DE4000559A1

DE4000559A1 - Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Kompensation eines Gyrometers

Info

Publication number: DE4000559A1
Application number: DE19904000559
Authority: DE
Inventors: Alain Raffy; Francois Haffner; Jean-Claude Card
Original assignee: Societe de Fabrication dInstruments de Mesure SFIM SA
Current assignee: Societe de Fabrication dInstruments de Mesure SFIM SA
Priority date: 1989-01-10
Filing date: 1990-01-10
Publication date: 1996-08-22
Also published as: GB2301437A; FR2729752B1; GB2301437B; FR2729752A1; GB9000019D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermischen Kompensation eines Gyrometers.

Auf herkömmliche Weise, wie in Längsschnittdarstellung in Fig. 1a dargestellt, weist ein Gyrometer, gewöhnlicherweise einen auf eine kardanische Kupplung Cd aufmontierten Schwungkreisel Vo, der durch einen Drehmomentmotor Mc angetrieben wird, wobei der Magnetenkranz des Drehmomentmotors Mc als CA bezeichnet wird. Die Anordnung ist auf dem Körper des Gyrometers Co fest aufgebracht und durch eine Antriebswelle Ar eines Antriebsmotors Me angetrieben. Das Lenkrad Vo ist drehbeweglich um die Welle Ar und die Stellung des Schwungkreisels Vo wird durch einen Positionsdetektor Dep erfaßt, der in Verbindung mit dem Körper des Gyrometers Co steht. Eine Kappe oder Abdeckung Ca erlaubt einen Schutz der Anordnung sicherzustellen.

Bei dem Typ des vorbeschriebenen Gyrometers ist der Drehmomentmotor Mc von galvanometrischem Typ. Die Kraft F, die durch diesen ausgeübt wird, steht in Abhängigkeit des Magnetfelds, das von dem Magnetenkranz und dem Strom Imc erzeugt wird, der durch die Spulen strömt. Das so erzeugte Magnetfeld ändert sich mit der Temperatur im Kern des Gyrometers, was eine Änderung der Kraft F mit sich bringt und somit einen Maßstabfaktor des Gyrometers, wobei dieser direkt mit der tatsächlichen Temperatur der beweglichen Teile verbunden ist, die durch die Magnetenkränze des Drehmomentmotors und des Schwungkreisels gebildet werden.

Aufgrund der beweglichen Eigenschaft der vorgenannten Teile, ist es nicht möglich, ihre Temperatur zu messen, wobei diese Teile beim Betrieb des Gyrometers sich sehr schnell drehen, in der Größenordnung von 100 Umdrehungen/s. Der Anstieg der Temperatur der vorgenannten beweglichen Teile wird im wesentlichen durch das Strömen des Stroms Imc in den Spulen des Drehmomentmotors erzeugt, woher der dynamische und kumulative Aspekt der Änderung des Maßstabfaktors des Gyrometers herrührt.

Das Verfahren und die Vorrichtung zur thermischen Kompensation eines Gyrometers haben zur Aufgabe, vorgenannten Nachteil zu überwinden durch die Verwirklichung einer Technik, die darauf abzielt, die Temperaturmessung der beweglichen Teile durch eine Schätzung von dieser zu ersetzen.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Verwirklichung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur thermischen Kompensation eines speziellen Gyrometers eines vorgegebenen Gyrometertyps.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Verwirklichung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur thermischen Kompensation eines spezifisch angeordneten Gyrometers oder unter spezifischen Betriebsbedingungen dieses Gyrometers für einen vorbestimmten Typ von Gyrometern.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur thermischen Kompensation eines Gyrometers, dank denen, die Präzision der thermischen Kompensation programmiert werden kann und der alleinigen Initiative des Bedieners für die betrachtete Anwendung überlassen wird.

Das Verfahren und die Vorrichtung zur thermischen Kompensation eines Gyrometers, die Gegenstände der Erfindung sind, wobei das Gyrometer einen Antriebsmotor, einen Drehmomentmotor und mobile Elemente, wie beispielsweise einen Schwungkreisel und einen Magnetenkranz aufweist, zeichnen sich dadurch aus, daß im Hinblick auf Bestimmen in realer Zeit eines Koeffizienten des Maßstabfaktors des Gyrometers in Abhängigkeit der Temperatur, diese dazu führen, die Temperatur Cm eines festen inneren Elements des Gyrometers zu messen, die dem Gyrometer zugeführte elektrische Energie bzw. Leistung zu messen, ausgehend von einem Modell oder einer Umsetzungstabelle, die geschätzte Temperatur des Magnetenkranzes und der Lenkung zu bestimmen. Der Koeffizient des Maßstabfaktors KT des Gyrometers wird in Abhängigkeit der Temperatur, gemäß einer Polynomformel oder polynomischen Vorschrift von der Form erstellt,

wobei KTo den Maßstabfaktor des Gyrometers bei der Referenztemperatur To darstellt. Der Wert des Parameters KTo wird erhalten durch Einstellung oder Eichung auf die vorgenannte Referenztemperatur To, wobei n den Grad der Polynomformel und λ_p eine Folge von Proportionalitätskoeffizienten darstellen, die durch die Einstellung oder Eichung bestimmt werden.

Das Verfahren und die Vorrichtung, die Gegenstand der Erfindung sind, finden ihre Anwendungen bei Navigations- oder Stabilisationssystemen von Luftfahrzeugen oder anderen mechanischen Vorrichtungen.

Das Verfahren und die Vorrichtung zur thermischen Kompensation eines Gyrometers gemäß der Erfindung werden detaillierter beschrieben in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen weiterhin die

Fig. 1a eine Schnittansicht eines Gyrometers der klassischen Bauweise darstellt,

Fig. 1b ein Blockschaltbild der Aufbauelemente einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt,

Fig. 2 eine nichtbegrenzende Ausführungsform eines Elements der Vorrichtung, gemäß der Er findung, dargestellt in Fig. 1b, zeigt,

Fig. 3a ein funktionelles Organigramm eines Rechenunterprogramms der geschätzten Temperatur der beweglichen Teile des Gyrometers zeigt, und

Fig. 3b ein funktionelles Organigramm eines Rechenunterprogramms des Koeffizienten des Maßstabfaktors des Gyrometers, ausgehend von der geschätzten Temperatur der beweglichen Teile des Gyrometers, die vorher berechnet wurde, zeigt.

Das Verfahren zur thermischen Kompensation eines Gyrometers, das Gegenstand der Erfindung ist, wird zunächst in Verbindung mit Fig. 1b beschrieben.

Wie unter Bezugnahme auf Fig. 1a daran erinnert wurde, kann das Gyrometer aus einem Gyrometer vom herkömmlichen Typ gebildet sein, das im wesentlichen einen Antriebsmotor Me, einen Drehmomentmotor Mc und bewegliche Elemente, wie einen Schwingkreisel Vo und einen Magnetenkranz CA aufweist.

Wie auch in Fig. 1b dargestellt, besteht das Verfahren, das Gegenstand der Erfindung ist, um die thermische Kompensation eines Gyrometers von herkömmlichem Typ zu erlauben, wie er in Fig. 1a dargestellt ist, darin, die Temperatur Tm eines festen inneren Elements des Gyrometers zu messen, sodann die elektrische Leistung, die diesem letzteren zugeführt wurde, zu messen.

Selbstverständlich ist die Ordnung bzw. der Verlauf der Messung der Temperatur Tm oder der elektrischen Leistung des Gyrometers nicht bestimmend, wobei jeder der Parameter einer nach dem anderen und umgekehrt gemessen werden können.

Das Verfahren, das Gegenstand der Erfindung ist, besteht sodann aus dem Bestimmen ausgehend von einem Modell oder einer Umsetzungstabelle der geschätzten Temperatur des Magnetenkranzes, sodann im Erzeugen in Realzeit eines Koeffizienten des Maßstabfaktors des Gyrometers, wobei der Koeffizient des Maßstabfaktors mit KT bezeichnet wird.

Vorzugsweise, gemäß einem vorteilhaften Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens, wird der Maßstabfaktor des Gyrometers KT in Funktion der Temperatur gemäß einer Polynomformel von der Form

dargestellt. In der vorgenannten Gleichung stellt
KTo den Maßstabfaktor des Gyrometers betrachtet bei einer Referenztemperatur To. Der Wert des Parameters KTo ist durch Einstellung bei der vor genannten Temperatur To bestimmt und die Parameter λ_p stellen die Proportionalitätskoeffizienten dar, die ebenfalls durch Einstellung bzw. Eichung bestimmt wurden.

n stellt den Grad der vorgenannten Polynomgleichung dar und
p die laufende Variable des Polynoms.

Selbstverständlich sind die Parameter KTo und λ_p Parameter, die von dem Konstrukteur des Gyrometers vorgegeben sind, wobei diese Parameter durch eine Eichung für einen vorbestimmten Gyrometertyp erhalten wurden. Die Eichung bzw. Einstellung kann in diesem Fall in einer Messung des Maßstabfaktors bestehen, wobei das betrachtete Gyrometer in einen thermischen Raum bei der vorgenannten Referenztemperatur To gestellt wird, wobei diese Referenztemperatur die Gleichgewichtstemperatur des Gyrometers bildet.

Gemäß einem speziellen vorteilhaften Aspekt des Verfahrens, das Gegenstand der Erfindung ist, ist das Modell oder die Umsetzungstabelle für das Gyrometer vom betrachteten Typ von der Form:

In dieser Gleichung stellt P(t) die elektrische Energie dar, die jeweils dem Gyrometer zugeführt wird,

stellt den Augenblickswert der Ableitung der elektrischen Energie dar, die dem Gyrometer zugeführt wird,
- Tm(t) stellt den Augenblickswert der gemessenen Temperatur des festen inneren Elements des Gyrometers dar,

stellt den Augenblickswert der Ableitung der gemessenen Temperatur des festen inneren Elements des Gyrometers dar,

stellt den Augenblickswert der Ableitung der geschätzten Temperatur des Kranzes der Magneten dar,
- α, β, γ, δ, η, stellen die Proportionalitätskoeffizienten dar, die für einen vorgegebenen Gyrometertyp für eine betrachtete Ver wendung bestimmt sind.

Weiterhin wird deutlich, daß gemäß den beabsichtigten Anwendungen oder wenigstens gemäß den Verwendungen des Gyrometers, für die das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung findet, die gemessene Temperatur Tm(t) des festen Elements durch die Differenz von dieser Temperatur zu einer Umgebungstemperatur Te(t) ersetzt wird. Dies erlaubt insbesondere in Abhängigkeit der betrachteten Verwendung, den Wärmeleitwiderstand bzw. die thermische Trägheit des Gyrometers in dieser Verwendung bezüglich der Umgebungstemperatur zu berücksichtigen.

Wohlverstanden, sind für einen betrachteten Gyrometertyp die Parameter α, β, γ, δ und η durch Eichung (Calibration) für die betrachtete Verwendung bestimmt.

Es wird selbstverständlich deutlich, daß die Messung der Temperatur Tm und insbesondere der Augenblickstemperatur Tm(t) und der elektrischen Leistung P(t), sowie, selbstverständlich, der Umgebungstemperatur Te(t) durch periodische Stichprobe bzw. Abtastung ausgeführt wird, beispielsweise bei einer vorbestimmten Stichprobenfrequenz, gewählt in Abhängigkeit der Applikation oder Verwendung des betrachteten Gyrometers.

Beispielhaft, nicht begrenzend und gemäß einer vorteilhaften Eigenschaft des erfindungsgemäßen Verfahrens, wird die elektrische Leistung P(t), die dem Gyrometer zugeführt wird, durch Messung der Stärke Imc, bzw. Ime des elektrischen Stromes bestimmt, der dem Drehmomentmotor Mt, bzw. dem Antriebsmotor Me des Gyrometers zugeführt wird.

Selbstverständlich wird gemäß einer vorteilhaften Eigenschaft des Verfahrens, das Gegenstand der Erfindung ist, die Messung der Temperatur Tm(t) eines festen inneren Elements des Gyrometers durch Messung der Temperatur eines festen inneren Elements des Gyrometers durchgeführt, das den beweglichen Bereichen am nächsten ist, von denen man die Temperatur bestimmen will, d. h., dem Schwungkreisel und den Magnetenkränzen. Vorzugsweise kann das feste Element aus einem Detektor der Stellung des Schwungkreisels Vo gebildet sein, wobei dieser Positionsdetektor Dep selbstverständlich mit dem Körper Co des Gyrometers verbunden ist.

Es wird darauf hingewiesen, daß das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere vorteilhaft ist bei der Messung wo die Polynomform des Koeffizienten des Maßstabfaktors KT und insbesondere der Grad von diesem optimiert werden kann in der Abhängigkeit der gewünschten Genauigkeit, wobei die Koeffizienten λ_p sodann auf Null gesetzt werden können, um eine Vorschrift der Veränderung des Koeffizienten des Maßstabfaktors KT des betrachteten Gyrometers zu erhalten, die am nächsten der tatsächlichen Gleichung für den betrachteten Gyrometertyp ist.

Was das Modell oder die Umsetzungstabelle und der gegebenen Form von dieser gemäß der vorgenannten Gleichung 2 betrifft, wird ersichtlich, was noch detaillierter in der nachfolgenden Beschreibung ausgeführt wird, daß bei der Berechnung des ersten Werts der geschätzten Temperatur des Magnetenkranzes , der Wert der Ableitung bezüglich der Zeit dieser Variablen willkürlich gleich Null gesetzt wird, was dazu führt, daß der erste berechnete Wert der geschätzten Temperatur gleich einem vorhergehenden fiktiven Wert betrachtet wird, um das erfindungsgemäße Verfahren zu initialisieren. Selbstverständlich kann der Wert der Ableitung der geschätzten Temperatur sodann reaktualisiert werden und, insbesondere gleich oder proportional zu einer Differenz der geschätzten Temperatur genommen werden gemäß zwei aufeinanderfolgenden Stichproben der elektrischen Leistung P(t), die dem Gyrometer zugeführt wird. Gleichermaßen gilt das für die gemessene Temperatur Tm(t) des festen inneren Elements des Gyrometers oder sogar der Umgebungstemperatur Te(t).

In allgemeiner Weise ist es nicht notwendig, daß die Frequenzen der Stichprobenmessung der drei vorgenannten Parameter identisch sind.

Eine genaue Beschreibung einer Vorrichtung zur Temperaturkompensation eines Gyrometers in Übereinstimmung mit dem Verfahren, das Gegenstand der Erfindung ist, wird nunmehr in Verbindung mit derselben Fig. 1b gegeben.

Gemäß der vorgenannten Figur weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Einrichtung 1 zum Messen der Temperatur Tm eines festen inneren Elements des Gyrometers auf, sowie, wie vorstehend beschrieben, Einrichtungen 2 zur Messung der elektrischen Leistung auf, die dem Gyrometer zugeführt wird.

Weiterhin sind Recheneinrichtungen 3 vorgesehen, wobei diese Recheneinrichtungen wenigstens eine Zentralrecheneinheit 30 und logische Einrichtungen aufweisen, die erlauben einerseits, ausgehend von einem Modell oder einer Umsetzungstabelle der geschätzten Temperatur des Magnetenkranzes und anderseits in Realzeit einen Koeffizienten des Maßstabfaktors des Gyrometers, gemäß eines Polynomgesetzes zu erzeugen, das in Form der vorgenannten Gleichung 1 ausgedrückt ist.

Selbstverständlich wie man weiterhin in Fig. 1b dargestellt hat, weisen die Recheneinrichtungen ebenfalls, der Zentraleinheit 30 zugeordnet, wenigstens einen Festspeicher vom Typ ROM 31 und einen Lebendspeicher vom Typ RAM 32 auf. Die Zentraleinheit kann vorzugsweise aus einem 16 Bit-Mikroprozessor oder sogar aus einem 32 Bit-Mikroprozessor gebildet sein, wie beispielsweise einem Mikroprozessor Motorola 68 000.

Wie man weiterhin in Fig. 1b dargestellt hat, können die Einrichtungen 1 zur Messung der Temperatur Tm aus einem Temperaturfühler gebildet sein, der auf dem Positionsdetektor Dep angeordnet ist, wie in Fig. 1a dargestellt, wobei der Temperaturfühler beispielsweise aus einer Temperaturmeßsonde gebildet sein kann, die beispielsweise von der Firma ANALOG DEVICE unter der Nummer 590 vertrieben wird. Ebenfalls ist ersichtlich, wie auch in Fig. 1b dargestellt, daß die Temperaturmeßsonde, die die Einrichtungen zur Messung der Temperatur Tm(t) unter Bezugsziffer 1 bildet, mit einem A/D-Wandler 10 verbunden ist, der durch eine Verbindung vom Typ BUS mit der Zentraleinheit 30 der Recheneinrichtungen 3 verbunden ist.

Auf gleiche Weise ist eine Temperaturmeßsonde 4 auf dem Deckel des Gyrometers außen an diesem angeordnet, um die Umgebungstemperatur Te(t) zu messen. Diese Temperatursonde 4 ist ebenfalls mit einem AID-Wandler 40 verbunden, der selbst mit der Zentraleinheit 30 der Recheneinrichtungen 3 verbunden ist.

Auf die gleiche Weise ist der Erregerschaltkreis des Drehmomentmotors Mc von einem Strom Imc über einen Steuerschaltkreis 5 gespeist, der selbst durch eine Verbindung vom Typ BUS mit der Zentraleinheit 30 der Recheneinrichtungen 3 verbunden ist.

Auf dieselbe Weise wird der Induktionsschaltkreis des Antriebsmotors Me durch einen Strom Ime über einen Steuerschaltkreis 6 gespeist, der ebenfalls mit der Zentraleinheit 30 der Recheneinrichtungen 3 verbunden ist.

Es wird ersichtlich, daß der Steuerschaltkreis 5 des Drehmomentmotors Mc und der Steuerschaltkreis 6 des Antriebsmotors Me aus ähnlichen bzw. gleichen Schaltkreisen gebildet sind, die in detaillierter Form in Fig. 2 dargestellt und beschrieben sind.

Vorzugsweise erlaubt der Steuerschaltkreis 5 eine Stromsteuerung des Drehmomentmotors Mc. Wie in Fig. 2 dargestellt, weist der Steuerschaltkreis einen D/A-Wandler 50 auf, der direkt durch eine BUS-Verbindung mit der Zentraleinheit 30 der Recheneinrichtungen 3 verbunden ist und weist einen Spannungs/Stromverstärker 51 auf, wobei dieser Verstärker durch jeglichen Spannungs/Stromverstärker von herkömmlichem Typ gebildet sein kann, wobei dieser demzufolge nicht detailliert beschrieben wird.

Demgegenüber kann der Befehlsschaltkreis 6 in gleicher Weise durch einen D/A-Wandler gebildet sein, der direkt über eine BUS-Leitung mit der Zentraleinheit 30 der Recheneinrichtung 3 und durch einen Spannungsverstärker verbunden sein kann, der erlaubt, die Spannung zu verstärken, die von dem vorgenannten D/A-Wandler geliefert wird, um direkt den Antriebsmotor Me mit Spannung zu steuern.

Es wird hieraus selbstverständlich deutlich, daß unabhängig von der Steuerungsausführung des Drehmomentmotors Mc oder des Antriebsmotors Me, mit Strom oder mit Spannung, jegliches Befehlssignal, das von der Zentraleinheit zu dem D/A-Wandler geliefert wird, der die Steuerschaltkreise 5 und 6 bildet, in Spannung umgewandelt wird, durch die D/A- Wandlerkreise, und diese Spannung entweder in einen Strom oder in eine Spannung umgewandelt wird, was die Steuerung des Drehmomentmotors Mc bzw. des Antriebsmotors Me in ein eindeutiger Übereinstimmung mit der gelieferten Information durch die Zentraleinheit 30 der Recheneinrichtungen 3 erlaubt. Auf diese Weise ist die Messung der Ströme Imc oder Ime die dem Drehmomentmotor Mc bzw. dem Antriebsmotor Me geliefert werden, zu jedem Zeitpunkt und insbesondere zum Zeitpunkt der Stichprobe der vorgenannten Temperaturwerte bekannt. Eine Messung des Wertes dieser Ströme Imc bzw. Ime im physikalischen Sinne des Begriffs ist also nicht notwendig.

Eine detailliertere Beschreibung der Programmiereinrichtungen, die die Verwirklichung des Verfahrens und der Vorrichtung, die Gegenstand der Erfindung sind, ermöglichen wird in Verbindung mit den Fig. 3a und 3b gegeben.

Auf allgemeine Weise sind die Programmeinrichtungen, die das Einrichten der geschätzten Temperatur des Magnetenkranzes CA erlauben, vorteilhafterweise durch ein Unterprogramm gebildet, das in einen Festspeicher der Recheneinrichtungen 3 eingepflanzt bzw. eingebracht ist.

Gleichermaßen können die Programmeinrichtungen, die in Realzeit einen Koeffizienten des Maßstabfaktors KT des Gyrometers erlauben einzurichten, vorteilhafterweise aus einem in einen Lebendspeicher (RAM) der Recheneinrichtungen implantiert sein.

Wie in Fig. 3a dargestellt, kann das Unterprogramm, das die Einrichtung der geschätzten Temperatur des Magnetkranzes CA erlaubt, vorteilhafterweise ein Modul der Stichproben und Abspeicherung der Temperatur Tm(k) des festen inneren Elements des Gyrometers und der Umgebungstemperatur Te(k) aufweisen. Selbstverständlich sind die Stromstärken, die dem Drehmomentmotor Imc(k) bzw. dem Antriebsmotor Ime(k) geliefert werden, bestimmt, wie es in der vorhergehenden Beschreibung ausgeführt ist. Der Index k der gemessenen oder durch Stichproben bestimmten Werte stellt tatsächlich den Augenblickswert dieser Parameter im Augenblick der betrachteten Stichprobe dar. Selbstverständlich werden die Stichprobenwerte Tm(k), Imc(k), Ime(k) und Te(k) vorzugsweise auf dem Niveau des Speichers vom Typ RAM 32 der Recheneinrichtungen 3 gespeichert.

Weiterhin weist das Unterprogramm, das die Einrichtung der geschätzten Temperatur T des Magnetkranzes CA erlaubt, ebenfalls ein Rechenmodul der Ableitung

der gemessenen Temperatur Tm auf. Diese Ableitung ist per Definition proportional zur Differenz der beiden aufeinanderfolgenden Temperatur-Proben, wobei diese Stichproben mit Tm(k) und Tm(k-1) benannt sind. Der Proportionalitätskoeffizient wird gegeben durch K1, wobei dieser Koeffizient durch aufeinanderfolgende Anstiege der aufeinanderfolgenden Stichprobenwerte Tm(k) und entsprechender Mittelung bestimmt werden kann.

Das vorgenannte Unterprogramm weist weiterhin ein Rechenmodul der elektrischen Augenblicksleistung P(k) auf, die der Leistung entspricht, die dem Gyrometer im Stichprobenaugenblick zugeleitet wird. Diese elektrische Augenblicksleistung wird durch die Summe der Produkte der Zuführspannungen und der Ströme Imc(k) und Ime(k) der entsprechenden Motoren definiert. Selbstverständlich können die Zuführspannungen V der entsprechenden Motoren auf dieselbe Weise wie die Ströme bestimmt werden, wie das vorhergehend in der Beschreibung ausgeführt ist.

Wie ebenfalls in Fig. 3a dargestellt, weist das vorgenannte Unterprogramm ein Rechenmodul der Ableitung der elektrischen Augenblicksleistung

auf, die dem Gyrometer zugeführt wird. Per Definition ist diese Ableitung proportional zur Differenz P(k)-P(k-1) der beiden berechneten aufeinanderfolgenden elektrischen Leistungen. Der Proportionalitätskoeffizient K2 kann auf analoge Weise wieder Proportionalitätskoeffizient K1 bestimmt werden durch die aufeinanderfolgenden Anstiege der zugeführten elektrischen Leistung.

Wie in Fig. 3a dargestellt, ist ein Lesemodul vorgesehen, um das Lesen der Werte der Koeffizienten α, β, γ, δ, η sicherzustellen, die vorgehend beschrieben sind. Der Wert dieser Koeffizienten wird durch die Zentralrechnereinheit bestimmt; das vorgenannte Unterprogramm weist weiterhin ein Rechenmodul der geschätzten Augenblickstemperatur (k) des Magnetenkranzes auf, ausgehend von der gegebenen Gleichung durch das Umwandlungsmodell oder die -tabelle. In diesem Fall, wie bereits vorgehend ausgeführt, ist der Wert der Ableitung

dieser selben geschätzten Temperatur als proportional zur Differenz der beiden geschätzten aufeinanderfolgenden am nächstenliegenden Temperaturen (k-1)-(k-2) definiert.

Selbstverständlich, wie auch vorgehend beschrieben, wird die Initialisierung des Wertes der Ableitung durch willkürliche Zuordnung des Wertes Null zu dieser ausgeführt. Im Ausdruck der geschätzten Temperatur T(k) des Rechenmoduls, wie in Fig. 3a dargestellt, sind die Proportionalitätskoeffizienten K3 und K4 auf dieselbe Weise bestimmt, wie die Proportionalitätskoeffizienten K1 und K2 und erlauben so die Werte der Ableitungen der gemessenen Temperaturen m(k) und (k-1) zu berechnen.

Schließlich ist ein Rechenmodul des neuen Wertes der Ableitung der Temperatur proportional zu (k)-(k-1) vorgesehen, wobei dieses Rechenmodul erlaubt, diese Ableitung als proportional zur Differenz (k)-(k-1) zu definieren, der Differenz der beiden letzten aufeinanderfolgenden Werte der geschätzten Temperatur.

Der Proportionalitätskoeffizient ist ein Koeffizient K5, der auf analoge Weise zur Bestimmung der vorgenannten Koeffizienten K1 bis K4 bestimmt wird. Selbstverständlich und auf nicht einschränkende vorteilhafte Weise kann der neue Wert der Ableitung der geschätzten Temperatur erneut in das Rechenmodul der geschätzten Temperatur (k) eingespeist werden, um eine Iterationsreihe im Hinblick auf ein Erhöhen der Rechengenauigkeit der geschätzten Temperatur (k) auszuführen, die die geschätzte Augenblickstemperatur darstellt.

Eine genauere Beschreibung in den lebendigen Speicher 32 (RAM) der Recheneinrichtungen 3 des implantierten Unterprogrammes, daß die Berechnung des Koeffizienten des Augenblicksmaßstabfaktors KT(k) des Gyrometers erlaubt, wird in Verbindung mit der Fig. 3b gegeben.

Gemäß der vorgenannten Figur kann das vorgenannte Unterprogramm vorteilhafterweise ein Lesemodul des Wertes des Parameters KTo bei der Referenztemperatur To und das Lesen des vorgenannten Koeffizienten λ_p aufweisen. Selbstverständlich können die Koeffizienten KT und λ_p bezogen auf einen vorbestimmten betrachteten Gyrometertyp vorteilhafterweise für dieses Gyrometer im Festspeicher 31 der Recheneinrichtungen 3 gespeichert sein.

Weiterhin weist das vorgenannte Unterprogramm ein Rechenmodul des Augenblickskoeffizienten KT(k) des Augenblicksmaßstabfaktors KT gemäß der betrachteten Polynomvorschrift auf. Im Ausdruck der in dem vorgenannten Rechenmodul angegebenen Polynomvorschrift ist die Variable (k) selbstverständlich der berechnete Wert dieser Variable in dem Rechenmodul des vorhergehenden Unterprogramms, das in Fig. 3a dargestellt ist.

Es wurde somit ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermischen Kompensation eines Gyrometers beschrieben, welche besonders geeignet sind im Hinblick darauf, daß einerseits die Genauigkeit der Berechnung des Koeffizienten des Augenblicksmaßstabfaktors KT bestimmt werden kann durch die Wahl des Grades der Polynomvorschrift, die diesen darstellt.

Andererseits erscheinen das Verfahren und die Vorrichtung, die Gegenstand der Erfindung sind, insbesondere geeignet, bei der Messung oder für einen vorbestimmten Gyrometertyp, d. h. entsprechend für eine vorgegebene Reihe, die durch den Konstrukteur definiert ist, und die Parameter KTo und λ_p, die von dem Konstrukteur bestimmt und vorgegeben sind, ist es möglich, für jede Anwendung des betrachteten Gyrometers sodann die Parameter α, β, γ, δ, η des Modells oder der Umsetzungstabelle zu bestimmen, die der entsprechenden Verwendung des Typs des betrachteten Gyrometers entspricht. Selbstverständlich können die vorgenannten Koeffizienten α, β, γ, δ, η, beispielsweise bei einem Versuch des Gyrometers für die betrachtete Anwendung bei unterschiedlichen elektrischen Leistungen, die dem vorgenannten Gyrometer zugeführt werden, bestimmt werden. Eine Stichprobe der Meßwerte der Temperatur entweder der Umgebung oder der Temperatur Tm oder gemessenen Temperatur des festen inneren Elements des Gyrometers, sodann eine Messung der Koeffizienten KT für jede der Leistungen erlaubt, die geschätzte Temperatur abzuleiten und schließlich für jeden betrachteten Leistungswert. Die Messung der gemessenen Temperatur Tm für die entsprechenden Leistungen erlaubt so das Schaffen eines Gleichungssystems in α, β, γ, δ, η, wobei dieses Gleichungssystem ohne Schwierigkeit durch die Methode der kleinsten Fehlerquadrate gelöst werden kann, auf die ein optimales Filtern angewendet wird, die bestens dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet der rechnerischen bzw. numerischen Behandlung bekannt ist.

Claims

1. Verfahren zur thermischen Kompensation eines Gyrometers mit einem Antriebsmotor, einem Drehmomentmotor und beweglichen Elementen, wie einen Schwungkreisel und einen Magnetenkranz, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Verfahren besteht aus:
Messen der Temperatur Tm eines festen inneren Elements des Gyrometers,
Messen der elektrischen Leistung, die dem Gyrometer zugeführt wird,
Bestimmen ausgehend von einem Modell oder einer Umsetztabelle der geschätzten Temperatur des Magnetenkranzes,
Einrichten in Realzeit eines Koeffizienten des Maßstabfaktors des Gyrometers KT in Abhängigkeit der Temperatur gemäß einer polynomischen Vorschrift von der Form Gleichung in der
KTo den Maßstabfaktor des Gyrometers bei einer Referenztemperatur To darstellt, der Wert des Parameters KTo durch Eichung bei der vorgenannten Referenztemperatur erhalten wird, λ_p durch Eichung bestimmte Proportionalitätskoeffizienten darstellt, und n den Grad der vorgenannten polynomen Vorschrift darstellt.

2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Modell oder die genannte Umsetzungstabelle für ein Gyrometer vom vorgegebenen Typ von der Form ist: Gleichung in der:
P(t) die elektrische dem Gyrometer zugeführte Augenblicksleistung darstellt, den Augenblickswert der Ableitung der elektrischen dem Gyrometer zugeführten Leistung darstellt,
Tm(t) den Augenblickswert der gemessenen Temperatur des festen inneren Elements des Gyrometers darstellt, den Augenblickswert der Ableitung der gemessenen Temperatur des festen inneren Elements des Gyrometers darstellt, den Augenblickswert der Ableitung der geschätzten Temperatur des Magnetenkranzes darstellt, und
α, β, γ, δ, η Proportionalitätskoeffizienten darstellen, die für einen vorgegebenen Gyrometertyp für eine betrachtete Verwendung bestimmt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessene Temperatur Tm(t) des festen Elements durch die Differenz dieser Temperatur mit einer Umgebungstemperatur Te(t) ersetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Gyrometer zugeführte elektrische Leistung P durch eine Messung der Stärke Imc, Ime des elektrischen Stroms bestimmt wird, die dem Drehmomentmotor bzw. dem Antriebsmotor des Gyrometers zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Temperatur Tm eines festen inneren Elements des Gyrometers ausgeführt wird durch Messung der Temperatur eines festen inneren Elements des Gyrometers, das den beweglichen Teilen am nächsten ist, wobei das feste Element beispielsweise durch den Positionsdetektor des Schwungkreisels gebildet wird.

6. Vorrichtung zur thermischen Kompensation eines Gyrometers mit einem Antriebsmotor, einem Drehmomentmotor und beweglichen Elementen, wie einem Schwungkreisel und einem Magnetenkranz, wobei die Vorrichtung aufweist:
Einrichtungen (1) zum Messen der Temperatur Tm eines festen inneren Elements des Gyrometers,
Einrichtungen (2) zum Messen der elektrischen Leistung, die dem Gyrometer zugeführt wird,
Recheneinrichtungen (3), die wenigstens eine zentrale Recheneinheit und Programmeinrichtungen aufweisen, die erlauben, einerseits ausgehend von einem Modell oder einer Umsetzungstabelle die geschätzte Temperatur des Magnetenkranzes und andererseits in Realzeit einen Koeffizienten des Maßstabfaktors des Gyrometers nach einer polynomischen Vorschrift zu schaffen, welche von der Form ist: Gleichung in der:
KTo den Maßstabfaktor des Gyrometers bei einer Referenztemperatur To darstellt, der Wert des Parameters KTo durch Eichung bei der vorgenannten Referenztemperatur erhalten wird, λ_p durch Eichung bestimmte Proportionalitätskoeffizienten darstellt, und n den Grad der vorgenannten polynomen Vorschrift darstellt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin Meßeinrichtungen (4) der Umgebungstemperatur Te(t) der Vorrichtung aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmeinrichtungen, die ermöglichen, die geschätzte Temperatur des Magnetenkranzes zu etablieren, aus einem Unterprogramm gebildet sind, daß in einen Festspeicher der genannten Recheneinrichtungen eingepflanzt bzw. eingebracht ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Programmeinrichtungen, die ermöglichen, in Realzeit einen Koeffizienten des Maßstabfaktors des Gyrometers zu etablieren, gebildet sind aus einem Unterprogramm, das in einen Lebendspeicher (RAM) der Recheneinrichtungen eingebracht ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Unterprogramme, die erlauben, die geschätzte Temperatur des Magnetenkranzes zu etablieren, aufweisen:
ein Modul der Stichprobenauswahl und der Speicherung der Temperatur Tm(k) des festen inneren Elements des Gyrometers und der Umgebungstemperatur Te(k), der Stärke Imc(k), Ice(k) des elektrischen Stromes, die dem Drehmomentmotor bzw. dem Antriebsmotor des Gyrometers zugeführt wird,
ein Rechenmodul der Ableitung wobei diese proportional zur Differenz der beiden aufeinanderfolgenden Temperaturstichproben Tm(k)-Tm(k-1) ist,
ein Rechenmodul der elektrischen Leistung P(k), die dem Gyrometer zugeführt wird, wobei diese elektrische Leistung definiert wird durch die Summe der Produkte der Zuführspannungen und der Ströme Imc(k), Ime(k) der entsprechenden Motoren,
ein Rechenmodul der Ableitung der elektrischen Leistung die dem Gyrometer zugeführt wird, wobei diese Ableitung proportional ist zur Differenz P(k)-P(k-1) der beiden aufeinanderfolgenden berechneten elektrischen Leistungen,
ein Lesemodul der Werte der Koeffizienten α, β, γ, δ, η ein Rechenmodul der geschätzten Temperatur (k) des Magnetenkranzes ausgehend von der vorgegebenen Gleichung durch eine Tabelle oder ein Umsetzungsmodell, wobei der Wert der Ableitung dieser selben geschätzten Temperatur als proportional zur Differenz der beiden am nächsten liegenden geschätzten Temperaturen (k-1)-(k-2) definiert ist, und ein Rechenmodul des neuen Wertes der Ableitung, die proportional zur Differenz (k)-(k-1) der beiden letzten aufeinanderfolgenden Werte der geschätzten Temperatur ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten in den RAM-Speicher der Recheneinrichtung eingebrachten Unterprogramme aufweisen:
ein Lesemodul des Wertes des Parameters KTo bei der Referenztemperatur To und des Lesens der Koeffizienten λ_p, und
ein Rechenmodul des Augenblickskoeffizienten KT(k) des Maßstabfaktors KT gemäß der betrachteten polynomischen Vorschrift.