JP2011017688A - 角度測定の方法およびそれを実施するための角度測定ジャイロシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】既定の算出され推定された一組のパラメータに基づいて一組の推定された信号を算出するために状態観測器231を構成し、ジャイロスコープ21に関連した動的方程式を使用してそのゲインを算出し、算出されたゲインに基づいて、推定された一組のパラメータを算出する。一組の検出信号は、検出モジュール22によって生成され、これと推定された一組のパラメータから推定された信号が算出される。また、状態観測器231によって算出された推定されたパラメータにおける位置および速度に基づいて前記ジャイロスコープ21の回転角φを算出するための角度計算機233とを含む。
【選択図】図3
Description
11 ジャイロスコープ
111 プルーフマス
12 検出モジュール
13 計算モジュール
2 角度測定ジャイロシステム
21 ジャイロスコープ
211 プルーフマス
22 検出モジュール
221 検出インタフェース
2211 ディファレンシャル可変コンデンサ
2212 ディファレンシャル可変コンデンサ
222 検出回路
2221 演算増幅器
2222 帰還コンデンサ
2223 フィードバック抵抗
23 計算モジュール
231 状態観測器
232 制御信号計算機
233 角度計算機
24 駆動モジュール
Claims (26)
- 角度測定ジャイロシステム(2)のジャイロスコープ(21)の回転角(φ)を算出するための角度測定の方法であって、前記ジャイロスコープ(21)は、相互に直交するxおよびy軸によって定義されるx−y平面において振動するプルーフマス(211)を含み、前記角度測定ジャイロシステム(2)は、検出モジュール(22)、状態観測器(231)、および角度計算機(233)を含み、前記検出モジュール(22)は、前記プルーフマス(211)の運動を検出し、その結果、検出された前記プルーフマス(211)の前記運動に対応し、ならびに、前記プルーフマス(211)の位置のxおよびyの成分を示す一組の検出信号を生成するために構成される、前記角度測定の方法であって、前記角度測定の方法は、
A)既定の算出され推定された一組のパラメータに基づいて一組の推定された信号を算出するために前記状態観測器(231)を構成するステップであって、前記既定の算出され推定されたパラメータは、前記角度測定ジャイロシステム(2)の一組のシステムパラメータに対応し、前記角度測定ジャイロシステム(2)の前記システムパラメータは、前記プルーフマス(211)の位置のxおよびyの成分、前記プルーフマス(211)の速度のxおよびyの成分、前記検出モジュール(22)のエラーのxおよびyの成分、ならびに前記xおよびy軸に直交するz軸についての前記ジャイロスコープ(21)の角速度を含む、構成するステップと、
B)前記ジャイロスコープ(21)に関連した動的方程式を使用してそのゲインを算出するための前記状態観測器(231)を構成するステップと、
C)ステップB)において算出された前記ゲインに基づいて前記ジャイロスコープ(21)に関連した前記動的方程式を使用して現在の算出され推定された一組のパラメータを算出するために前記状態観測器を構成するステップであって、前記検出信号は、前記検出モジュール(22)によって生成され、そして前記推定された信号は、ステップA)において算出される、構成するステップと、
D)ステップC)において算出された前記現在の算出され推定されたパラメータにおける位置および速度に基づく前記z軸についての前記ジャイロスコープ(21)の回転角(φ)、ならびに前記ジャイロスコープ(21)の弾性係数を算出するための前記角度計算機(233)を構成するステップとを含む、角度測定の方法。 - ステップC)において算出された前記現在の算出され推定されたパラメータは、ステップA)において算出された前記推定された信号からの前記既定の算出され推定されたパラメータに対応する、請求項1に記載の角度測定の方法。
- ステップB)において、前記状態観測器(231)の前記ゲインは、さらに、拡張カルマンフィルタ(EKF)を使用して算出される、請求項1に記載の角度測定の方法。
- ステップB)において、前記状態観測器(231)の前記ゲインは、さらに、フェーディングメモリー技術を使用して算出される、請求項5に記載の角度測定の方法。
- 角度測定ジャイロシステム(2)であって、
相互に直交するxおよびyによって定義されるx−y平面において振動するプルーフマス(211)を含む、ジャイロスコープ(21)と、
前記ジャイロスコープ(21)に連結され、そして前記プルーフマス(211)の運動を検出し、その結果、検出された前記プルーフマス(211)の前記運動に対応し、ならびに前記プルーフマス(211)の位置のxおよびyの成分を示す一組の検出信号を生成するために構成される、検出モジュール(22)と、
計算モジュール(23)であって、
前記検出モジュール(22)に連結され、および既定の算出され推定された一組のパラメータを算出するために構成される、状態観測器(231)であって、前記既定の算出され推定されたパラメータは、前記角度測定ジャイロシステム(2)の一組のシステムパラメータに対応し、前記角度測定ジャイロシステム(2)の前記システムパラメータは、前記プルーフマス(211)の位置のxおよびyの成分、前記プルーフマス(211)の速度のxおよびyの成分、前記検出モジュール(22)のエラーのxおよびyの成分、ならびに前記xおよびyの軸に直交するz軸についての前記ジャイロスコープ(21)の角速度であり、前記状態観測器(231)は、さらに、前記ジャイロスコープ(21)に関連した動的方程式を使用してそのゲインを算出し、およびその結果、算出された前記ゲインに基づき前記ジャイロスコープ(21)に関連した前記動的方程式を使用して現在の算出され推定された一組のパラメータを算出するために構成され、前記検出信号は、前記検出モジュール(22)によって生成され、そして前記推定された信号は、その結果、算出される、前記状態観測器(231)と、
前記状態観測器(231)に連結され、そして前記状態観測器(231)によって算出された前記現在の算出され推定されたパラメータにおける位置および速度に基づく前記z軸についての前記ジャイロスコープ(21)の回転角(φ)、ならびに前記ジャイロスコープ(21)の弾性係数を算出するために構成される、角度計算機(233)と、を含む前記計算モジュール(23)とを含む、角度測定ジャイロシステム(2)。 - 前記現在の算出され推定されたパラメータは、前記推定された信号を算出する前記状態観測器(231)からの前記既定の算出され推定されたパラメータに対応する前記状態観測器(231)によって算出される、請求項7に記載の角度測定ジャイロシステム(2)。
- 前記状態観測器(231)の前記ゲインは、さらに、拡張カルマンフィルタ(EKF)を使用することにより前記状態観測器(231)によって算出される、請求項7に記載の角度測定ジャイロシステム(2)。
- 前記状態観測器(231)の前記ゲインは、さらに、フェーディングメモリー技術を使用することにより前記状態観測器(231)によって算出される、請求項9に記載の角度測定ジャイロシステム(2)。
- 角度測定ジャイロシステム(2)のジャイロスコープ(21)の回転角(φ)を算出するための角度測定の方法であって、前記ジャイロスコープ(21)は、相互に直交するxおよびy軸によって定義されるx−y平面において振動するプルーフマス(211)を含み、前記角度測定ジャイロシステム(2)は、検出モジュール(22)、駆動モジュール(24)、状態観測器(231)、制御信号計算機(232)、および角度計算機(233)を含み、前記検出モジュール(22)は、前記プルーフマス(211)の運動を検出し、その結果、検出された前記プルーフマス(211)の前記運動に対応し、ならびに、前記プルーフマス(211)の位置のxおよびyの成分を示す一組の検出信号を生成するために構成され、前記駆動モジュール(24)は、前記プルーフマス(211)の振動を制御するための一組の制御信号に基づいて一組の制御力を生成するために構成される、前記角度測定の方法であって、前記角度測定の方法は、
A)既定の算出され推定された一組パラメータに基づいて一組の推定された信号を算出するために前記状態観測器を構成するステップであって、前記既定の算出され推定されたパラメータは、前記角度測定ジャイロシステム(2)の一組のシステムパラメータに対応し、前記角度測定ジャイロシステム(2)の前記システムパラメータは、前記プルーフマス(211)の位置のxおよびyの成分、前記プルーフマスの速度のxおよびyの成分、前記xおよびy軸に直交するz軸についての前記ジャイロスコープ(21)の角速度、前記ジャイロスコープ(21)の弾性係数のxおよびyの成分、前記ジャイロスコープ(21)の連成効果の弾性係数、および前記ジャイロスコープ(21)の減衰係数のxおよびyの成分、ならびに前記ジャイロスコープ(21)の連成効果の減衰係数を含む、構成するステップと、
B)前記ジャイロスコープ(21)に関連した動的方程式を使用してそのゲインを算出する前記状態観測器を構成するステップと、
C)前記既定の算出され推定されたパラメータにおける弾性係数、減衰係数、位置および速度、ならびに所定の対象の弾性係数を算出するための前記制御信号計算機(232)を構成するステップと、
D)ステップB)において算出された前記ゲインに基づいて前記ジャイロスコープ(21)に関連した前記動的方程式を使用して現在の算出され推定された一組のパラメータを算出するために前記状態観測器(231)を構成するステップであって、前記検出信号は、前記検出モジュール(22)によって生成され、そして前記推定された信号は、ステップA)において算出される、構成するステップと、
E)ステップD)において算出された前記現在の算出され推定されたパラメータにおける位置および速度に基づいて前記z軸についての前記ジャイロスコープ(21)の回転角(φ)、ならびに前記所定の対象の弾性係数を算出するための前記角度計算機を構成するステップとを含む、角度測定の方法。 - ステップD)において算出された前記現在の算出され推定されたパラメータは、ステップA)において算出された前記推定された信号からの前記既定の算出され推定されたパラメータに対応する、請求項11に記載の角度測定の方法。
- 前記角度測定ジャイロシステム(2)の前記システムパラメータは、さらに、前記検出モジュール(22)のエラーのxおよびyの成分を含む、請求項11に記載の角度測定の方法。
- 前記ジャイロスコープ(21)の前記弾性係数の前記xおよびyの成分、前記ジャイロスコープ(21)の前記連成効果の前記弾性係数、前記ジャイロスコープ(21)の前記減衰係数の前記xおよびyの成分、ならびに前記ジャイロスコープ(21)の前記連成効果の前記減衰係数は、規格化されたパラメータであり、そして前記プルーフマス(211)の質量を使用して規格化される、請求項11に記載の角度測定の方法。
- 前記ジャイロスコープ(21)の前記弾性係数の前記xおよびyの成分、前記ジャイロスコープ(21)の前記連成効果の前記弾性係数、前記ジャイロスコープ(21)の前記減衰係数の前記xおよびyの成分、ならびに前記ジャイロスコープ(21)の前記連成効果の前記減衰係数は、非規格化パラメータである、請求項11に記載の角度測定の方法。
- ステップB)において、前記状態観測器(231)の前記ゲインは、さらに、拡張カルマンフィルタ(EKF)を使用することにより算出される、請求項11に記載の角度測定の方法。
- ステップB)において、前記状態観測器(231)の前記ゲインは、さらに、フェーディングメモリー技術を使用することにより算出される、請求項18に記載の角度測定の方法。
- 角度測定ジャイロシステム(2)であって、
相互に直交するxおよびyによって定義されるx−y平面において振動するプルーフマス(211)を含む、ジャイロスコープ(21)と、
前記ジャイロスコープ(21)に連結され、そして前記プルーフマス(211)の運動を検出し、その結果、検出された前記プルーフマスの前記運動に対応し、ならびに、前記プルーフマス(211)の位置のxおよびyの成分を示す一組の検出信号を生成するために構成される、検出モジュール(22)と、
計算モジュール(23)であって、
前記検出モジュール(22)に連結され、および既定の算出され推定された一組のパラメータを算出するために構成される、状態観測器(231)であって、前記既定の算出され推定されたパラメータは、前記角度測定ジャイロシステム(2)の一組のシステムパラメータに対応し、前記角度測定ジャイロシステム(2)の前記システムパラメータは、前記プルーフマス(211)の位置のxおよびyの成分、前記プルーフマス(211)の速度のxおよびyの成分、前記xおよびyの軸に直交するz軸についての前記ジャイロスコープ(21)の角速度、前記ジャイロスコープ(21)の弾性係数のxおよびyの成分、前記ジャイロスコープ(21)の連成効果の弾性係数、前記ジャイロスコープ(21)の減衰係数のxおよびyの成分、ならびに前記ジャイロスコープ(21)の連成効果の減衰係数であり、前記状態観測器(231)は、さらに、前記ジャイロスコープ(21)に関連した動的方程式を使用してそのゲインを算出し、およびその結果、算出された前記ゲインに基づき前記ジャイロスコープ(21)に関連した前記動的方程式を使用して現在の算出され推定された一組のパラメータを算出するために構成され、前記検出信号は、前記検出モジュール(22)によって生成され、そして前記推定された信号は、その結果、算出される、前記状態観測器(231)と、
前記状態観測器(231)に連結され、そして前記既定の算出され推定されたパラメータにおける弾性係数、減衰係数、位置および速度に基づく一組の制御信号、ならびに所定の対象の弾性係数を算出するために構成される、制御信号計算機(232)と、
前記状態観測器(231)に連結され、そして前記状態観測器(231)によって算出された前記現在の算出され推定されたパラメータにおける位置および速度に基づく前記z軸についての前記ジャイロスコープ(21)の回転角(φ)、ならびに前記ジャイロスコープ(21)の弾性係数を算出するために構成される、角度計算機(233)と、を含む、前記計算モジュール(23)と、
前記計算モジュール(23)の前記制御信号計算機(232)および前記ジャイロスコープ(21)に連結され、そして前記ジャイロスコープ(21)の前記プルーフマス(211)の振動を制御するための前記制御信号計算機(232)によって算出される前記制御信号に基づいて一組の制御力を生成するために構成される、駆動モジュール(24)とを含む、角度測定ジャイロシステム(2)。 - 前記状態観測器(231)によって算出された前記現在の算出され推定されたパラメータは、前記推定された信号を算出する前記状態観測器(231)からの前記既定の算出され推定されたパラメータに対応する前記状態観測器(231)によって算出される、請求項20に記載の角度測定ジャイロシステム(2)。
- 前記角度測定ジャイロシステム(2)の前記システムパラメータは、さらに、前記検出モジュール(22)のエラーのxおよびyの成分を含む、請求項20に記載の角度測定ジャイロシステム(2)。
- 前記ジャイロスコープ(21)の前記弾性係数の前記xおよびyの成分、前記ジャイロスコープ(21)の前記連成効果の前記弾性係数、前記ジャイロスコープ(21)の前記減衰係数の前記xおよびyの成分、ならびに前記ジャイロスコープ(21)の前記連成効果の前記減衰係数は、規格化されたパラメータであり、そして前記プルーフマス(211)の質量を使用して規格化される、請求項20に記載の角度測定ジャイロシステム(2)。
- 前記ジャイロスコープ(21)の前記弾性係数の前記xおよびyの成分、前記ジャイロスコープ(21)の前記連成効果の前記弾性係数、前記ジャイロスコープ(21)の前記減衰係数の前記xおよびyの成分、ならびに前記ジャイロスコープ(21)の前記連成効果の前記減衰係数は、非規格化パラメータである、請求項20に記載の角度測定ジャイロシステム(2)。
- 前記状態観測器(231)の前記ゲインは、さらに、拡張カルマンフィルタ(EKF)を使用することにより前記状態観測器(231)によって算出される、請求項20に記載の角度測定ジャイロシステム(2)。
- 前記状態観測器(231)の前記ゲインは、さらに、フェーディングメモリー技術を使用することにより前記状態観測器(231)によって算出される、請求項25に記載の角度測定ジャイロシステム(2)。
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