DE3427490A1

DE3427490A1 - Verfahren zum pruefen einer kreiselgesteuerten anordnung

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Publication number: DE3427490A1
Application number: DE19843427490
Authority: DE
Inventors: Gerhard 2930 Varel Schmieder
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Dst Deutsche System-Technik 2800 Bremen De GmbH
Priority date: 1984-07-26
Filing date: 1984-07-26
Publication date: 1986-01-30

Description

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:TENTVERWALTÜNG GMBH PHD 84-111

"Verfahren zum Prüfen einer kreiselgesteuerten Anordnung"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen einer von mindestens einem Kreisel gesteuerten Anordnung, insbesondere einer im Betrieb waagerecht stabilisierten Plattform mit einer kurszeigenden Hilfsanordnung auf einem Schiff, wobei der Kreisel Kreisellagesignale entsprechend der Lage seiner Achse zu der gesteuerten Anordnung abgibt und die Kreisellagesignale über einen verhältnismäßig schnellen Regelkreis und eine erste Servoanordnung die Anordnung nachsteuern, die Winkelsignale entsprechend ihrer Lage zu einer Bezugsanordnung, insbesondere dem Schiff, an einen Rechner abgibt, und wobei mindestens zeitweise die Achse des Kreisels durch Differenzsignale entsprechend der Differenz zwischen dem Winkel der gesteuerten Anordnung und mindestens einem ersten Referenzwinkel über einen verhältnismäßig langsamen Regelkreis und eine zweite Servoanordnung gesteuert wird.

Die zu prüfende Anordnung ist vorzugsweise eine waagerecht stabilisierte Plattform mit Rundsuch- und Zielverfolgungsradarsystemen auf einem Schiff, insbesondere einem Kriegsschiff. Die Plattform ist kardanisch, d.h. um eine zur Schiffslängsachse parallele und eine weitere, dazu senkrecht stehende waagerechte Achse drehbar und wird so gesteuert, daß sie auch bei Bewegungen des Schiffes im Wasser stets waagerecht steht. Dazu enthält die stabilisierte Plattform einen Vertikal-Kreisel, dessen Achse im Betrieb senkrecht steht und der kardanisch mit der Plattform verbunden ist, so daß er seine senkrechte Lage der Achse auch bei Schiffsbewegungen beibehält. Zum Ausgleich der Präzession des Kreisels infolge der Erddrehung wird die Kreiselachse im Betrieb ständig nachgestellt. Um

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zumindest zu jedem Beginn eines Betriebes die Kreiselachse senkrecht einzustellen, sind auf der Plattform ferner zwei Beschleunigungsmesser angeordnet, die die Abweichung der Plattformsenkrechten von der Erdsenkrechten ermitteln und als Beschleunigungssignale abgeben, und zwar in der senkrechten Ebene parallel zur Schiffslängsachse und in einer senkrecht dazu stehenden Ebene getrennt. Diese Signale werden um von der Eigenbewegung des Schiffes abgeleitete Signale, die die Fahrtbeschleunigung des Schiffes und Kursänderungen berücksichtigen, korrigiert. Ferner besteht noch die Möglichkeit, die Plattform ent·^ sprechend den Signalen eines von der Plattform unabhängigen Hauptschiffskreisels einzustellen. Die Einstellung der Plattform und die Nachstellung der Kreiselachse erfolgt durch jeweils getrennte Stellmotoren.

Ferner enthält die Plattform einen ebenfalls kardanisch bewegbaren Azimutkreisel, dessen Achse im Betrieb waagerecht in einer vorgegebenen Kursrichtung, vorzugsweise zum geographischen Nordpol, gehalten wird. Dieser Azimutkreisel steuert über einen weiteren Stellmotor eine Achse bzw. ein System von miteinander gekoppelten Achsen, die mit Synchros bzw. Drehmeldern verbunden sind, deren Signale den Winkel zwischen der Azimutkreiselachse und der Schiffslängsachse angeben. Die Einstellung des Azimutkreisels erfolgt durch ein Referenzsignal, das vom Hauptschiff skreisel abgeleitet ist.

Um im Betrieb eindeutige und zuverlässige Werte zu erhalten, müssen nicht nur die Genauigkeit der Einstellung der gesteuerten Anordnung, d.h. der stabilisierten Plattform und des Achsensystems, sondern auch die davon abgeleiteten Signale geprüft werden, die die Stellung der Plattform und des Achsensystems für die Kursanzeige gegenüber dem Schiff angeben. Eine isolierte Prüfung der

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einzelnen Elemente der gesamten gesteuerten Anordnung ist jedoch zum einen sehr umständlich und aufwendig, wenn dabei die zu prüfenden Elemente ausgebaut werden müssen, und zum anderen ist dann noch keine Gewähr gegeben, ob diese Elemente im eingebauten Zustand in gleicher Weise wie bei separater Prüfung arbeiten. Eine weitgehend vollständige Prüfung im normalen Betrieb ist jedoch ebenfalls nicht ohne weiteres möglich, denn dann müßte beispielsweise das Schiff in entsprechende Bewegung wie bei etwa bei Seegang versetzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Prüfen einer eingangs genannten gesteuerten Anordnung anzugeben, das einfach durchgeführt werden kann und den Verhältnissen im realen Betrieb möglichst weitgehend nahekommt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anordnung gegenüber der Bezugsanordnung mittels vom Rechner erzeugter Prüfsignale definiert bewegt wird, indem mindestens in einem ersten Prüfabschnitt dem Eingang des schnellen Regelkreises anstatt der Kreisellagesignale erste definiert zeitvariable Prüfsignale zugeführt werden und in einem zweiten Prüfabschnitt bei vom langsamen Regelkreis gesteuerten schnellen Regelkreis dem langsamen Regelkreis als Referenzwinkel zweite definiert zeitvariable Prüfsignale zugeführt werden, und daß in beiden Prüfabschnitten von den Winkelsignalen der gesteuerten Anordnung abgeleitete Meßsignale mit von den ersten bzw. zweiten zeitvariablen Prüfsignalen abhängigen Sollsignalen im Rechner verglichen werden.

Das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip besteht also zu einem wesentlichen Teil darin, die Meßwerte dadurch zu gewinnen, daß nicht die Bezugsanordnung bewegt und die

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Genauigkeit des Ausgleiches der gesteuerten Anordnung geprüft wird, sondern daß die Bezugsanordnung in Ruhe bleibt und die gesteuerte Anordnung, d.h. insbesondere die Plattform und des Achsensystems für die Kurshaltung bewegt und die sich dabei ergebenden Signale mit Sollsignalen verglichen werden. Auf diese Weise ist die Prüfung einfach durchzuführen, und andererseits werden weitgehend betriebsnahe Ergebnisse erzielt, die sehr aussagekräftig sind. Insbesondere gelingt es mit den erfindungsgemäß gewonnenen Signalen, auch einige möglicherweise bevorstehende Ausfälle von einzelnen Elemente aufgrund charakteristischer Veränderungen (Trends) des Verhaltens zu ermitteln. Um diese Art der Prüfung und Meßwertaufnahme im wirklichkeitsnahen Betrieb durchzuführen, ist es erforderlieh, in erfindungsgemäßer Weise die Regelkreise zumindest vorübergehend aufzutrennen und bestimmte Prüfsignale zuzuführen. Dafür können teilweise ohnehin vorhandene Eingänge für Korrekturwerte von einem Rechner verwendet werden, beispielsweise bei der waagerecht stabilisierten Plattform auf einem Schiff die Korrekturwerte für die von den Beschleunigungsmessern abgegebenen Meßwerte, so daß nur wenige zusätzliche Verbindungen von dem Rechner erforderlich sind. Die durch die Prüfsignale erzeugten Reaktionen werden in jedem Falle vom Ausgang des schnellen Regelkreises abgeleitet, der auch im Normalbetrieb breits mit dem Rechner verbunden ist.

Um Werte zu erhalten, die möglichst aussagekräftig sind, ist es zweckmäßig, daß im ersten Prüfabschnitt das erste Prüfsignal nacheinander ein mit vorgegebener Steigung bis auf einen Maximalwert ansteigendes, danach auf einen entgegengesetzten Maximalwert abfallendes und wieder auf den Ausgangswert ansteigendes Signal und danach ein mehrere sinusförmige Schwingungen mit konstanter Frequenz und Amplitude aufweisendes Signal ist. Damit werden nahezu

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alle relevanten dynamischen Werte der Steuerung der Anordnung, d.h. der Plattform selbst und der Ableitung der Signale davon erfaßt.

Eine besonders gute Erfassung etwa bevorstehender Ausfälle wird dadurch erreicht, daß die Steuerung der Anordnung im Prüfbetrieb mit nahezu maximal vorkommender Geschwindigkeit und Beschleunigung erfolgt. Dies geschieht zweckmäßig dadurch, daß die Steigung des ersten Teils des Priifsignals einer Neigungsgeschwindigkeit der gesteuerten Anordnung von 0,5°/sec entspricht und die Frequenz des zweiten Teils des Prüfsignals 0,2 Hz ist und dessen Amplitude 5° Neigung der Anordnung entspricht. Dies entspricht weitgehend den tatsächlichen Beanspruchungen einer stabilisierten Plattform auf einem Schiff.

Da die Regelverstärkung einschließlich der Umsetzung in mechanische Bewegung begrenzt ist, entstehen bei schnellen Bewegungen und Bewegungsänderungen der Anordnung in den Winkelsignalen wangsläufig Fehler entsprechend der Große der Stellsignale des Regelkreises. Es ist daher zumindest im ersten Prüfabschnitt zweckmäßig, daß ein von einem Stellsignal der ersten Servoanordnung abgeleitetes Meßsignal mit Sollsignalen verglichen wird. Diese Signale enthalten zusätzliche Information über das Verhalten des gesamten schnellen Regelkreises einschließlich der mechanischen Teile, da beispielsweise bei stellenweiser Schwergängigkeit das Stellsignal größere Abweichungen hat als die Winkelsignale.

Da im zweiten Prüfabschnitt im wesentlichen jeder der Kreisel und deren Steuerung selbst geprüft wird, wobei allerdings die bereits geprüfte Steuerung der Anordnung mitwirkt, sind in dem Prüfabschnitt etwas andere Prüfsignale günstig. Insbesondere ist es zweckmäßig, daß

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im zweiten Prüfabschnitt die zweiten Prüfsignale sprungförmige Signale mit maximaler Amplitude und nacheinander entgegengesetztem Vorzeichen sind, wobei die ununterbrochene Dauer jedes Signalwertes größer als die Zeitkonstante des langsamen Regelkreises ist und daß die Änderungsgeschwindigkeit der Winkelsignale im Anfangsbereich der Dauer jedes Signalwertes und der Endwert der Winkelsignale am Ende der Dauer jedes Signalwertes ermittelt und aufgezeichnet wird. Auf diese Weise wird das Präzessionsverhalten und das Beharrungsvermögen des Kreisels geprüft.

Wenn im zweiten Verfahrensschritt insbesondere das Verhalten des kurszeigenden Azimutkreisels geprüft werden soll, ist es nicht ohne weiteres möglich, diesen Kreisel bzw. dessen Achse gezielt in Bewegung zu setzen und diese Bewegung auch zu erfassen, wenn nicht zusätzliche elektrische Verbindungen gelegt und andere Verbindungen aufgetrennt werden sollen. Um dennoch das Verhalten auch des Azimutkreisels bei Auslenkung mit sprungförmigen Signalen erfassen zu können, ist es zweckmäßig, daß zunächst die gesteuerte Anordnung durch ein Auslenksignal während einer Zeit langer als die Zeitkonstante des langsamen Regelkreises über den schnellen Regelkreis auf eine definierte Auslenkstellung gesetzt wird, während die Kreiselachse über den langsamen Regelkreis der gesteuerten Anordnung nachgestellt wird, und daß danach dem schnellen Regelkreis zur Schließung des langsamen Regelkreises die Kreiselsignale und dem langsamen Regelkreis ein Referenzsignal zugeführt wird, das einer anderen Stellung als der definierten Auslenkstellung entspricht. Wenn dabei das Referenzsignal der Anfangsstellung des Azimutkreisels entspricht, läuft dieser gezielt von einer definierten Stellung in seine Anfangsstellung zurück, wobei der schnelle Regelkreis dem Azimutkreisel momentan folgt und

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dadurch dann leicht wieder die Änderungsgeschwindigkeit und der Endwert der Winkelsignale ermittelt werden kann.

Ein Kreisel, dessen Achse zur Steuerung einer Anordnung wie der waagerecht stabilisierten Plattform auf einem Schift senkrecht eingestellt ist, verändert aufgrund der Erddrehung die Lage seiner Achse gegenüber der Senkrechten mit der Zeit, wenn diese Achse nicht dauernd durch Vergleich mit einem Referenzsignal nachgestellt wird. Um im Betrieb auch unabhängig von einem solchen Referenzsignal zu sein, wird die Kreiselachse ständig durch von dem geographischen Ort der Anordnung abhängige Korrektursignale nachgestellt, so daß die Kreiselachse zumindest über eine begrenzte Zeit mit ausreichender Genauigkeit ihre senkrechte Richtung beibehält. Zum Gewinnen weiterer Informationen über das Verhalten des langsamen und schnellen Regelkreises und der damit verbundenen mechanischen Einrichtungen ist es, wenn wie vorstehend ausgeführt die Differenzsignale zur Steuerung des langsamen Regelkreises durch Korrektursignale vom Rechner mit kurzer Zeitkonstante korrigiert werden, zweckmäßig, daß außer den zweiten Prüfsignalen in einem folgenden Zeitabschnitt anstelle der Korrektursignale ein sprungformiges drittes Prüfsignal zugeführt wird. Auf diese Weise wird die Kreiselachse zunächst relativ schnell ausgelenkt, wobei der schnelle Regelkreis unmittelbar folgt, bis durch den Vergleich der Lage durch den schnellen Regelkreis gesteuerten Anordnung mit einer Referenzlage mit einer durch die Zeitkonstanten des langsamen Regelkreises bestimmten Verzögerung eine Gegensteuerung der Kreiselachse einsetzt. Der zeitliche Verlauf der Bewegung der Kreiselachse gibt dabei auch Informationen über die Zeitkonstanten und Verstärkungsfaktoren der verwendeten Verstärker.

Bisher wurde die Prüfung mit solchen Prüfsignalen beschrieben, die die Regelkreise nahezu maximal aussteuerten. Um die Regelkreise außerdem nahezu statisch zu prüfen, ist es zweckmäßig, daß in einem vor dem zweiten Prüfabschnitt liegenden dritten Prüfabschnitt dem schnellen Regelkreis ein viertes, im wesentlichen konstantes Prüfsignal, insbesondere das Lagesignal eines unabhängigen Hauptschiffskreisels, zugeführt wird und daß in einem darauf unmittelbar folgenden vierten Prüfabschnitt dem langsamen Regelkreis das vierte Prüfsignal zugeführt wird und im dritten und vierten Prüfabschnitt die Winkelsignale mit dem vierten Prüfsignal verglichen werden. Dadurch kann die Genauigkeit der Regelkreise bei kleinen Signalen geprüft werden, wobei insbesondere auch kleine mechanische Fehler, die bei großen Auslenkungen übersprungen werden, erkannt werden können.

Da im ersten bzw. im ersten und dritten Prüfabschnitt nur die Steuerung der Anordnung selbst mit dem schnellen Regelkreis geprüft wird und der Kreisel bei offenem langsamen Regelkreis praktisch ohne Wirkung ist, ist es zweckmäßig, daß während des ersten bzw. des ersten und dritten Prüfabschnitte der Kreisel außer Betrieb ist und erst vor dem zweiten bzw. vor dem vierten Prüfabschnitt eingeschaltet wird. Auf diese Weise werden Einflüsse der Kreiselsteuerung auf die bei der Plattformsteuerung erhaltenen Werte vermieden.

Als letzte Prüfung kann noch das Verhalten der Regelkreise ohne Nachsteuerung durch Referenzsignale über eine längere Zeit geprüft werden, d.h. in dem sogenannten "Free Drift" Zustand, wobei die Lage der gesteuerten Anordnung zumindest nach einer längeren Zeit mit der Referenz, insbesondere also mit dem Hauptschiffskreisel, verglichen wird.

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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Beispiel einer gesteuerten Anordnung in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2 das elektrische Blockschaltbild einer gesteuerten

Anordnung,
Fig. 3 die Zusammenschaltung von elektrischen und mechanischen Anordnungen gemäß der in Fig. 2 dargestellten Anordnung,

Fig. 4 das elektrische Blockschaltbild einer anderen

gesteuerten Anordnung,
Fig. 5 das Zusammenwirken von elektrischen und mechanischen Elementen der Anordnung nach Fig. 4, Fig. 6 den zeitlichen Verlauf einiger vorzugsweise verwendeter Prufsignale und die Reaktion der gesteuerten Anordnung darauf.

Die Fig. 1 zeigt schematisch eine gesteuerte Anordnung in Form eines Stabes 1a, an dem eine Plattform 1 befestigt ist. Der Stab 1a kann noch weitere Plattformen oder Einrichtungen tragen, die hier der Übersichtlichkeit halber jedoch nicht dargestellt sind, da sie für die Erfindung nicht von Bedeutung sind. Die Plattform 1 trägt zwei Beschleunigungsmesser 13 und 14, von denen der Beschleunigungsmesser 13 ein Signal entsprechend dem Winkel zwischen dem Stab 1a und dem Beschleunigungsvektor in der durch den Stab 1a und die Achse 3a, 3b gebildeten Ebene abgibt, und der Beschleunigungsmesser 14 gibt ein elektrisches Signal entsprechend dem Winkel zwischen dem Stab 1a und dem Beschleungigungsvektor in der durch den Stab 1a und die Achse 1b, 1c gebildeten Ebene ab. Beide elektrischen Signale sind also gleich Null, wenn der Stab la genau senkrecht steht und die ganze Anordnung sich in Ruhe befindet. In der weiteren Beschreibung wird davon

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ausgegangen, daß es sich um eine Anordnung auf einem Schiff handelt, bei der der Stab 1a stets senkrecht gehalten werden soll, auch wenn sich das Schiff bewegt, insbesondere bei Seegang.
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Der Stab 1a wird durch die beiden Achsen 1b und 1c drehbar in dem Rahmen 3 gehalten. Diese beiden Achsen 1b und 1c sind fest mit dem Stab 1a verbunden, wobei die Achse 1b einen Rahmen 15 mit einem kardanisch aufgehängten Kreisel 17 trägt und die Achse 1c durch einen Motor 4 über ein Zahnradgetriebe 5, 6 gedreht werden kann und am Ende einen Rahmen 10 mit einem kardanisch aufgehängten Kreisel 12 trägt. Der Rahmen 3 ist über die beiden Achsen 3a und 3b drehbar in mit dem Schiff fest verbundenen Trägern 2 gelagert und kann durch einen daran befestigten Motor 7 über das Zahnradgetriebe 8, 9 um die Achsen 3a, 3b gedreht werden. Bei entsprechender Steuerung der Motoren 4 und 7 kann der Stab 1a also ständig senkrecht gehalten werden.

Der Kreisel 12 ist so eingestellt, daß seine Achse senkrecht, d.h. in Richtung der Erdbeschleunigung steht. Wenn sich der Stab 1a und damit über die Achse 1c der Rahmen 10 bewegt, bevor die Steuerung durch die Motoren und 7 einsetzt, dreht sich die Achse des Kreisels 12 gegenüber der durch den Innenrahmen 11 gebildeten Ebene, und-der Innenrahmen 11 dreht sich gegenüber der durch den Rahmen 10 gebildeten Ebene, je nach Richtung der Bewegung, wobei für beide Drehbewegungen Drehmelder vorgesehen sind, die in Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet sind.

In ähnlicher Weise ist die Achse des Kreisels 17 waagerecht und insbesondere in einer bestimmten Kursrichtung ausgerichtet, und bei Auslenkung des Stabes 1a gegenüber

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der Erdbeschleunigung um die Achse 1b dreht sich die Kreiselachse des Kreisels 17 gegenüber der durch den Innenrahmen 16 gebildeten Ebene. Diese Drehung wird jedoch nicht weiter ausgewertet, und es sind dafür auch keine Sensoren bzw. Drehmelder vorgesehen. Wenn sich jedoch die gesamte Anordnung um die Achse des Stabes 1a bewegt, dreht sich der Innenrahmen 16 gegenüber der durch den Rahmen gebildeten Ebene, und diese Drehung wird durch einen ebenfalls nicht dargestellten Drehmelder abgetastet.

Ferner sind nicht dargestellte Stellmotoren vorgesehen, die den Innenrahmen 11 gegenüber dem Rahmen 10 und die Achse des Kreisels 12 gegenüber dem Innenrahmen 11 sowie den Innenrahmen 16 gegenüber dem Rahmen 15 drehen können, um die Achsen der Kreisel 12 und 17 in eine bestimmte Einstellung zu bringen.

Es sind ferner in Fig. 1 nicht dargestellte Drehmelder vorgesehen, die die Winkellage der Achse 3a bzw. 3b und damit des Rahmens 3 gegenüber den Trägern 2 angeben, sowie den Winkel der Achse 1b bzw. 1c gegenüber dem Rahmen 3. Diese Drehmelder geben bei senkrechter Ausrichtung des Stabes 1a den Winkel der Träger 2 und damit des Schiffes gegenüber der Erdsenkrechten in den entsprechenden beiden zueinander senkrecht stehenden Ebenen an.

Die Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild für die Steuerung der Plattform 1 bzw. des Stabes 1a in einer der beiden senkrechten Ebenen. In der anderen, dazu senkrechten Ebene ist eine im übrigen gleich aufgebaute Anordnung vorhanden. Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung enthält jedoch bereits einige zusätzliche Elemente, die für das Prüfen der Anordnung bzw. deren Einstellung notwendig ist.

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Das durch die Doppellinie 31 bezeichnete Teil in Fig. 2 stellt die Plattform 1 bzw. den Stab 1a dar. Das Element 38 deutet den Beschleunigungsaufnehmer 13 bzw. 14 in Fig. 1 an, der ein Signal entsprechend dem Winkel zwischen dem Teil 31, d.h. dem Stab 1a, und dem Beschleunigungsvektor erzeugt und einer Schaltung 40 zuführt, wo dieses Signal um ein über die Leitung 41 von einem Rechner 22 aus der Eigenbewegung des Schiffes abgeleitetes Korrektursignal korrigiert wird. Wenn nämlich das Schiff in der Richtung der Achse 3a, 3b beschleunigt wird, indem es Fahrt aufnimmt, erzeugt der betreffende Beschleunigungsmesser ein elektrisches Signal, auch wenn der Stab 1a genau senkrecht steht. Entsprechend erzeugt, wenn die Schiffslängsachse also in der Richtung der Achsen 3a, 3b verläuft, eine Kursänderung des Schiffes eine Beschleunigungskomponente in Richtung der Querachse des Schiffes, so daß dann der betreffende Beschleunigungsmesser 14 ein elektrisches Signal abgibt, wenn der Stab 1a senkrecht steht. Da Schiffsbeschleunigung bzw. Kursänderung jedoch bekannt ist, können entsprechende Korrektursignale erzeugt werden. Das Ausgangssignal am Ausgang 43 der Schaltung 40, das durch Differenzbildung und Tiefpaßfilterung mit großerZeitkonstanten gebildet wird, gibt also die mittlere Abweichung der Richtung des Stabes 1a gegenüber der Erdsenkrechten an und dient dazu, die Achse des Kreisels 12 in Fig. 1 senkrecht einzustellen.

Dieses Signal am Ausgang 43 wird über den Schalter 48 einer weiteren Schaltung 42 zugeführt, wo es mit einem weiteren, über die Verbindung 41 vom Rechner 22 kommenden Signal verknüpft wird. Dieses Signal kompensiert den Einfluß der Erddrehung auf die Achse des Kreisels 12, die sich ohne Steuerung durch das Signal des Beschleunigungsaufnehmers 38, d.h. bei offenem Schalter 48, raumfest bewegt und somit ihre Richtung zur Erdsenkrechten ständig

verändern würde. Durch ein Korrektursignal, das vom Breitengrad des Ortes des Schiffes und von dessen Kursrichtung abhängt, kann die Kreiselachse ständig nachgestellt werden, so daß sie auch ohne Steuersignal von den Beschleunigungsaufnehmern, d.h. in sogenannten

"free-drift"-Zustand zumindest für begrenzte Zeit mit ausreichender Genauigkeit senkrecht zur Erdoberfläche steht. Die Verknüpfung mit dem Korrektursignal in der Schaltung 42 erfolgt mit kleiner Zeitkonstante. 10

Das von der weiteren Schaltung 42 erzeugte korrigierte Signal wird nun der Kreiselanordnung 36 zugeführt, um dort die Achse des Kreisels einzustellen. Zur Erläuterung wird auf die Fig. 3 hingewiesen, die die in Fig. 2 dargestellte Steuerung teils im geometrischen Aufbau, teils mit elektrischen Verbindungen zeigt. Dabei sind in Fig. 3 diejenigen Elemente, die unmittelbar solchen in Fig. 2 dargestellten Elementen entsprechen, mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In Fig. 3 wird das vom Beschleuni- gungsaufnehmer 38, der mit dem Bauteil 31 entsprechend der Plattform 1 in Fig. 1 fest verbunden ist, erzeugte Signal über die Schaltung 40, den Schalter 48und die weitere Schaltung 42 einem Stellmotor 66 zugeführt. Dabei ist die Verbindung vom Rechner 22 zu den Schaltungen 40 und 42 für die Zufuhr der Korrektursignale als zwei getrennte Leitungen 41a und 41b gezeichnet. Der Stellmotor 54 ist innerhalb der Kreiselanordnung 3 6angeordnet und verdreht beispielsweise die Achse des Kreisels 12 gegenüber der Ebene des Innenrahmens 11, oder er verstellt diesen gegenüber dem Rahmen 10, je nachdem, welche Steuerung für welche der beiden Richtungen bzw. Ebenen betrachtet wird. In Fig. 3 ist dies symbolisch dadurch dargestellt, daß der Motor 54 den Innenrahmen 11 gegenüber dem Rahmen 10 verdreht, jedoch kann der Motor 54 auch zwischen dem Innenrahmen 11 und der Lagerung des symbolisch dargestellten Kreisels 12 angeordnet sein.

Die Stellung des Innenrahmens 11 gegenüber dem Teil 31 entsprechend der Plattform 1 in Fig. 1 wird durch einen Drehmelder 32 abgetastet und als elektrisches Signal abgegeben. Bei der Steuerung für die andere Richtung, wo der Motor 54 zwischen Innenrahmen 11 und Kreisellagerung angebracht ist, ist der Drehmelder 32 ebenfalls zwischen diesen beiden Elementen angeordnet. Der Drehmelder 32 ist jeweils so angeordnet, daß sein Ausgangssignal vorzugsweise dann Null wird, wenn die Achse des Kreisels 12 in Fig. T parallel zum Stab 1a, d.h. senkrecht zur Plattform 1 steht.

Dieses Signal wird in der Stellung a des Umschalters 46 der Steueranordnung 30 in Fig. 2 zugeführt, die, wie aus Fig. 3 hervorgeht, im wesentlichen einen Servoverstärker 50 und einen Motor 56 enthält, der dem Motor 4 bzw. 7 in Fig. 1 entspricht, je nachdem, welche Anordnung für welche Richtung betrachtet wird. Der Motor 56 verstellt nun die mechanische Anordnung 31 derart, daß das Ausgangssignal des Drehmelders 32 zu Null wird, d.h. daß die Anordnung senkrecht zur Achse des Kreisels 12 steht. Aus den Fig. und 3 ist zu erkennen, daß bei dieser Stellung a des Umschalters 46 zwei Regelkreise mit unterschiedlicher Zeitkonstante entstehen. Der schnelle Regelkreis mit kleiner Zeitkonstante besteht aus dem Drehmelder 32, der die Lage der Kreiselachse mit der Lage des Teils 31 vergleicht, und der Steueranordnung 30, die das Teil 31 entsprechend dem Vergleichsergebnis relativ schnell einstellt. Der langsame Regelkreis besteht aus dem Beschleunigungsaufnehmer 38, der die Lage des Teils 31 mit der Richtung des Beschleunigungsvektors, das ist bei ruhendem Schift die Erdbeschleunigung, vergleicht, und der Kreiselanordnung 3 6 mit dem nachfolgenden schnellen Regelkreis, die die Kreiselachse und damit den Teil 31 entsprechend dem Vergleichsergebnis einstellen. Die Stellung des

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Teils 31, das entspricht der Stellung der Plattform 1 in Fig. 1 gegenüber dem schiffsfesten Träger 2, wird durch den Drehmelder 52 abgetastet und als elektrisches Signal dem Rechner 22 zugeführt.
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In der Stellung b des Umschalters 46 erhält die Steueranordnung 30, d.h. der Servoverstärker 50, ein Signal von dem Drehmelder 34. Dieser erhält vom Umschalter 44 ein elektrisches Stellungssignal, das mit der mechanischen Stellung seines Rotors verglichen wird, und er erzeugt am Ausgang ein Signal, wenn diese beiden Stellungen voneinander abweichen. Der Umschalter 44 ist nur zu Prüfzwecken vorgesehen, wie später erläutert wird, und ist tatsächlich eine Kabelverbindung, durch die normalerweise der Eingang des Drehmelders 34 fest mit dem Ausgang der Synchro-Gruppe 26 verbunden ist, die die Stellung des Hauptschiffskreisels 24 angibt und die nur während eines Teils der Prüfung so gesteckt ist, daß der Eingang des Drehmelders 34 mit dem Ausgang der Anordnung 2 8 verbunden ist. Dadurch ist hier nur der etwas modifizierte schnelle Regelkreis wirksam, der aus dem Drehmelder 34, der die Stellung des Hauptschiffskreisels mit der Lage des Teils 31 vergleicht, und der Steueranordnung 3 0 besteht, der das Teil 31 entsprechend dem Vergleichsergebnis einstellt, d.h. entsprechend der Stellung des Hauptschiffskreisels 24. Dessen Stellung wird über die Leitung 25 auch dem Rechner 22 zugeführt, um mit insbesondere dem Ausgangssignal des Drehmelders 52 beim Prüfen verglichen zu werden, wie später erläutert wird. Der langsame Regelkreis mit der Kreiselanordnung 36 ist bei dieser Stellung b des Umschalters 46 offen.

Von der Kreiselanordnung 36, d.h. von dem Servoverstärker 50, führt noch ein der Regelabweichung proportionales Signal über die Verbindung 33 zum Rechner 22. Da der

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Regelkreis während des Einstellvorganges des Teils 31 zwangsläufig einen Nachlauffehler aufweist, der proportional der Regelabweichung ist, kann durch Korrektur des die Lage des Teils 31 angebenden Signals des Drehmelders 52 um das die Regelabweichung angebende Signal auf der Verbindung 33 die exakte Soll-Lage des Teils 31 im eingeschwungenen Zustand bestimmt werden, wenn die Eigenschaften des Regelkreises bekannt sind, was hier angenommen wird.

Eine der beschriebenen Steueranordnung für die Plattform 1 und den Kreisel 12 entsprechende Steueranordnung existiert auch für den Kreisel 17 in Fig. 1 und ist in den Figuren 4 und 5 näher dargestellt. Eine der Plattform 1 in Fig. 1 entsprechende Anordnung, die der Achse des Kreisels 17 folgt, ist in Fig. 1 nicht dargestellt und besteht im wesentlichen aus einer Achse, die in den Figuren 4 und 5 mit 71 bezeichnet ist und die von einer Steueranordnung 70 gesteuert wird, die im wesentlichen einen Servoverstärker 100 und einen Motor 96 enthält. Mit der Achse 71 sind drei Drehmelder 72, 74 und 92 gekoppelt, von denen der Drehmelder 92 ein die Lage der Achse 71 gegenüber dem Schiff angebendes elektrisches Signal erzeugt und dem Rechner 22 zuführt.

Der Drehmelder 72 erzeugt ein Ausgangssignal, das von der Differenz des über die Verbindung 77 zugeführten elektrischen Lagesignals und der Lage der Achse 71 abhängt, und entsprechend erzeugt der Drehmelder 74 ein Ausgangssignal, das von der Differenz des über die Verbindung 27 von der Synchro-Gruppe 26, die vom Hauptschiffskreisel 24 gesteuert wird, zugeführten elektrischen Lagesignal und der Lage der Achse 71 abhängt. Das elektrische Lagesignal auf der Verbindung 77 wird von dem Drehmelder 76 erzeugt, der die Lage der Achse des Kreisels 17 gegenüber dem Schiff in der waagerechten Ebene angibt.

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Wenn der Umschalter 84 in der Stellung a und der Umschalter 82 in der Stellung b steht, erhält der Servoverstärker 90 das Signal vom Ausgang des Drehmelders und stellt über den Motor 96 die Achse 71 so ein, daß diese dem Lagesignal auf der Verbindung 77 entspricht, d.h. der Winkel der Achse 71 gegenüber dem Schiff zeigt den Winkel der Achse des Kreisels 17 gegenüber dem Schiff an. Bei dieser Stellung der Schalter 82 und 84 befindet sich der Schalter 80 normalerweise in der Stellung a, so daß über den Servoverstärker 86 mit großer Zeitkonstante dem Einstellmotor 78 ein Signal entsprechend der Differenz der über die Verbindung 27 zugeführten Lage des Hauptschiff skreisels und der Achse 71, d.h. der Lage der Achse des Kreisels 17 zugeführt wird, so daß dieser Kreisel die Lage des Hauptschiffskreisels annimmt.

Aus den Fig. 4 und 5 ist zu erkennen, daß bei dieser Stellung der Umschalter 80, 82 und 84 wieder zwei Regelkreise mit unterschiedlicher Zeitkonstante entstehen. Der schnelle Regelkreis mit kleiner Zeitkonstante besteht aus dem Drehmelder 72, der die Laqe der Achse 71 mit der Lage der Achse des Kreisels 17 (über den Umweg des Drehmelders 76) vergleicht, und der Steueranordnung 70, die die Achse 71 entsprechend dem Vergleichsergebnis relativ schnell einstellt. Der langsame Regelkreis besteht aus dem Drehmelder 74, der die Lage der Achse 71 mit der Lage des Hauptschiffskreisels vergleicht und der Kreiselanordnung 78 mit dem nachfolgenden schnellen Regelkreis, die die Achse des Kreisels 17 und damit die Achse 71 entsprechend dem Vergleichsergebnis einstellen. Die elektrischen Signale am Ausgang des Drehmelders 92 entsprechen somit den Lagesignalen auf der Verbindung 27 ,d.h. der dem Rechner 22 über die Verbindung 25 zugeführten Signale. Dies gilt jedoch nur wegen der großen Zeitkonstante des Servoverstärkers 86 im langzeitlichen Mittel, während

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# kurzzeitige Schwankungen der Signale auf der Verbindung sich nicht auf die Lage der Achse 71 auswirken, d.h. der Kreisel 17 wirkt als integrierendes Glied für die Ausgangssignale des Drehmelders 92 gegenüber den Signalen auf der Verbindung 27. Dabei ist stets vorausgesetzt, daß der Schalter 88 geöffnet ist.

Wenn der Schalter 82 in der Stellung a und der Schalter weiterhin ebenfalls in der Stellung a steht, erhalt der Servoverstärker 90 direkt das Ausgangssignal des Drehmelders 74, so daß die Achse 71 entsprechend der Lage des Hauptschiffskreisels eingestellt wird. Dadurch ist ebenfalls nur der etwas modifizierte schnelle Regelkreis wirksam, der hier aus dem Drehmelder 74, der die Lage des Hauptschiffskreisels 24 mit der Lage der Achse 71 vergleicht, und der Steueranordnung 70 besteht, der die Achse 71 entsprechend dem Vergleichsergebnis einstellt, d.h. entsprechend der Stellung des Hauptschiffskreisels 24 in der waagerechten Ebene.

Im Gegensatz zur Anordnung nach Pig. 2 und Fig. 3 ist es hier jedoch möglich, den langsamen Regelkreis ohne Einschluß des schnellen Regelkreises zu schließen, indem der Umschalter 80 in die Stellung b umgeschaltet wird.Dabei wird das Ausgangssignal· des Drehmelders 72, der die Lage der Achse des Kreisels 17 mit der Lage der Achse 71 vergleicht, auf den Eingang der Kreiselanordnung 7 8 gegeben, so daß der Kreisel 17 so lange über den Motor 78 nachgestellt wird, bis seine Achse eine Lage entsprechend der Achse 71, d.h. entsprechend der Lage des Hauptschiffskreisels 24 angenommen hat. Diese Einstellung geschieht wegen der großen Zeitkonstanten des Servoverstärkers 86 jedoch langsam.

Bei der Anordnung nach Fig. 4 und Fig. 5 ist im Betriebszustand noch eine weitere ümschaltmöglichkeit vorgesehen,

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nämlich die Umschaltung des Umschalters 3 4 in die Stellung b. In diesem Falle erhält die Steueranordnung 70 direkt die Stellsignale vom Rechner 22, so daß damit auch die Stellung der Achse 71 direkt durch den Rechner 22 vorgegeben wird. Dies kann als Regelschleife über die Steueranordnung 70 und den Rechner 22 aufgefaßt werden, wobei der Soll-Ist-Vergleich im Rechner 22 vorgenommen wird. Wenn dabei der Umschalter 80 in der Stellung b steht, folgt die Achse des Kreisels 17 wieder langsam der Stellung der Achse 71, d.h. der Kreisel 17 kann durch den Rechner 22 auf eine beliebige Stellung eingestellt werden.

Um nun die anhand der Fig. 2 und Fig. 3 beschriebene Steuerung und die anhand Fig. 4 und Fig. 5 beschriebene Steuerung möglichst genau prüfen zu können, werden den einzelnen Regelkreisen definiert zeitvariable Prüfsignale zugeführt, wodurch die gesteuerten Anordnungen, d.h. das Teil 31 entsprechend der Plattform 1 und die Achse 71 sowie die Kreiselachsen, definiert bewegt werden, und die dabei entstehenden Reaktionen werden im Rechner 22 ausgewertet. Um die Prüfung möglichst einfach durchzuführen, werden die Reaktionen nur über die Signale ausgewertet, die ohnehin bereits dem Rechner 22 zugeführt werden, und zwar sind dies die Ausgangssignale der Drehmelder 52 und 92, die die Lage der gesteuerten Anordnung angeben, sowie die Signale auf der Verbindung 33 in den Fig. 2 und 3. In entsprechender Weise sollten zum Einspeisen der definiert zeitvariablen Prüfsignale ebenfalls nur bereits vom Rechner 22 kommende vorhandene Verbindungen verwendet werden. Bei dem nachfolgend beschriebenen Prüfverfahren ist dies bis auf eine Ausnahme der Fall. Da jeweils der langsame Regelkreis nicht ohne Verwendung des schnellen Regelkreises angesteuert werden kann, wird zunächst dieser geprüft, wobei besondere Prüfsignale verwendet werden.

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Diese Prüfsignale sind in Fig. 6a dargestellt. Zunächst wird ein gleichförmig ansteigendes, dann ebenso gleichförmig abfallendes und wieder ansteigendes Signal angelegt. Dies führt zu einer gleichmäßigen Bewegung der gesteuerten Anordnungen ohne Beschleunigung außer an den Umkehrpunkten des Signals.

In Fig. 4 bzw. Fig. 5 ist der Umschalter 84 in die Stellung b gelegt, so daß die Achse 71 unmittelbar dem rampenförmigen Signal folgt. Die Lage der Achse 71 wird dem Rechner 22 zugeführt, und zwar über den Drehmelder 92, wie in Fig. 5 dargestellt ist, und dort werden die Lagesignale mit den dem Umschalter 84 zugeführten Signalen verglichen. Dabei können insbesondere lageabhängige Unregelmäßigkeiten in den mechanischen Teilen wie z.B. im Motor 96 oder in den Getrieben an diesem Motor oder an dem Drehmelder 92 festgestellt werden.

Bei der Steuerung nach Fig. 2 und Fig. 3 besteht ohne weiteres nicht die Möglichkeit, die gesteuerte Anordnung, d.h. das Teil 31 entsprechend der Plattform 1, direkt vom Rechner zu steuern. Aus praktischen Gründen wird hier anstelle der Lagesignale vom Hauptschiffskreisel 24 über die Synchrogruppe 26 ein Lagesignal auf der Verbindung 29 zugeführt, das von der Einrichtung 2 8 erzeugt wird. Für diese Einrichtung 28 wird der Einfachheit halber die Steuerung nach Fig. 4 und Fig. 5 verwendet, d.h. die Ausgangssignale des Drehmelders 92 oder eines anderen, ebenfalls mit der Achse 71 verbundenen Drehmelders, wobei die Achse 71 in vorher beschriebener Weise vom Rechner 22 gesteuert bewegt wird.

Die Lagesignale auf der Verbindung 2 9 werden über den Umschalter 44, d.h. durch eine ensprechend gesteckte Kabelverbindung, in der Stellung b dem Drehmelder 34

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zugeführt, wo sie mit der Lage des Teils 31 verglichen werden. Der Umschalter 46 befindeb sich in der Stellung b, so daß das Teil 31, d.h. die Plattform 1_r den Lagesignalen auf der Verbindung 29 praktisch unmittelbar folgt. Da die Lage des Teils 31 dem Rechner 22 zugeführt ist, nämlich über den Drehmelder 52 in Fig. 3, können Fehler in dem Regelkreis aus der Steueranordnung 30 und dem Drehmelder 34 durch Vergleich im Rechner 22 mit den der Steuerung nach Fig. 4 bzw. Fig. 5 zugeführten Signalen festgestellt werden. Es können jedoch auch nur die Signale auf der Verbindung 33 ausgewertet werden, die abhängig von der Regelabweichung und damit von der Beschleunigung sind. Auch darüber können Defekte im Motor 56 und den Getrieben an dem Teil 31 festgestellt werden. Beispielsweise deuten große Signale auf eine Schwergängigkeit hin.

In entsprechender Weise werden den Steuerungen anschließend sinusförmige Prüfsignale zugeführt, wie in Fig. 6a dargestellt ist, die so gewählt sind, daß dabei die maximal vorgesehenen Beschleunigungen auftreten. Besonders hierbei wird auch die Verstärkung der Servoverstärker 90 bzw. 50 geprüft.

Nach diesen beiden Prüfsignalen können schon wesentliche Aussagen über den in den schnellen Regelkreisen enthaltenen Elemente gemacht werden.

Eine weitere Prüfung der schnellen Regelkreise kann noch dadurch erfolgen, daß diese von dem Schiffskreisel 24 gesteuert werden, der im Ruhezustand des Schiffes ein nahezu konstantes, zumindest sich nur langsam änderndes Signal abgibt. Dafür werden bei der Steuerung nach Fig. und Fig. 5 die Umschalter 82 und 84 in die Stellung a gelegt, und bei der Steuerung nach Fig. 2 und Fig. 3 wird der Umschalter 44 in die Stellung a gelegt, d.h. die

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Kabelverbindung vom Eingang des Drehmelders 34 wieder wie im normalen Betriebszustand auf den Ausgang der Synchrogruppe 26 gesteckt, und der Umschalter 46 wird in die Stellung b gelegt. Dabei wird dann der Unterschied zwischen den Signalen des Hauptschiffskreisels 24 auf der Verbindung 25 zum Rechner 22 und der Lagesignale des Teils 31 bzw. der Achse 71 im Rechner miteinander verglichen.

Da bei diesen Prüfungen der jeweils langsame Regelkreis mit dem betreffenden Kreisel noch nicht geprüft wird, ist es zweckmäßig, bei diesen Prüfungen den Kreisel zunächst noch nicht in Betrieb zu setzen. Erst die folgenden Prüfungen, die den langsamen Regelkreis mit der Steuerung der Kreiselachse einbeziehen, setzen einen in Betrieb genommenen, d.h. rotierenden Kreisel voraus.

Für einen einfachen Ablauf wird zunächst jeweils die Kombination aus schnellem und langsamem Regelkreis von der im Betrieb normalerweise verwendeten Referenz gesteuert und die Differenz zu dem Lagesignal des Hauptschiffskreisels 24 gebildet. Bei der Anordnung nach Fig. 2 bzw. Fig. 3 wird der Umschalter 46 in die Stellung a geschaltet, und die Lage des Teils 31 wird mit der Richtung der Erdsenkrechten durch den Beschleunigungsaufnehmer 38 verglichen. Ein eventuelles Differenzsignal wird über den Servoverstärker 40 mit großer Zeitkonstante, den Schalter 48 und den Verstärker 42 dem Motor 54 zugeführt, der die Achse des Kreisels 12 langsam kippt. Eine Veränderung der Lage des Kreisels 12 gegenüber dem Teil 31 wird vom Drehmelder 32 als elektrisches Signal über den Umschalter 46 der Steuerung 30, d.h. dem Servorverstärker zugeführt, so daß über den Motor 56 die Lage des Teils 31 momentan verändert wird und die Achse des Kreisels 12 stets senkrecht zum Teil 31 steht, was wiederum das Ausgangssignal des Beschleunigungsaufnehmers 38 beeinflußt,

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bis dies schließlich zu Null geworden ist. Die Lage des Teils 31 wird über die vom Drehmelder 52 dem Rechner 22 zugeführten Lagesignale darin mit den über die Leitung zugeführten Lagesignale des Hauptschiffskreisels verglichen.

In der Anordnung nach Fig. 4 bzw. Fig. 5 wird der Umschalter 82 in die Stellung b und der Umschalter 84 in die Stellung a geschaltet, und der Umschalter 80 liegt in der Stellung a. Dadurch wird die Achse 71 über die Steuerung 70, d.h. den Servoverstärker 90 und den Motor 96 entsprechend der vom Drehmelder 72 ermittelten Differenz zwischen der Lage der Achse 71 und dem Lagesignal 77, das im Drehmelder 76 aus der Lage des Kreisels 17 gegenüber dem als schiffsfest anzusehenden Rahmen 15 erzeugt wird, gesteuert, d.h. die Achse 71 folgt unmittelbar der Lage der Achse des Kreisels 17. Dies bedeutet, daß der Drehmelder 74, der die Differenz zwischen der Lage der Achse 71 und den von der Synchrogruppe 26 erzeugten Lagesignalen ermittelt, damit die Differenz zwischen der Lage der Achse des Kreisels 17 und der Achse des Hauptschiffskreisels 24 ermittelt, und dieses Differenzsignal wird über den Umschalter 80 in der Lage a der Kreiselsteuerung 78, d.h. dem Servoverstärker 86 und dem Motor 7 8 zugeführt, wodurch die Lage der Achse des Kreisels 17 der Lage des Hauptschiffskreisels angeglichen wird, allerdings wegen der großen Zeitkonstante des Servoverstärkers 86 mit starkem Integrationsverhalten. Über den Drehmelder 92 wird die Lage der Achse 71 mit den Lagesignalen des Schiffskreisels 24 auf der Leitung 25 im Rechner 22 verglichen. Dies schließt gleichzeitig eine Prüfung der Synchrogruppe 26 ein.

Als nächstes folgt wieder eine dynamische Prüfung, bei der die Änderuag der Lage der Achse des Kreisels 12 bzw. des Kreisels 17 als Reaktion auf sprungf örtiige Prüf signale

untersucht wird. Dies ist in Fig. 6b angedeutet, wo das Prüfsignal P auf einen Maximalwert springt und dort eine längere Zeit konstant bleibt.

Bei der Anordnung nach Fig. 2 bzw. Fig. 3 wird dieses Prüfsignal vom Rechner 22 über die Verbindung 41 bzw. 41a dem Verstärker 4 0 zugeführt. Dessen Ausgangssignal steuert über den Motor 54 die Achse des Kreisels 12, und über den Drehmelder 32 und die Steuerung 30, d.h. den Servoverstärker 50 und den Motor 56, folgt die Lage des Teils 31 dem Kreisel 12, so daß die vom Drehmelder 52 an den Rechner 22 gelieferten Lagesignale somit die Lage der Achse des Kreisels 12 angeben, die im Rechner 22 mit Sollwerten verglichen wird. Wegen der großen Trägheit eines im Betrieb befindlichen Kreisels reagiert dessen Achse nur langsam auf das Stellmoment des Motors 54, so daß sich ein Verlauf der Lage der Kreiselachse entsprechend der mit R bezeichneten Kurve in Fig. 6b ergibt.

Mit der Bewegung des Teils 31 gibt nun aber auch der Beschleunigungsaufnehmer 38 ein Signal ab, das dem dem Verstärker 40 zugeführten Signal entgegengerichtet ist. Wegen der großen Zeitkonstanten des Verstärkers 40 ergibt sich bei der Einstellung der Achse des Kreisels 12 ein Überschwingen, bis schließlich nach einigen abklingenden Regelschwingungen die Achse des Kreisels 12 und damit das Teil 31 eine Lage eingenommen haben, bei der die vom Beschleunigungsaufnehmer 38 gelieferten Signale die dem Verstärker 40 zugeführten Prüfsignale gerade kompensieren.

Nach einer Zeitdauer, in der der langsame Regelkreis aus der Kreiselsteuerung 36, dem Beschleunigungsaufnehmer 38 und den Verstärkern 40 und 42 eingeschwungen sein muß, wird dem Verstärker 40 ein entgegengesetzt gerichtetes Prüfsignal zugeführt. Damit ergibt sich am Ausgang 43 des Verstärkers 40 zunächst ein doppelt so großes Stellsignal

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wie zu Beginn des Prüfsignals, so daß die Präzessionsgeschwindigkeit des Kreisels 12, d.h. die Änderungsgeschwindigkeit seiner Achsenlage, zumindest am Anfang verdoppelt wird, wie aus dem steileren Verlauf des Reaktionssignals R in Fig. 6b zu erkennen ist. Auch nun setzt wieder der beschriebene Kompensationsvorgang über den Beschleunigungsaufnehmer 38 ein, bis das Teil 31 eine zur Ruhelage gegenüber vorher entgegengesetzte Lage einnimmt, die dem Prüfsignal auf der Verbindung 41 bzw. der Leitung 41a entspricht. Auch dieser Einschwingvorgang der Lage des Kreisels 12 wird über den Drehmelder 52 an den Rechner 22 weitergegeben und ausgewertet.

Nach einer Dauer, nach der der Kreisel 12 seine Endposition erreicht haben muß, wird das Prüfsignal wieder auf Null gebracht, und die Achse des Kreisels 12 kehrt wieder langsam in die senkrechte Lage zurück, und zwar nun nur über das vom Beschleunigungsaufnehmer 3 8 erzeugte Signal. Um das Verhalten der gesamten Anordnung bei dieser Prüfung zu ermitteln, wird im Rechner 22 insbesondere die Änderungsgeschwindigkeit des Reaktionssignals R am Ausgang des Drehmelders 52 sowie mindestens das Endsignal am Ende jeweils einer vorgegebenen Dauer nach Änderung des Prüfsignals P bestimmt, da insbesondere die Endlage der Kreiselachse 12 eine ausreichende Zeit nach Rückkehr des Prüfsignals auf den Wert Null einen Hinweis auf die Genauigkeit gibt, mit der die Einstellung der Kreiselachse 12 erfolgt.

Bei der Anordnung nach Fig. 4 und Fig. 5 ist es nicht ohne weiteres möglich, durch ein Prüfsignal vom Rechner 22 die Lage der Achse des Kreisels direkt zu verändern und gleichzeitig den zeitlichen Verlauf dieser Änderung festzustellen, da nur eine Beeinflussung des schnellen Regelkreises direkt durch den Rechner 22 möglich ist. Diese

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Möglichkeit kann jedoch für die Erzeugung eines indirekten sprungförmigen Priifsignals verwendet werden. Wenn sich der Umschalter 84 zunächst in der Stellung b befindet, kann durch ein vom Rechner 22 zugeführtes Signal die Achse beliebig eingestellt werden. Wenn nun die Achse 71 von ihrer Ausgangslage, insbesondere von der Lage entsprechend dem Hauptschiffskreisel 24, durch ein Signal vom Rechner 22 über den umschalter 34 in der Stellung b um einen bestimmten Winkel ausgelenkt wird, und der Umschalter 80 befindet sich in der Stellung b, so folgt die Achse des Kreisels 17 mit einer seiner Beharrung entsprechenden Zeitverzögerung, wie bereits beschrieben wurde. Nachdem der Kreisel 17 nun seine geänderte Position stabil erreicht hat, wird der Umschalter 84 wieder in die Stellung a umgelegt, während der Umschalter 82 sich ständig in der Stellung b befindet, so daß nun die Achse 71 dem Kreisel 17 unmittelbar folgt. Der Umschalter 80 wird nun in die Stellung a umgelegt, so daß die Kreiselsteuerung 78 von der im Drehmelder 74 ermittelten Differenz zwischen der Lage der Achse 71 und des Hauptschiff skreisels angesteuert wird, was für die Kreiselsteuerung 78 wie ein sprungförmiges Prüfsignal wirkt. Im Gegensatz zur vorhergehenden Auslenkung kann jetzt jedoch der zeitliche Verlauf der Änderung der Achse des Kreisels 17 über die Achse 71, die der Kreiselachse unmittelbar folgt, und über den Drehmelder 92 an den Rechner 22 weitergegeben werden. Die Auswertung dieser Lagesignale erfolgt wieder wie bei der Anordnung nach Fig. 2 bzw. Fig. 3 am Ende der letzten PrüfSignaländerung in Fig. 6b.

Wenn die Achse des Kreisels 17 wieder ihre Ausgangslage, insbesondere entsprechend der Lage des Hauptschiffskreisels 24, erreicht hat, werden die Umschalter 84 und wieder in die Stellung b umgeschaltet, und der Rechner

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erzeugt ein zur vorhergehenden Auslenkung entgegengesetztes Auslenksignal, und der Prüfablauf wiederholt sich in dem Sinne, daß der Kreisel 17 nun von einer entgegengesetzten Auslenkung wieder in seine Ausgangsstellung zurückläuft. Damit ist das Verhalten des Kreisels 17 und der zugehörigen Regelkreise ebenfalls mit einem sprungförmigen Prüfsignal geprüft.

Bei der Anordnung nach Fig. 2 bzw. Fig. 3 ist noch eine weitere Möglichkeit zur Prüfung des Vertikalkreisels 12 mit den meisten Teilen der beiden Regelkreise möglich. Dazu wird über die Verbindung 41 bzw. die Leitung 41b dem Verstärker 42 mit kleiner Zeitkonstante ein Korrektursignal zugeführt, das über den Motor 54 die Achse des Kreisels 12 mit maximaler Geschwindigkeit auslenkt. Dadurch wird auch das Teil 31 gegenüber der Ruhelage ausgelenkt, wodurch der Beschleunigungsaufnehmer 3 8 ein zeitlich ansteigendes Signal an den Verstärker 40 abgibt. Wegen der großen Zeitkonstanten des Verstärkers 40 erscheint jedoch erst zeitverzögert ein entsprechendes Reaktionssignal am Ausgang 43, das erst allmählich dem über die Leitung 41b zugeführten Prüfsignal entgegenwirkt. Wenn diese beiden Signale gleich sind, ist wegen der Zeitverzögerung durch die Zeitkonstante die Achse des Kreisels 12 wesentlich stärker ausgelenkt, als dem Prüfsignal auf der Leitung 41b entspricht, und durch das entsprechend noch wachsende Signal am Ausgang 43 des Verstärkers 40 wird der Kreisel 12 über den Motor 54 wieder zurückgestellt, bis er eine Lage entsprechend dem Prüfsignal auf der Leitung 41b erreicht. Anschließend wird ein entgegengesetztes Prüfsignal gleicher Amplitude über die Leitung 41b zugeführt, und der Vorgang wiederholt sich in umgekehrter Richtung, jedoch mit entsprechend größerer anfänglicher Anderungsgeschwindigkeit. Schließlich wird das Prüfsignal auf der Leitung 41b wieder auf Null

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gesetzt, wodurch ein dem anfänglichen Vorgang entsprechender Vorgang ausgelost wird. Das übergangsverhalten und Einschwingen des Kreisels 12 wird sowohl mit seiner Änderungsgeschwindigkeit als auch mit seinem Endzustand erfaßt.

Mit diesen Prüfungen sind nahezu alle wesentlichen Elemente der Regelkreise, d.h. sowohl die Verstärker als auch die mechanischen Elemente wie Motoren und Getriebe, in ihrem statischen und dynamischen Verhalten weitestgehend prüfbar. Eine letzte Prüfung, die insbesondere auch eine eventuelle Lagerreibung der Kreisel 12 bzw. 17 erfaßt, kann dadurch angeschlossen werden, daß jeweils der langsame Regelkreis aufgetrennt und die Kreisel ohne Nachsteuerung durch eine Referenz betrieben werden. Dazu wird der Schalter 48 in Fig. 2 bzw. Fig. 3 geöffnet, oder in Fig. 5 wird der Schalter 8 8 geschlossen. In beiden Fällen erhält der Motor 54 bzw. 78 kein Signal mehr entsprechend der Differenz der Lage der gesteuerten Anordnung wie das Teil 31 oder die Achse 71 und die Referenz wie die auf den Beschleunigungsaufnehmer 38 wirkende Erdbeschleunigung oder die auf den Drehmelder 74 wirkende Lage des Hauptschiffskreisels 24. Lediglich die durch die Erddrehung bewirkte Präzession des Kreisels 12 wird durch ein entsprechendes Korrektursignal über die Leitung 41b und den Verstärker 42 ausgeglichen.

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Claims

VS-NüR FuR'SSN DJEN5TGESRAÜCH PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Prüfen einer von mindestens einem Kreisel gesteuerten Anordnung, insbesonderer einer im Betrieb waagerecht stabilisierten Plattform mit einer kurszeigenden Hilfsanordnung auf einem Schiff, wobei der Kreisel Kreisellagesignale entsprechend der Lage seiner Achse zu der gesteuerten Anordnung abgibt und die Kreisellagesignale über einen verhältnismäßig schnellen Regelkreis und eine erste Servoanordnung die Anordnung nachsteuern, die Winkelsignale entsprechend ihrer Lage zu einer Bezugsanordnung, insbesondere dem Schiff, an einen Rechner abgibt, und wobei mindestens zeitweise die Achse des Kreisels durch Differenzsignale entsprechend der Differenz zwischen dem Winkel der gesteuerten Anordnung und mindestens einem ersten Referenzwinkei über einen verhältnismäßig langsamen Regelkreis und eine zweite Servoanordnung gesteuert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung gegenüber der Bezugsanordnung mittels vom Rechner erzeugter Prüfsignale definiert bewegt wird, indem mindestens in einem ersten Prüfabschnitt dem Eingang des schnellen Regelkreises anstatt der Kreisellagesignale erste definiert zeitvariable Prüfsignale zugeführt werden und in einem zweiten Prüfabschnitt bei vom langsamen Regelkreis gesteuerten schnellen Regelkreis dem langsamen Regelkreis als Referenzwinkel zweite definiert zeitvariable Prüfsignale zugeführt werden, und daß in beiden Prüfabschnitten von den Winkelsignalen der gesteuerten Anordnung abgeleitete Meßsignale mit von den ersten bzw. zweiten zeitvariablen Prüfsignalen abhängigen Sollsignalen im Rechner verglichen

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2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Prüfabschnitt das erste Prüfsignal nacheinander ein mit vorgegebener Steigung bis auf einen Maximalwert ansteigendes, danach auf einen entgegengesetzten Maximalwert abfallendes und wieder auf den Ausgangswert ansteigendes Signal und danach ein mehrere sinusförmige Schwingungen mit konstanter Frequenz und Amplitude aufweisendes Signal ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung des ersten Teils des Prüfsignals einer Neigungsgeschwindigkeit der gesteuerten Anordnung von 0,5°/sec entspricht und die Frequenz des zweiten Teils des Prüfsignals 0,2 Hz ist und dessen Amplitude 5° Neigung der Anordnung entspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet, daß ein von einem Stellsignal der ersten Servoanordnung abgeleitetes Meßsignal mit SoIl-Signalen verglichen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Prüfabschnitt die zweiten Prüfsignale sprungformige Signale mit maximaler Amplitude und nacheinander entgegengesetztem Vorzeichen sind, wobei die ununterbrochene Dauer jedes Signalwertes größer als die Zeitkonstante des langsamen Regelkreises ist und daß die Anderungsgeschwindigkeit der Winkelsignale im Anfangsbereich der Dauer jedes Signalwertes und der Endwert der Winkelsignale am Ende der Dauer jedes Signalwertes ermittelt und aufgezeichnet wird.

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6. Verfahren nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die gesteuerte Anordnung durch ein Auslenksignal während einer Zeit langer als die Zeitkonstante des langsamen Regelkreises über den schnellen Regelkreis auf eine definierte Auslenkstellung gesetzt wird, während die Kreiselachse über den langsamen Regelkreis der gesteuerten Anordnung nachgestellt wird, und daß danach dem schnellen Regelkreis zur Schließung des langsamen Regelkreises die Kreiselsignale und dem langsamen Regelkreis ein Referenzsignal zugeführt wird, das einer anderen Stellung als der definierten Auslenkstellung entspricht.

7. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Differenzsignale zur Steuerung des langsamen Regelkreises durch Korrektursignale vom Rechner mit kurzer Zeitkonstante korrigiert werden,

dadurch gekennzeichnet, daß außer den zweiten PrüfSignalen in einem folgenden Zeitabschnitt anstelle der Korrektursignale ein sprungförmiges drittes Prüfsignal zugeführt, wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in einem vor dem zweiten Prüfabschnitt liegenden dritten Prüfabschnitt dem schnellen Regelkreis ein viertes, im wesentlichen konstantes Prüfsignal, insbesondere das Lagesignal eines unabhängigen Hauptschiffskreisels, zugeführt wird und daß in einem darauf unmittelbar folgenden vierten Prüfabschnitt dem langsamen Regelkreis das vierte Prüfsignal zugeführt wird und im dritten und vierten Prüfabschnitt die Winkelsignale mit dem vierten Prüfsignal verglichen werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß während des ersten baw. des ersten und dritten Prüfabschnittes der Kreisel außer Betrieb ist und erst vor dem zweiten bzw» vor dem vierten prüfabschnitt eingeschaltet wird.