JP2013003141A - 向上した始動中の速度推定のためのジャイロスコープの動的モータ振幅補償 - Google Patents
向上した始動中の速度推定のためのジャイロスコープの動的モータ振幅補償 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】始動中のジャイロスコープ110の動的モータ振幅補償のためのシステムは、始動中のジャイロスコープのモータ振幅成長のモデルに基づいて、アプリオリのモータ振幅信号122を生成するように構成されたアプリオリのモータ振幅モジュール120と、定常状態のスケール係数モジュール124と、アプリオリのモータ振幅信号および定常状態のスケール係数信号を受けるように構成された動的モータ振幅補償モジュール128とを含む。動的モータ振幅補償モジュールは、ジャイロスコープからの測定されたモータ振幅信号116、アプリオリのモータ振幅信号、を受け、始動段階の間に、検出された速度信号に適用される時変スケール係数130を出力する。
【選択図】図1A
Description
[0021]本方法は、始動中に変化するジャイロモータ振幅に対して動的に補償することによって、速やかでより正確なジャイロスコープの速度出力を得るために使用されてよい。本アプローチは、実時間で実施されてよく、異なるジャイロスコープのモータの構成および設計に適用可能である。本システムは、ジャイロスコープの始動時間を改良し、始動シーケンス全体を通して、もたらされる速度検出精度を改良する。このことが、始動動作と完全な動作との間の時間を著しく低減する。加えて、システムは、アナログまたはディジタルの形態で実施されてよい。
[0023]図1Aは、一実施形態によるジャイロスコープ110のための制御システム100のブロック図である。制御システム100は、全体として、アプリオリのモータ振幅モジュール120と、定常状態のスケール係数モジュール124と、動的モータ振幅補償モジュール128と、乗算器132とを含む。アプリオリのモータ振幅モジュール120および定常状態のスケール係数モジュール124は、共に、動的モータ振幅補償モジュール128と動作可能に通信する。ジャイロスコープ110は、動的モータ振幅補償モジュール128および乗算器132と動作可能に通信する。動的モータ振幅補償モジュール128の出力は、乗算器132と動作可能に通信する。
Motor_ampl_model(t)=(t−T0)/(T2−T0)、
ここで
t=速度データサンプルの時間
T0=ジャイロモータが全振幅の10%に到達する時間
T2=ジャイロモータが全振幅に到達する時間
Motor_ampl_model(t)=時間tにおけるジャイロモータ振幅
である。T0は、ジャイロモータ始動命令(start command)によって求められる。計算は、(t−T0)>(T2−T0)の10%、の制約の下でのみ有効である。T2は、前の始動時間の特性評価(time to start characterization)によって求められる。
(t<T2)の場合
scalefactor(t)=1/Motor_ampl_model(t);
他に(t>T2)の場合
scalefactor(t)=Steady State Scalefactor
終了
ここで:
t=速度データサンプルの時間;
T2=ジャイロモータが全振幅に到達する時間;
Motor_ampl_model(t)=(t−T0)/(T2−T0)。
(t<T2)の場合
scalefactor(t)=Mo/Motor_amplitude_real time(t);
他に(t>T2)の場合
scalefactor(t)=Steady State Scalefactor
終了
ここで:
t=速度データサンプルの時間;
T2=ジャイロモータが全振幅に到達する時間;
Mo=計算で求められる、定常状態の完全なモータ振幅。この計算は、Motor_amplitude_reat time(t)>Moの10%、に対してのみ有効である。
例示的実施形態
[0046]例1は、始動中のジャイロスコープの動的モータ振幅補償のためのシステムを含み、システムは、少なくとも1つのジャイロスコープと、ジャイロスコープと動作可能に通信する少なくとも1つのプロセッサと、プロセッサに動作可能に結合された少なくとも1つのメモリユニットとを備え、メモリユニットおよびプロセッサが、始動中のジャイロスコープのモータ振幅成長のモデルに基づいて、アプリオリのモータ振幅信号を生成するように構成されたアプリオリのモータ振幅モジュールと、定常状態のスケール係数信号を生成するように構成された定常状態のスケール係数モジュールと、モータ振幅モジュールからのアプリオリのモータ振幅信号および定常状態のスケール係数モジュールからの定常状態のスケール係数信号を受けるように構成された動的モータ振幅補償モジュールとを備えるプログラムモジュールを、それぞれ記憶し実行するように構成され、ジャイロスコープに対する始動段階の間、速度運動がジャイロスコープによって検出され、検出された速度信号が、ジャイロスコープによって出力され、動的モータ振幅補償モジュールがジャイロスコープからの測定されたモータ振幅信号、モータ振幅モジュールからのアプリオリのモータ振幅信号、またはそれらの組合せを受け、始動段階の間にジャイロスコープからの正確な検出された速度を生み出すために、検出された速度信号に適用される時変スケール係数を出力する。
[0048]例3は、例1のシステムを含み、ジャイロスコープは、回転質量ジャイロスコープを含む。
[0050]例5は、例1〜例4のいずれかのシステムを含み、ジャイロスコープは、慣性計測装置の中で実施される。
[0052]例7は、始動中のジャイロスコープの動的モータ振幅補償のための方法を含み、方法は、少なくとも1つのジャイロスコープから検出された速度信号を出力するステップと、アプリオリのモータ振幅信号、または測定されたモータ振幅信号、またはアプリオリのモータ振幅信号および測定されたモータ振幅信号の両方を受けるステップと、定常状態のスケール係数信号を受けるステップと、定常状態のスケール係数信号と、アプリオリのモータ振幅信号または測定されたモータ振幅信号またはアプリオリのモータ振幅信号および測定されたモータ振幅信号の組合せとに基づいて時変スケール係数を計算するステップと、ジャイロスコープのモータが始動する間に、モータ振幅補償および正確な速度推定値をもたらす、ジャイロスコープのための調整された、検出された速度を求めるために、検出された速度信号に時変スケール係数を乗じるステップとを含む。
[0054]例9は、例7の方法を含み、ジャイロスコープは、MEMSジャイロスコープである。
[0056]例11は、例10の方法を含み、慣性計測装置は、3つのジャイロスコープを含む。
[0061]例16は、例14〜例15のいずれかの方法を含み、調整された、検出された速度が、モデルのモータ振幅成長関数のスケール係数に、入力の速度データサンプルを乗じ、かつ任意のオフセット信号を加えるステップによって計算される。
110 ジャイロスコープ
112 速度運動
114 検出された速度信号
116 測定されたモータ振幅信号
120 アプリオリのモータ振幅モジュール
122 アプリオリのモータ振幅信号
124 定常状態のスケール係数モジュール
126 定常状態のスケール係数信号
128 動的モータ振幅補償モジュール
130 時変スケール係数
132 乗算器
134 調整された、検出された速度
150 ジャイロスコープの動的モータ振幅補償のための支援システム
154 ジャイロスコープ
158 アナログ/ディジタル変換器
160 整流回路
162 ローパスフィルタ
410 オリジナルの速度
420 実際の入力速度
430 モータ振幅補償速度
520 ジャイロスコープのモータ振幅成長
600 モータ定常状態の段階
610 モータ始動段階
700 電力印加
710 ゼロ値
720 定常状態値
730 始動段階
740 定常状態の段階
800 コンピュータシステム
810 プロセッサ
820 メモリユニット
830 ジャイロスコープ
834 IMU
840 有線接続または無線接続
Claims (4)
- 始動中(during startup)のジャイロスコープの動的(dynamic)モータ振幅補償のためのシステムであって、
少なくとも1つのジャイロスコープと、
前記ジャイロスコープと動作可能に通信する少なくとも1つのプロセッサと、
前記プロセッサに動作可能に結合される少なくとも1つのメモリユニットとを備え、
前記メモリユニットおよび前記プロセッサが、
始動中のジャイロスコープのモータ振幅成長(amplitude growth)のモデルに基づいて、アプリオリ(a-priori)のモータ振幅信号を生成するように構成されたアプリオリのモータ振幅モジュールと、
定常状態(steady state)のスケール係数(scale factor)信号を生成するように構成された定常状態のスケール係数モジュールと、
前記モータ振幅モジュールからの前記アプリオリのモータ振幅信号および前記定常状態のスケール係数モジュールからの前記定常状態のスケール係数信号を受けるように構成された動的モータ振幅補償モジュールと
を備えるプログラムモジュールを、それぞれ記憶し実行するように構成され、
前記ジャイロスコープに対する始動段階の間、
速度運動(rate motion)が前記ジャイロスコープによって検出され、検出された速度信号(sensed rate signal)が、前記ジャイロスコープによって出力され、
前記動的モータ振幅補償モジュールが、前記ジャイロスコープからの測定されたモータ振幅信号、前記モータ振幅モジュールからの前記アプリオリのモータ振幅信号、またはそれらの組合せを受け、前記始動段階(startup phase)の間に前記ジャイロスコープから正確な検出された速度(sensed rate)を生み出すために、前記検出された速度信号(sensed rate signal)に適用される(applied to)時変(time varying)スケール係数(scale factor)を出力する、システム。 - 始動中のジャイロスコープの動的モータ振幅補償のための方法であって、
少なくとも1つのジャイロスコープからの検出された速度信号を出力するステップと、
アプリオリのモータ振幅信号、または測定されたモータ振幅信号、または前記アプリオリのモータ振幅信号および前記測定されたモータ振幅信号の両方を受けるステップと、
定常状態のスケール係数信号を受けるステップと、
前記定常状態のスケール係数信号と、前記アプリオリのモータ振幅信号または前記測定されたモータ振幅信号または前記アプリオリのモータ振幅信号および前記測定されたモータ振幅信号の組合せとに基づいて時変スケール係数を計算するステップと、
ジャイロスコープのモータが始動する間に、モータ振幅補償および正確な速度推定値をもたらす、前記ジャイロスコープのための調整された、検出された速度を求めるために、前記検出された速度信号に前記時変スケール係数を乗じるステップとを含む、方法。 - ジャイロスコープが始動中の動的モータ振幅補償のための方法であって、
(a)前記動的モータ振幅補償のための制御システムが、可能か(enabled)否かを判定するステップと、
(b)前記制御システムが可能である場合、モデルのモータ振幅成長関数、または測定されたモータ振幅信号、または前記モデルのモータ振幅成長関数および前記測定されたモータ振幅信号の両方を、モータ振幅速度補償アルゴリズムに入力するステップと、
(c)前記ジャイロスコープを始動中の所定の期間の間、前記モータ振幅速度補償アルゴリズムを実行するステップと、
(d)前記期間が満了した(expired)か否かを判定するステップと、
(e)前記期間が満了するまで(a)から(d)までを繰り返すステップとを含む、方法。 - 始動中のジャイロスコープの動的モータ振幅測定のためのシステムであって、
少なくとも1つのジャイロスコープと、
前記ジャイロスコープに動作可能に結合され(coupled)、前記ジャイロスコープからモータ振幅信号を受けるように構成されたアナログ/ディジタル変換器と、
前記アナログ/ディジタル変換器の出力に動作可能に結合され、前記アナログ/ディジタル変換器からディジタル化されたモータ振幅信号を受けるように構成された整流回路と、
前記整流回路の出力に動作可能に結合され、前記整流回路から整流されたモータ振幅信号を受けるように構成されたローパスフィルタと、を備え、
ジャイロスコープのモータ振幅の実時間測定値が前記ローパスフィルタの出力から取得され、前記ジャイロスコープのモータ振幅の実時間測定値(real-time measurement)が、ジャイロスコープのモータが始動(startup)する間の実際の(actual)検出された(sensed)ジャイロスコープの速度を拡縮する(scale)のに有効(usable)である、システム。
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