the motor 32 is mounted with this on the housing and at the same time fulfills the function of the "gyro housing" 20 in the schematic representation of FIG. 1 and the rotor drive. The system is coordinated in a known manner so that the moments exerted by the spring joints 38 and 42 by their spring force on the gyro rotor 40 are compensated for by dynamic moments which are generated by an oscillating Be ¹ ; movement of the cardan ring 36 when the circle is deflected! _o -ehäuses 44 are caused relative to the spatially fixed gyro rotor 40.

Der konstruktive Aufbau eines solchen dynamisch abgest^:mmten Lagekreisels 30 ist in Fig.4 in einem Längsschnitt dargestellt An dem Kreiselgehäuse 44 sitzt der Motor 32 mit einem außenliegenden Stator 46 und einem innenliegenden Rotor 48. Der Rotor 48 ist mit der Antriebsachse 34 über Lager 59, 52 im Gehäuse 44 gelagert. An dem dem Motor 32 abgewandten Ende de^r Antriebsachse ist über die (nicht dargestellte) Federgelenk- und Kardanringordnung der Kreiselrotor 40 gelagert Die Lage des Kreiselrotors 40 relativ zu dem Kreiselgehäuse 44 wird in zwei zueinander senkrechten Ebenen durch Abgriffe 54 abgegriffen, die in ihrer Funktion den Abgriffen 22 und 26 von F i g. 1 entsprechen. Außerdem sind Drehmomenterzeuger 56 vorgesehen, durch welche in bekannter W?ise Drehmomente um die beiden zueinander senkrechten Eingangsachsen ausübbar sind und welche den Drehmomenterze jgern 24 und 28 der schematischen Darstellung von Fig. 1 entsprechen.The construction of such a dynamic ^Tiered: ned attitude gyro 30 is shown in Figure 4, in a longitudinal section at the impeller housing 44 of the motor 32 is seated with an outer stator 46 and an inner rotor 48. The rotor 48 is connected to the drive axle 34 via bearings 59 , 52 stored in the housing 44. Of the motor 32 remote from the end of de ^r driving axle is on the (not shown) Federgelenk- and Kardanringordnung of the centrifugal rotor 40 rotatably The location of the gyro rotor 40 relative to the impeller housing 44 is tapped in two mutually perpendicular planes through taps 54, which in their function the taps 22 and 26 of FIG. 1 correspond. Torque generators 56 are also provided, by means of which torques can be exerted in a known manner about the two input axes which are perpendicular to one another and which correspond to the torque generators 24 and 28 of the schematic illustration in FIG. 1.

In den Momentengleichungen fürdie beiden Eingangsachsen, x-Achse und /-Achse, dargestellt im gehäusefesten System treten unter anderem die am Beispiel der x-Achse in Gleichung (2) angegebener Glieder auf:In the moment equations for the two input axes, x-axis and / -axis, shown in the fixed housing In the system, the terms specified in equation (2) using the x-axis as an example occur:

Σ Ai_n - 2 c(a_Acos 2 ωί +ß_As\n2cut) + ... (2)Σ Ai _n - 2 c (a _A cos 2 ωί + ß _A s \ n2cut) + ... (2)

Dabei ist »cw eine Restfederkonstante des Federgelenks 38 (F i g. 3) infolge nicht exakter dynamischer Abs'<n?mung des Lagekreisels mit einem Kardanring 36, und ω ist die Kreisfrequenz des Kreiselrotors 40.Here »cw is a residual spring constant of the spring joint 38 (Fig. 3) due to inexact dynamic measurement of the gyro with a cardan ring 36, and ω is the angular frequency of the gyro rotor 40.

Angenommen durch Winkelvibratio.i tritt eine sinusförmige Gehäuseauslenkung derart auf, daßSupposed by Winkelvibratio.i occurs a sinusoidal housing deflection such that

CiA = OiHSm lit,CiA = OiHSm lit, (3)(3)

so führt das zu folgendem Momentenanteil in Gleichung (2):this leads to the following torque component in equation (2):

' or₀sin(2(y + Ω) - Cflr_osin(2<a - Ω) + ... ' or ₀ sin (2 (y + Ω) - Cflr _o sin (2 <a - Ω) + ...

(4)(4)

Die Nutationsschwingung des Lagekreisels 30 istThe nutation oscillation of the position gyro 30 is

F i g. 3 ist eine scheniötische perspektivische Darstel- ungedämpft. Jede periodische Anregung von außen mitF i g. 3 is a celiac perspective view, undamped. Every periodic external stimulus with

der frequenz ω/ν der Nutationsschwingungen erhöht deren Amplitude weiter. Die Nulätionsschwingung des Lagekreisels wird dann in ihrer Eigenresonanz angeregt, wodurch wegen der fehlenden Dämpfung die Auslenkung des Kreiselrotors 40 ständig ansteigt, bis 5 der Kreiselrotor gegen die Anschläge läuft.the frequency ω / ν of the nutation vibrations increases whose amplitude continues. The zero oscillation of the position gyro is then excited in its natural resonance, whereby, because of the lack of damping, the deflection of the gyro rotor 40 increases continuously, up to 5 the gyro rotor runs against the stops.

Die Nutationsfrequenz (On ist bei den hier betrachteten, dynamisch abgestimmten Lagekreiseln kleiner als die doppelte Kreisfrequenz ω des Kreiselrotors 40. Doshalb kann eine Anregung dieser Nutationsfrequenz io durch den Momentenanteil mit der Frequenz (2ω-Ω) stattfinden. WirdThe nutation frequency (On is less than twice the angular frequency ω of the gyro rotor 40 in the dynamically tuned position gyros under consideration. Therefore, this nutation frequency io can be excited by the torque component with the frequency (2ω-Ω)

so ergibt sichso it turns out

Wenn also das Kreiselgehäuse 44 winkelmäßige Schwingungen mit der durch uieidiüfig (5) gegebener. Frequenz Ω ausführt, treten um die x-Achse Störmomente auf, deren Frequenz gleich der Nutationsfrequenz (us ist. Die ungedämpfte Nutationsschwingung wird in Resonanz erregt, was die vorstehend geschilderten Folgen hat.So if the gyro housing 44 angular vibrations with the given by uieidiüfig (5). Frequency Ω executes, disturbance torques occur around the x-axis, the frequency of which is equal to the nutation frequency (us . The undamped nutation oscillation is excited in resonance, which has the consequences described above.

Die Größenordnung der Frequenz Ω soll an einem Zahlenbeispiel erläutert werden:The order of magnitude of the frequency Ω should be explained using a numerical example:

Bei einem verwendeten zweiachsigen Lagekreisel istWhen a two-axis attitude gyro is used

ω_Ν=2π· 461 sec"¹,
ω = 2 π· 240 sec"¹ oder ω _Ν = 2π · 461 sec " ¹ ,
ω = 2 π * 240 sec " ¹ or

,-ι, -ι

2 ω = 2 π ■ 480 sec
Daraus ergibt sich 2 ω = 2 π ■ 480 sec
This results in

Ω = 2 <a - ω,ν = 2 π · 19 sec"'.Ω = 2 <a - ω, ν = 2 π * 19 sec "'.

Da Anregungsfrequenzen von 19 Hertz in der Praxis durchaus zu erwarten sind, ergeben sich in vielen Fällen mit Geräten, die derartige Lagekreisel als Sensoren enthalten, dynamische Probleme. Beispielsweise wurde bei einem Fahrzeugnavigationsgerät nach Art der DE-OS 25 45 025, das in einem Kettenfahrzeug benutzt wurde, ein Auswandern des Lagekreisels beobachtet, wenn die sich aus der Länge eines Kettenglieds und der Fahrzeuggeschwindigkeit ergebende Frequenz den Wert von 19 Hertz erreichte.Since excitation frequencies of 19 Hertz are to be expected in practice, this results in many cases with devices that contain such gyroscopes as sensors, dynamic problems. For example, was in a vehicle navigation device according to the type of DE-OS 25 45 025, which is used in a tracked vehicle has been observed, a drifting of the position gyro when the length of a chain link and the Vehicle speed resulting frequency reached the value of 19 Hertz.

Da es sich bei der geschilderten Erscheinung um einen systematischen Effekt handelt, kann dieser bei dynamisch abgestimmten Lagekreiseln mit nur einem Kardanring nicht ausgeschaltet werden. Die einzige Gegenmaßnahme könnte darin bestehen, die Auswirkung dieses Effekts dadurch zu reduzieren, daß die Nutationsfrequenz durch äußere Beschallung gedämpft wird Dabei muß aber Sorge getragen werden, daß der Kreisel seine Eigenschaft als Lagekreisel mit der Übertragungsfunktion »1« zwischen « und ol_a bzw. β und β a (F ig. 2) weitestgehend beibehält. Auch muß gewährleistet sein, daß der Lagekreisel z. B. in einem Fahrzeugnavigationssystem nach der DE-OS 25 45 025 das richtige Nachführverhalten zeigt, wenn er zur Berücksichtigung der Erddrehung durch ein Nachführsignal, wie oben beschrieben, in der »Gitter-Nord«- Riehtüng gehalten werden soll.Since the phenomenon described is a systematic effect, it cannot be switched off with dynamically coordinated position gyroscopes with only one gimbal. The only countermeasure could be to reduce the effect of this effect by attenuating the nutation frequency through external sound. However, care must be taken to ensure that the gyro is an attitude gyro with the transfer function "1" between "and ol _a or β and β a (Fig. 2) largely retained. It must also be ensured that the gyro z. B. in a vehicle navigation system according to DE-OS 25 45 025 shows the correct tracking behavior if it is to be kept in the "grid north" direction to take into account the rotation of the earth by a tracking signal, as described above.

Es hat sich gezeigt, daß eine solche Beschallung möglich ist (allerdings auch nur eine). Diese ist in den F ig. 5 bis 7 dargestelltIt has been shown that such a sound is possible (but only one). This is in the Fig. 5 to 7 shown

In F i g. 5 ist schematisch-perspeklivisch ein Kursreferenzgerät mit einem zweiachsigen, dynamisch abgestimmten Lagekreisel nach Art von F i g. 4 dargestellt.In Fig. 5 is a schematic-perspective view of a course reference device with a two-axis, dynamically coordinated attitude gyro according to the type of FIG. 4 shown.

Das Kursreferenzgerät enthält einen Außenrahmen 58 der um eine Achse 60 in einem Gerätegehäuse 62 drehbar gelagert ist. In dem Außenrahmen 58 ist ein innenrahmen 64 um eine zu der Achse 60 senkrechte Achse 66 drehbar gelagert, in dem Innenrahmen 64 ist eine Plattform 68 um eine zu den Achsen 60 und 66 senkrechte, im wesentlichen vertikale Azimutachse 70 drehbar gelagert Die Plattform 68 ist durch einen Azimut-Servomotor 72 um die Azimutachse 70 verdreh-The course reference device includes an outer frame 58 about an axis 60 in a device housing 62 is rotatably mounted. In the outer frame 58 is a inner frame 64 rotatably mounted about an axis 66 perpendicular to axis 60, in which inner frame 64 is a platform 68 about a substantially vertical azimuth axis 70 perpendicular to axes 60 and 66 rotatably mounted. The platform 68 is rotatable about the azimuth axis 70 by an azimuth servo motor 72.

^aAuf der Plattform 68 ist der Lagekreisel 30 so angeordnet, daß die Drallachse H horizontal und im wesentlichen radial zur Azimutachse 70 verläuft, die x-Achse vertikal angeordnet ist und die y-Acnse waagerecht senkrecht zu Drall- und v-Achse liegt. · ^A on the platform 68 of the attitude gyro 30 is arranged such that the spin axis H and extends horizontally substantially radially to the azimuth axis 70, the x-axis is arranged vertically and the y-Acnse horizontally perpendicular is to swirl and v-axis. ·

Auf Her Plattform 68 sitzt weiterhin ein Servomotor 74^ durch den das Gehäuse 44 des Lagekreisels Jü um ate y-Achse verdrehbar ist.A servomotor continues to sit on Her platform 68 74 ^ through which the housing 44 of the position gyro Jü to ate y-axis is rotatable.

Wie aus F i g. 5 und 7 ersichtlich ist. ist das Signal des x-Abgriffs 54Λ über einen Vorverstärker 76. einen Demodulator 78 und ein geeignetes Netzwerk 80. was in Fig 5 durch den Verstärker 82 angedeutet ist, auf den Azimut-Stellmotor 72 geschaltet. Das Signal des v-Abertfis 54ß ist über einen Vorverstärker 84. einen Demodul'tor 86 und ein Netzwerk 88 auf den Servomotor 74 geschaltet. Auf diese Weise wird das Gehäuse 44 dem Kreiselrotor 40 stets nachgefuhrt. Der Kreiselrotor 40 bleibt raumfest in Bezug auf den inertiaien Raum. Durch ein Moment auf den um die K-Achse wirksamen Momentengeber 56ß kann die Drallachse H mit einer Winkelgeschwindigkeit gegenüber dem inertiaien Raum um die x-Achse ausgelenkt werden die den Einfluß der Erddrehung kompensiert und die Drallachse H in fester Beziehung z. B zu der »Gitter-Nord«-Richtung eines UTM-G.tters halt. Von einem um die y-Achse empfindlichen (in Fig.5 nicht dargestellten) Lotsensor 90 (F i g. 7). z. B. einer Libelle, wird ein Signal über einen Demodulator 92 und ein Filter 94 auf den um die x-Achse wirksamen Drehmomenterzeuger 56Λ gegeben. Hierdurch wird sichergestellt, daß die Draliachse des Lagekreisels 30 stets horizontal ist Der bisher beschriebene Aufbau des Kursreferenzgeräts ist an sich bekannt.As shown in FIG. 5 and 7 can be seen. the signal of the x tap 54Λ is connected to the azimuth servomotor 72 via a preamplifier 76, a demodulator 78 and a suitable network 80, which is indicated in FIG. The signal of the v-Abertfis 54ß is switched to the servomotor 74 via a preamplifier 84, a demodulator 86 and a network 88. In this way, the housing 44 is always tracked to the gyro rotor 40. The gyro rotor 40 remains fixed in space with respect to the inertiaien space. By a moment on the torque transmitter 56ß effective around the K-axis, the twist axis H can be deflected at an angular velocity relative to the inertiaien space around the x-axis which compensates for the influence of the earth's rotation and the twist axis H in a fixed relationship z. B to the "grid north" direction of a UTM-G.ters stop. From a plumb sensor 90 (not shown in FIG. 5) sensitive about the y-axis (FIG. 7). z. B. a dragonfly, a signal is given via a demodulator 92 and a filter 94 to the torque generator 56Λ effective about the x-axis. This ensures that the spin axis of the position gyro 30 is always horizontal. The structure of the course reference device described so far is known per se.

Zur Dämpfung der Nutationsschwingungen ist nun das Signal des um die x-Achse wirksamen Abgriffs 54A über ein Dämpfungsnetzwerk 96 ebenfalls auf den um die x-Achse wirksamen Drehmomenterzeuger 56A geschaltet. Wie aus F i g. 7 ersichtlich ist, wird das^urch den Vorverstärker 76 vorverstärkte und durch den Demodulator 78 demodulierte Abgriffsignal «„über das Dämpfungsnetzwerk 96 einer Summierschaltung zugeführt und zu dem Signal des Lotsensors 90 addiert wobei die Summe auf. den Drehmomenterzeuger 56A ^aUS Daiipfungtnetzwerk 96 ist in F i g- 6 im einzelnen ^daE!n?Engangsspannung t/fdes Dämpfungsnetzwerks 96 liegt über einen Kondensator Cund einen ohmschen Widerstand team Eingang eines Operationsverstärkers 100 an. Die Ausgangsspannung Ua des Dampfungsnetzwerks 96 am Ausgang des Operationsverstärkers 100 ist über einen Gegenkopplungswiderstand Rk auf den Eingang des Operationsverstärkers zurückgeführtFor damping the nutation the signal of the effective about the x-axis tap 54A via an attenuation network 96 is now also connected to the effective about the x-axis torquer 56 A. As shown in FIG. 7, the tap signal preamplified by the preamplifier 76 and demodulated by the demodulator 78 is fed to a summing circuit via the damping network 96 and added to the signal from the pilot sensor 90, the sum being added. the torquer 56A ^aU S Daiipfungtnetzwerk 96 is in F i g-6 in detail ^since E! n? Engangsspannung t / f of the damping network 96 is connected through a capacitor C and a resistor team input of operational amplifier 100 on. The output voltage Ua of the damping network 96 at the output of the operational amplifier 100 is fed back to the input of the operational amplifier via a negative feedback resistor Rk

Die Übertragungsfunktion dieses Dämpfungsnetz-. werks 96 istThe transfer function of this damping network. factory 96 is

Ua(s) U_E(s) Ua (s) U _E (s)

1+ReGs1 + ReGs

O)O)

wobei s wieder der Laplace-Operator ist. Wenn R_ECs < where s is again the Laplace operator. If R _E Cs <

ist, wird
Ua(s) it will
U a (s)

Ue(s)Ue (s)

'Rk-C-s,'Rk-C-s,

(9)(9)

d. h. das Netzwerk 96 hat differenzierenden Charakter und arbeitet bei hinreichend hoher Eckfrequenz des Nenners als idealer Differenzierer und damit als ideales Dämpfungsglied.d. H. the network 96 has a differentiating character and works as an ideal differentiator and thus as an ideal when the cutoff frequency of the denominator is sufficiently high Attenuator.

Wie oben bereits erwähnt, darf durch die Wahl des Dämpfungsnetzwerks das normale Verhalten des Lagekreisels 30 nicht zu stark verfälscht werden. Es haben sich Dämpfungen für die Nutationsfrequenzen von 0,1 bis 0,2 als geeignet erwiesen. Für einen Dämpfungsfaktor 0,1 ergibt sich die zugehörige Verstärkung V des aus Dämpfungsnetzwerk 96 und Drehmomenterzeuger 56,4 gebildeten Dämpfungskreises zu K=36pcmsec. wird die Zeitkonstanfe Re- C hinreichend klein gewählt, so liegt durch den gefundenen Wert von Vaüch der Wert des Produkts
Damit ist die Schaltung nach F i g, 6 dimensioniertAs already mentioned above, the choice of the damping network must not distort the normal behavior of the position gyro 30 too much. Attenuations for nutation frequencies of 0.1 to 0.2 have proven to be suitable. For a damping factor 0.1, the associated gain V of the damping circuit formed from damping network 96 and torque generator 56.4 results as K = 36pcmsec. if the time constant Re-C is chosen to be sufficiently small, then the value of the product is based on the value found by Vaüch
The circuit according to FIG. 6 is thus dimensioned

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

230 263/527230 263/527

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for damping nutation vibrations in dynamically tuned, two-axis position gyroscopes with a first and a second input axis perpendicular thereto, a first and a second position pick-up, which respond to relative movements between the gyro rotor and the housing around the first or second input axis, and a torque generator, which is effective around the first input axis, characterized in that the signal of the first tap (54A) is switched via an essentially differentiating damping network (96) to the torque generator (56 / 4J effective around the first input axis (x))

2. Arrangement according to claim I _1, characterized in that

2020th

the attitude gyro (30) is a course gyro with a horizontal spin axis (H) ' and

the first input axis ^ is vertical