DE4000559A1 - Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Kompensation eines Gyrometers - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Kompensation eines GyrometersInfo
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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 λp 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 λp stellen die Proportionalitätskoeffizienten dar, die ebenfalls durch Einstellung bzw. Eichung bestimmt wurden.
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 λp 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.
p die laufende Variable des Polynoms.
Selbstverständlich sind die Parameter KTo und λp
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,
- 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.
- 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 λp 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 λp
aufweisen. Selbstverständlich können die Koeffizienten
KT und λp 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 λp, 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 (11)
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, λp durch Eichung bestimmte Proportionalitätskoeffizienten darstellt, und n den Grad der vorgenannten polynomen Vorschrift darstellt.
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, λp 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.
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, λp durch Eichung bestimmte Proportionalitätskoeffizienten darstellt, und n den Grad der vorgenannten polynomen Vorschrift darstellt.
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, λp 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.
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 λp, und
ein Rechenmodul des Augenblickskoeffizienten KT(k) des Maßstabfaktors KT gemäß der betrachteten polynomischen Vorschrift.
ein Lesemodul des Wertes des Parameters KTo bei der Referenztemperatur To und des Lesens der Koeffizienten λp, und
ein Rechenmodul des Augenblickskoeffizienten KT(k) des Maßstabfaktors KT gemäß der betrachteten polynomischen Vorschrift.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR8900200A FR2729752B1 (fr) | 1989-01-10 | 1989-01-10 | Procede et dispositif de compensation thermique d'un gyrometre |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4000559A1 true DE4000559A1 (de) | 1996-08-22 |
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DE19904000559 Withdrawn DE4000559A1 (de) | 1989-01-10 | 1990-01-10 | Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Kompensation eines Gyrometers |
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Country | Link |
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DE (1) | DE4000559A1 (de) |
FR (1) | FR2729752B1 (de) |
GB (1) | GB2301437B (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100368774C (zh) * | 2005-06-07 | 2008-02-13 | 中国航天时代电子公司 | 光纤陀螺惯测装置快速启动和精度保证的工程实现方法 |
CN106546267A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-03-29 | 陕西航天时代导航设备有限公司 | 一种速率陀螺的零位温度标定方法 |
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CN113418521B (zh) * | 2021-06-10 | 2022-10-28 | 北京航天时代激光导航技术有限责任公司 | 一种提高激光陀螺仪刻度因数长期稳定性的方法 |
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GB2117118B (en) * | 1982-01-14 | 1985-11-06 | British Aerospace | Compensating gyroscopes for temperature and other variations |
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1990
- 1990-01-02 GB GB9000019A patent/GB2301437B/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-01-10 DE DE19904000559 patent/DE4000559A1/de not_active Withdrawn
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CN100368774C (zh) * | 2005-06-07 | 2008-02-13 | 中国航天时代电子公司 | 光纤陀螺惯测装置快速启动和精度保证的工程实现方法 |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB2301437A (en) | 1996-12-04 |
FR2729752B1 (fr) | 1997-04-18 |
GB2301437B (en) | 1997-08-27 |
FR2729752A1 (fr) | 1996-07-26 |
GB9000019D0 (en) | 1996-07-24 |
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