DE3132799A1

DE3132799A1 - INERTIA PLATFORM

Info

Publication number: DE3132799A1
Application number: DE19813132799
Authority: DE
Inventors: Anthony Desmond Edinburgh Scotland King
Original assignee: Ferranti PLC
Current assignee: Ferranti International PLC
Priority date: 1980-08-27
Filing date: 1981-08-19
Publication date: 1982-04-29
Also published as: JPH0131568B2; GB2082801B; CA1167669A; GB2082801A; JPS5773615A; FR2489505B1; IT1148016B; IT8149176A0; FR2489505A1

Description

Patentanwälte Dr. rer. nat. Thomas Berendt Patent attorneys Dr. rer. nat. Thomas Berendt

Dr.-Ing. Hans Leyh Innere Wiener Str. ZO-D 8000 München 80 Dr.-Ing. Hans Leyh Innere Wiener Str.ZO-D 8000 Munich 80

Unser Zeichen: A 14 Lh/fiOur reference: A 14 Lh / fi

Ferranti LimitedFerranti Limited

Bridge House, Park Road,Bridge House, Park Road,

Gatley, Cheadle, Cheshire, EnglandGatley, Cheadle, Cheshire, England

Träghei tsplattformInertia platform

A 14 507 Ferranti Ltd.A 14 507 Ferranti Ltd.

description

Die Erfindung betrifft eine Trägheits plattform.The invention relates to an inertia platform.

Es gibt verschiedene Arten von Trägheitsplattformen, die unter bestimmten Betriebsbedingungen arbeiten. Auf der einen Seite ist eine Plattform bekannt mit drei oder vier Kardanringen, wobei am inneren Kardanring die Kreisel für die Stabilisierung und eine Gruppe von Beschleunigungsmessern angebracht sind. Diese Art Plattform ist sehr komplex und auch teuer, sie erfordert Gleitringverbindungen und Lager für die Kardanringe, sie ist außerdem räumlich sehr groß und platzbeanspruchend und sehr schwer. Bei einer anderen Plattform sind die Kreisel und die Beschleunigungsmesser fest an einem Rahmen des betreffenden Fahrzeuges befestigt. Diese Ausführungsform ist robuster und mechanisch einfacher, die Rechner-Bauteile sind jedoch wesentlich komplexer.There are several types of inertial platforms that are under certain Working conditions. On the one hand, a platform is known with three or four gimbals, with the inner one Gimbals are attached to the gyroscope for stabilization and a group of accelerometers. That type of platform is very complex and also expensive, it requires sliding ring connections and bearings for the gimbals, it is also very large and space-consuming and very heavy. On another platform the gyroscopes and accelerometers are firmly attached to a frame attached to the vehicle in question. This embodiment is more robust and mechanically simpler, but the computer components are much more complex.

Beide AusfUhrungsformen sind im Aufbau aufwendig und komplex, weshalb der Erfindung die Aufgabe zugrundeliegt, eine Trä'gheitsplattform einfacheren Aufbaus zu schaffen.Both embodiments are expensive and complex in structure, which is why The object of the invention is to simplify an inertia platform To create structure.

Nach der Erfindung wird dies erreicht durch eine Trägheitsplattform mit einem Rahmen, der an einem Fahrzeug befestigbar ist, einem äußeren Kardanring, der vom Rahmen abgestützt wird und um eine erste Kardanachse drehbar ist, einen inneren Kardanring, der vom äußeren Kardanring gehalten ist und um eine zweite Kardanachse drehbar ist, die senkrecht zur ersten Kardanachse liegt, einem Aufnehmer und einem Schaltmotor oder Drehmomentmotor auf jeder Kardanachse, einer Kreiseleinrichtung, die am inneren Kardanring montiert ist und drei, wechselweise senkrecht zueinander liegende empfindliche Achsen hat, eine Schaltung, die auf die Ausgänge der Aufnehmer und der Kreisel einrichtung anspricht, wenn die Plattform in Betrieb ist, um den inneren Kardanring in einer Position zu halten, in der die erste und die zweite empfindlicheAccording to the invention this is achieved by an inertial platform with a frame which is attachable to a vehicle, an outer gimbal which is supported by the frame and around a first Gimbal axis is rotatable, an inner gimbal ring which is held by the outer gimbal ring and is rotatable about a second gimbal axis, which is perpendicular to the first cardan axis, a transducer and a shift motor or torque motor on each cardan axis, a gyroscope device, which is mounted on the inner gimbal and has three, alternately perpendicular to each other sensitive axes, one Circuit that responds to the outputs of the transducers and the gyro device when the platform is in operation to the inner gimbal hold in a position in which the first and second are sensitive

Achse der Kreiseleinrichtung horizontal und die dritte empfindliche Achse vertikal liegt, sowie eine Mehrzahl von Beschleunigungsmessern, die am inneren Kardanring angebracht sind und deren empfindliche Achsen parallel zu einigen oder allen empfindlichen Achsen der Kreiseleinrichtung verlaufen.Axis of the gyro device horizontal and the third sensitive Axis is vertical, as well as a plurality of accelerometers, attached to the inner gimbal with their sensitive axes parallel to some or all of the sensitive axes of the gyro get lost.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in derAn example embodiment of the invention is provided below explained with reference to the drawing in which

Fig. 1 schematisch eine Plattform zeigt.Fig. 1 shows schematically a platform.

Fig. 2 zeigt ein Schaltungsdiagramm der Schaltung und anderer Komponenten der Plattform.Figure 2 shows a circuit diagram of the circuit and other components of the platform.

Fig. 3 zeigt die Betriebsweise der Schaltung.Fig. 3 shows the operation of the circuit.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Rahmen 10, der fest an einem Fahrzeug angebracht ist und einen äußeren Kardanring 11 trägt, der um eine Achse 12 drehbar ist. Der äußere Kardanring ist mit einem Aufnehmer 13 und einem Schaltmotor 14 versehen, zur Steuerung seiner Stellung relativ zum Rahmen 10. Der äußere Kardanring 11 trägt einen inneren Kardanring 15 (der hier in Form einer Platte ausgebildet ist) und cer um eine Achse 16 drehbar ist, die senkrecht zur Achse 12 Tiegt. Der innere Kardanring ist mit einem Aufnehmer 17 und einem Schaltmotor 18 versehen zur Steuerung seiner Stellung relativ zum äußeren Kardanring 11. .Fig. 1 shows schematically a frame 10 that is fixed to a vehicle is attached and carries an outer gimbal ring 11 which is rotatable about an axis 12. The outer gimbal is fitted with a transducer 13 and a shift motor 14 is provided for controlling its position relative to the frame 10. The outer gimbal ring 11 carries an inner one Cardan ring 15 (which is designed here in the form of a plate) and cer is rotatable about an axis 16 which is perpendicular to the axis 12 Tiegt. The inner gimbal is with a pickup 17 and a shift motor 18 provided to control its position relative to the outer gimbal 11..

Der innere Kardanring 15 bildet, wie bereits erwähnt, eine Plattform, auf der Kreisel mit drei empfindlichen Achsen montiert sind. Wie Fig. zeigt, hat ein erster Kreisel 19 zwei wechselweise senkrecht zueinanderliegende empfindliche Achsen, die beide parallel zur Ebene des inneren Kardans 15 sind. Ein zweiter Kreisel 20 hat eine einzige empfindliche Achse, die senkrecht zu den beiden empfindlichen Achsen des Kreisel 19The inner cardan ring 15 forms, as already mentioned, a platform, on which gyroscopes with three sensitive axes are mounted. As shown in the figure, a first gyro 19 has two alternately perpendicular to one another sensitive axes, both parallel to the plane of the inner gimbal 15. A second gyro 20 has a single sensitive one Axis perpendicular to the two sensitive axes of gyro 19

verläuft. Jeder Kreisel hat die üblichen Aufnehmer und Drehmomenterzeuger für jede empfindliche Achse.runs. Each gyro has the usual transducers and torque generators for every sensitive axis.

Auf dem inneren Kardan sind ferner die erforderlichen Beschleunigungsmesser angebracht, um die Ausgänge der Plattform zu liefern. Zwei Beschleunigungsmesser 21 und 22 sind dargestellt und ihre empfindlichen Achsen fluchten mit den Achsen des zweiachsigen Kreisels 19.The required accelerometers are also located on the inner gimbal attached to supply the outputs of the platform. Two accelerometers 21 and 22 are shown and their sensitive axes are aligned with the axes of the two-axis gyro 19.

Die verschiedenen elektrischen Verbindungen zu und von der Plattform sind schematisch in Fig. 2 dargestellt, die in Form eines BTockdiagrammes die erforderliche Schaltung zeigt, zu der diese Verbindungen führen.The various electrical connections to and from the platform are shown schematically in Fig. 2, in the form of a block diagram shows the required circuit to which these connections are made to lead.

Aufnehmer-Signale des zweiachsigen Kreisels 19 werden an zwei separate Servo-Verstärker 30 und 31 gelegt. Die Ausgänge dieser Verstärker werden an die Schaltmotoren 14 und 18 auf der inneren und der äußeren Kardanachse entsprechend gelegt. Die Ausgänge von den entsprechenden Aufnehmern 13 und 17 werden an einen zentralen Prozessor 32 gegeben, der Nick- und Roll-Ausgänge abgibt. Der Prozessor liefert ferner Ausgänge an die Drehmomenterzeuger auf den beiden Achsen des KreiselsPickup signals of the two-axis gyro 19 are sent to two separate ones Servo amplifiers 30 and 31 are placed. The outputs of these amplifiers are sent to the shift motors 14 and 18 on the inner and outer gimbals placed accordingly. The outputs from the respective sensors 13 and 17 are given to a central processor 32, which gives pitch and roll outputs. The processor also provides Outputs to the torque generators on the two axes of the gyro

Der zweite Kreisel 20 hat einen Aufnehmer und einen Drehmomenterzeuger, die in einer konventionellen Schleife (capture loop) geschaltet sind. Der Ausgang des Aufnehmers ist über einen Verstärker 33 (Capture-Verstärker) an einen integrierenden Kodierer 34 gelegt. Der Ausgang des Kodierers wird sowohl an den Prozessor 32 als auch an den Drehmomenterzeuger des Kreisels 20 gegeben.The second gyro 20 has a transducer and a torque generator, which are switched in a conventional loop (capture loop). The output of the pickup is applied to an integrating encoder 34 via an amplifier 33 (capture amplifier). The outcome of the Encoder is provided to both the processor 32 and the torque generator of the gyro 20.

Die beiden Beschleunigungsmesser sind in entsprechender Weise mit dem Kreisel 20 verschaltet. Der Ausgang des Beschleunigungsmessers 21 wird über einen Verstärker 35 an einen integrierenden Kodierer 36 gelegt. Der Ausgang des Kodierers wird an den Prozessor 32 und an die Kraft-Wicklung (force coil) des Beschleunigungsmessers gelegt. In entsprechender Weise ist der Ausgang des Aufnehmers des Beschleunigungsmessers 22 über einen Verstärker 37 an einen integrierenden KodiererThe two accelerometers are similarly linked to the Gyro 20 interconnected. The output of the accelerometer 21 is passed through an amplifier 35 to an integrating encoder 36 placed. The output of the encoder is sent to processor 32 and on the force coil of the accelerometer is placed. Similarly, the output of the transducer is the accelerometer 22 through an amplifier 37 to an integrating encoder

gelegt. Der Ausgang des Kodierers wird an den Prozessor 32 und an die Kraft-Wicklung des Beschleunigungsmessers 22 gegeben.placed. The output of the encoder is sent to processor 32 and to the Force winding of the accelerometer 22 given.

Die Funktion des Prozessors 32 ist schematisch in Fig. 3 dargestellt» Diese Figur zeigt die Eingänge zu und die Ausgänge vom Prozessor, die in Fig. 2 gezeigt sind, und sie zeigt ferner die durchzuführenden Funktionen. Viele dieser Funktionen sind auf dem Gebiet der Trägheitsplattformen üblich und werden daher nicht im Detail beschrieben. Die Funktion kann durch Hardware oder Software ausgeführt werden.The function of the processor 32 is shown schematically in FIG. This figure shows the inputs to and outputs from the processor shown in Figure 2 and also shows those to be performed Functions. Many of these functions are common in the inertial platform art and are therefore not described in detail. the Function can be performed by hardware or software.

Wie Fig. 3 zeigt, ist der Aufnehmerausgang des Kreisels 20 nach Fig. 2 an einen Verstärker 37 und einen Integrator 38 gelegt, und dieser Integrator erzeugt einen Ausgang,der die Zunahmen des Azimut· -Winkels der Plattform relativ zu einem gegebenen Wert darstellt. Dieses Signal wird über einen Eingang A des Prozessors an einen weiteren Integrator gelegt, dessen Ausgang den absoluten Plattform-Azimut-.Winkel oder den Kurs H anzeigt. Ein Korrektursignal wird an den Integrator 40 gelegt, wie noch beschrieben wird.As FIG. 3 shows, the pickup output of the gyro 20 is shown in FIG. 2 is applied to an amplifier 37 and an integrator 38, and this integrator produces an output which shows the increases in azimuth · angle the platform relative to a given value. This signal is applied via an input A of the processor to another integrator, whose output the absolute platform azimuth. Angle or the Course H indicates. A correction signal is applied to the integrator 40, as will be described.

Die beiden Beschleunigungsmesser 21 und 22 nach Fig. 2 haben ebenfalls Schleifenschaltungen (capture loops), die Integratoren enthalten, und die Ausgänge dieser Integratoren werden an Eingänge B und C des Prozessors gegeben· Nimmt man an, daß die Achsen 12 und 16 nach Fig. 1 entsprechend die X- und Y-Richtung darstellen, dann stellt der Ausgang des Integrators 36, der an den Eingang B gelegt wird, die Zunahmen der Geschwindigkeit in X-Richtung dar, während der Ausgang des Integrators 34, der an den Eingang C gelegt wird, die Zunahmen der Geschwindigkeit in Y-Richtung darstellt. Weitere Integratoren 41 und 42 erzeugen Ausgänge, die die Gesamtgeschwindigkeit in der X- und der Y-Richtung darstellen. Diese werden modifiziert durch einen Azimut-Funktionsdrehmelder oder Resolver 43, der einen Ausgang erzeugt, der die Geschwindigkeiten in Nordrichtung und Ostrichtung darstellt. Der Resolver 43 hat einen Eingang vom Integrator und führt somit eine kontinuierliche übertragung auf die an ihn angelegten X- und Y-Geschwindigkeiten aus, abhängig vom Kurs der Plattform.The two accelerometers 21 and 22 of FIG. 2 also have Capture loops containing integrators, and the outputs of these integrators are given to inputs B and C of the processor. Assuming that axes 12 and 16 follow Fig. 1 correspondingly represent the X and Y directions, then the output of the integrator 36, which is applied to the input B, represents the increases in the speed in the X direction, while the output of the integrator 34, which is applied to the input C, the Represents increases in speed in the Y direction. Further integrators 41 and 42 produce outputs that determine the overall speed in the X and Y directions. These are modified by an azimuth function resolver 43, the one Generates an output that represents the north and east speeds. The resolver 43 has an input from the integrator and thus carries out a continuous transfer to the applied to him X and Y speeds, depending on the course of the platform.

-y- h-y- h

Die Nord- und Ost-Geschwindigkeit vom Resolver 43 wird an einen konventionellen Schuler-Kreis 44 gelegt, der Ausgangssignale erzeugt, die die Breite LA und die Länge LO darstellen, ebenso wie die Nord- und Ost-Geschwindigkeiten NV und EV. Eingänge CR zum Schuler-Kreis 44 können Korrekturfaktoren für eine Kreisel Drift, eine Vorspannung der Instrumente usw. sein, und ein Ausgang des Kreises liefert die Azimut-Korrektur-Raten für den Integrator 40, die oben erwähnt wurden. Diese Korrekturen sind üblich und beziehen sich auf die Rate und Geschwindigkeit der Erde. Ausgänge vom Prozessor sind erforderlich für den Drehmomenterzeuger des Beschleunigungsmessers 19 nach Fig. 1 und diese werden bei D und E erhalten. Sie werden vom Schuler-Kreis 44 über einen weiteren Azimut-Resolver 45 abgeleitet, der die umgekehrte Funktion zu derjenigen des Resolvers ausführt. Der teolver 45 leitet von dem korrigierten Schuler-Ausgang die erforderlichen X- und Y-Kreisel-Drehmoment-Signale ab.The north and east speeds from resolver 43 are assigned to one conventional Schuler circuit 44, which generates output signals, representing latitude LA and longitude LO, as well as north and east velocities NV and EV. Inputs CR to Schuler circle 44 can be correction factors for a gyro drift, a bias of the instruments, etc., and an output of the circle provides the azimuth correction rates for the integrator 40 mentioned above. These corrections are common and relate focus on the rate and speed of the earth. Outputs from the processor are required for the accelerometer torque generator 19 of Fig. 1 and these are obtained at D and E. They are from Schuler-Kreis 44 via a further azimuth resolver 45 which performs the reverse function of that of the resolver. The teolver 45 derives from the corrected Schuler output the required X and Y gyro torque signals.

Signale von den beiden Kreisel-Aufnehmern 13 und 17 werden an Eingänge F und G des Prozessors gelegt. Diese werden an einen dritten Resolver gegeben, zusammen mit einer festen Größe, die den Winkel in der Horizontal ebene zwischen den X- und Y-Achsen der Plattform und den Nick-Roll-Achsen des Integrators 40 darstellt. Dieser Resolver formt die X- und Y-Ausgänge der Aufnehmer in Neigungswinkel und Rollwinkel-Ausgänge vom Prozessor um.Signals from the two gyro pickups 13 and 17 are sent to inputs F and G placed on the processor. These are given to a third resolver, along with a fixed size that defines the angle in the Horizontal plane between the X and Y axes of the platform and the pitch-roll axes of the integrator 40 represents. This resolver converts the X and Y outputs of the transducers into tilt angle and roll angle outputs from the processor.

Die drei Resolver und die Schuler-Schaltung führen einfache Umformungen aus, die auf dem Gebiet der Trägheits-Navigation üblich und bekannt sind/Diese Umformungen sind in der Literatur im Detail beschrieben und werden daher hier nicht näher erläutert.The three resolvers and the Schuler circuit perform simple transformations which are common and known in the field of inertial navigation / These transformations are described in detail in the literature and are therefore not explained in more detail here.

Die Funktionen des Prozessors können durch Schaltungsmittel oder durch Programmieren ausgeführt werden. Die gewünschten Ergebnisse können auch durch andere Methoden erhalten werden. Die drei empfindlichen Kreiselachsen können mittels dreier separater einachsigen Kreiseln gebildet werden oder durch zwei zweiachsige Kreisel mit einerThe functions of the processor can be performed by circuit means or by Programming to be carried out. The results you want can can also be obtained by other methods. The three sensitive ones Gyro axes can be controlled by means of three separate single-axis gyroscopes be formed or by two biaxial gyroscopes with one

redundanten Achse. Falls erforderlich, kann ein dritter Beschleunigungsmesser vorgesehen sein. Die beiden Aufnehmer 13 und 17 sind nur erforderlich, wenn die Plattform Ausgänge abgeben soll, die den Neigungswinkel und den Rollwinkel anzeigen. Der Prozessor kann verwendet werden, um die Zunahmen der X- und Y-Geschwindigkeit aufzulösen, anstatt mit
den integrierten Zunahmen zu arbeiten.redundant axis. If necessary, a third accelerometer can be provided. The two sensors 13 and 17 are only required if the platform is to provide outputs that indicate the angle of inclination and the angle of roll. The processor can be used to resolve the increases in X and Y speeds, rather than with
to work the integrated increases.

Claims

A 14 507 Ferranti Ltd.

Claims

Inertial platform with a frame that attaches to a vehicle is characterized by an outer cardan ring which is supported on the frame and rotatable about a first cardan axis is an inner gimbal held by the outer gimbal and rotatable about a second gimbal axis that is perpendicular to the first cardan axis, a transducer and a switching motor on each cardan axis, gyroscopes on the inner cardan ring are attached and have three alternately perpendicular to each other-1 laying sensitive axes, circuits that on the outputs of the transducers and gyroscopes respond when the platform is in operation to turn the inner gimbal in a position in which the first and second sensitive axes of the gyroscope are horizontal and the third sensitive axis are vertical, and by a plurality of accelerometers attached to the inner gimbal and whose sensitive axes are parallel to some or all of the sensitive axes of the gyroscopes.

2. Inertia platform according to claim 1, characterized in that the gyroscopes have a first gyroscope which is the first and includes the second sensitive axis and a second gyro containing the third sensitive axis.

3. Inertia platform according to claim 1, characterized in that the gyroscopes are formed from three uniaxial gyroscopes, each of which contains one of the sensitive axes.

4. Inertia platform according to one of claims 1-3, characterized in that that the circuit emits navigation output signals.