JP2517320B2 - Gyro compass - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、船舶等に利用されるジャイロコンパス、特
にその短期静定装置に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a gyro compass used for ships and the like, and particularly to a short-term static stabilizing device thereof.
第４図を参照して、本発明による短期静定装置が適用
され得るジャイロコンパスの一例として、日本特許第42
8317号のジャイロコンパスを説明する。With reference to FIG. 4, as an example of a gyro compass to which the short-term static control device according to the present invention can be applied, Japanese Patent No. 42 is used.
Explain the 8317 gyro compass.
同図において、符号（Ａ）は、ジャイロコンパス全体
を表し、（１）はジャイロケースで、このジャイロケー
ス（１）は誘導電動機により高速、かつ一定回転数にて
回転されるジャイロロータを内蔵し、その回転ベクトル
は南向き（北側より見て時計まわり）である。ジャイロ
ケース（１）は、上下に一対の垂直軸（２），（２′）
を突出して有し、これ等垂直軸（２），（２′）は、ジ
ャイロケース（１）の外側に配された垂直環（３）の対
応する位置に取付けられたボールベアリング（４），
（４′）の内輪に夫々嵌合する。上部垂直軸（２）に
は、懸吊線（５）の下端が固定され、その上端は懸吊線
取付台（５′）を介して垂直環（３）に取付けられる。In the figure, reference numeral (A) represents an entire gyro compass, (1) is a gyro case, and this gyro case (1) has a built-in gyro rotor that is rotated at a high speed and a constant rotation speed by an induction motor. , The rotation vector is southward (clockwise when viewed from the north side). The gyro case (1) has a pair of vertical shafts (2) and (2 ') arranged vertically.
Projecting, and these vertical shafts (2), (2 ') are mounted on the ball bearings (4), which are mounted at corresponding positions of the vertical ring (3) arranged on the outside of the gyro case (1),
Fit into the inner rings of (4 ') respectively. The lower end of the suspension line (5) is fixed to the upper vertical shaft (2), and the upper end thereof is attached to the vertical ring (3) via the suspension line mount (5 ').
以上の構造により、ジャイロケース（１）の重量は垂
直軸（２），（２′）のボールベアリング（４），
（４′）のスラスト荷重とはならず、全べて懸吊線
（５）が受け持つことになり、上記ボールベアリング
（４），（４′）の摩擦トルクを大幅に減少させること
ができる。垂直環（３）の東西に、ジャイロに指北トル
クを与えるための一対の液体安定器（６）が取付けられ
る。Due to the above structure, the weight of the gyro case (1) is equal to that of the vertical shafts (2) and (2 ′) ball bearings (4)
The thrust load of (4 ') does not occur, and all the suspension wires (5) bear the load, and the friction torque of the ball bearings (4), (4') can be greatly reduced. A pair of liquid stabilizers (6) for applying a finger north torque to the gyro are attached to the east and west of the vertical ring (3).
各液体安定器（６）は、第５図に示すが如く、一種の
連通管であって、ジャイロの南北に配される壷（６−
１′），（６−１）、これ等のなかばを満たす高比重の
液体（６−２）、南北の壷（６−１），（６−１′）を
上方で連通する空気管（６−３）、およびそれ等を下方
で連通する液体管（６−４）よりなる。As shown in FIG. 5, each liquid stabilizer (6) is a kind of connecting pipe, and is a pot (6-
1 '), (6-1), a liquid having a high specific gravity (6-2) that fills the inside of these, and an air pipe (6) that connects the north and south urns (6-1), (6-1') above. -3), and a liquid pipe (6-4) communicating with them below.
第６図に示す如く、ジャイロケース（１）の西側に
は、指北運動を制振させるためのダンピングウェイト
（７）が取付けられる。ジャイロケース（１）の東側に
は、ジャイロケース（１）と垂直環（３）の垂直軸
（２），（２′）まわりの偏角を検出する差動変圧器の
一次コイル（８−１）が、又、これと相対する垂直環
（３）の位置には差動変圧器の二次コイル（８−２）が
それぞれ取付けられ、追従ピックアップ（８）を構成す
る。垂直環（３）は、さらに、垂直軸（２），（２′）
およびジャイロスピン軸の双方に直交する東西の位置よ
り外方に一対の水平軸（９），（９′）を突出して有
し、これ等水平軸（９），（９′）は、垂直環（３）の
外側に配された水平環（10）の対応する位置に取付けら
れたボールベアリング（11），（11′）の内輪に夫々嵌
合する。水平環（10）は、さらに水平面内で、かつ上記
水平軸（９），（９′）と直交する位置に一対のジンバ
ル軸（12），（12′）を有する。これ等ジンバル軸（1
2），（12′）は、水平環（10）の外側に位置する追従
環（13）にとりつけられた一対のジンバル軸ボールベア
リング（14），（14′）に夫々嵌合する。As shown in FIG. 6, a damping weight (7) for damping the finger north movement is attached to the west side of the gyro case (1). On the east side of the gyro case (1), the primary coil (8-1) of the differential transformer for detecting the deflection angle around the vertical axes (2) and (2 ') of the gyro case (1) and the vertical ring (3). ), The secondary coil (8-2) of the differential transformer is attached to the position of the vertical ring (3) opposite thereto, and constitutes a follow-up pickup (8). The vertical ring (3) further has vertical axes (2) and (2 ').
And a pair of horizontal axes (9), (9 ') projecting outward from the east-west position orthogonal to both the gyro spin axis, and these horizontal axes (9), (9') are vertical rings. The inner rings of the ball bearings (11) and (11 ') attached to the corresponding positions of the horizontal ring (10) arranged outside (3) are respectively fitted. The horizontal ring (10) further has a pair of gimbal axes (12) and (12 ') in a horizontal plane and at a position orthogonal to the horizontal axes (9) and (9'). These gimbal axes (1
2) and (12 ') are respectively fitted to a pair of gimbal shaft ball bearings (14) and (14') attached to a follower ring (13) located outside the horizontal ring (10).
追従環（13）は、第４図に示すように、上下に追従軸
（15），（15′）を有し、これ等追従軸（15），（1
5′）は盤器（16）の対応位置にある追従軸ボールベア
リング（17），（17′）に夫々嵌合する。As shown in FIG. 4, the follower ring (13) has follower shafts (15) and (15 ') on the upper and lower sides, and these follower shafts (15) and (1
5 ') is fitted to the follower shaft ball bearings (17), (17') at corresponding positions of the board (16), respectively.
上方の追従軸（15）の軸端には、コンパスカード（1
8）が取付けられ、これと盤器（16）の対応する船首側
の位置に固設した基線（18B）とによって、船首の方位
角が読みとられる。盤器（16）の下部には、方位サーボ
モータ（19）が取りつけられ、その回転軸（19A）は、
方位ピニオン（20）を介して追従環（13）の下部にある
方位歯車（21）と結合する。盤器（16）の下部には、方
位発信器（22）が取付けられ、その回転軸（22A）ほ歯
車系を介して方位歯車（21）に噛み合わされ、方位信号
を電気信号に変換して外部に発信する。水平環（10）以
内、すなわち水平環（10）、垂直環（３）、ジャイロケ
ース（１）等を含めた部分は、通常鋭感部と呼ばれてい
る。鋭感部はジンバル軸（12），（12′）のまわりに下
の重い物理振子を構成し、これによって水平軸（９），
（９′）は船体傾斜に関係なく、常に水平面内に保持さ
れる。At the end of the upper follower shaft (15), attach the compass card (1
8) is attached, and the azimuth angle of the bow is read by this and the base line (18B) fixed to the corresponding position of the bow side of the board (16). An azimuth servomotor (19) is attached to the lower part of the board device (16), and its rotation axis (19A) is
It is connected to the azimuth gear (21) under the follower ring (13) via the azimuth pinion (20). An azimuth transmitter (22) is attached to the lower part of the board device (16), and is meshed with the azimuth gear (21) through its rotary shaft (22A) gear system to convert the azimuth signal into an electric signal. Call outside. The part within the horizontal ring (10), that is, the part including the horizontal ring (10), the vertical ring (3), the gyro case (1), etc., is usually called a sharp area. The sharp part constitutes the lower heavy physical pendulum around the gimbal axes (12), (12 '), which results in the horizontal axis (9),
(9 ') is always held in the horizontal plane regardless of the inclination of the hull.
ジャイロケース（１）の方位と垂直環（３）の方位と
に差があると、この差を両者の間に設けた追従ピックア
ップ（８）が検出し、電気信号に変換する。この電気信
号は、外部のサーボ増幅器（23）によって増幅され、方
位サーボモータ（19）に加えられる（方位サーボ系）。
方位サーボモータ（19）の回転は、回転軸（19A）、歯
車列、方位歯車（21）を通して追従環（13）に伝達さ
れ、さらに水平環（10）、水平軸（９），（９′）等を
介して垂直環（３）に伝えられ、垂直環（３）とジャイ
ロケース（１）との方位偏差が常にゼロに保されるよう
になっている。If there is a difference between the azimuth of the gyro case (1) and the azimuth of the vertical ring (3), the tracking pickup (8) provided between the two detects this difference and converts it into an electric signal. This electric signal is amplified by the external servo amplifier (23) and applied to the azimuth servo motor (19) (azimuth servo system).
The rotation of the azimuth servomotor (19) is transmitted to the follower ring (13) through the rotary shaft (19A), the gear train, and the azimuth gear (21), and further the horizontal ring (10), the horizontal shafts (9), (9 '). ) And the like, and is transmitted to the vertical ring (3) so that the azimuth deviation between the vertical ring (3) and the gyro case (1) is always kept at zero.
方位サーホ系の作用により、水平軸（９），（９′）
とジャイロスピン軸とは常に直交関係を保ち、かつ懸吊
線（５）の捩りトルクは一切ジャイロに加わることはな
い。すなわち、サーボ系を持った垂直軸（２），
（２′）、水平軸（９），（９′）およびジンバル軸
（12），（12′）の三つの軸の働らきによって、ジャイ
ロケース（１）は船体の角運動より完全に絶縁されたこ
とになり、ジャイロスコープを構成する。The horizontal axis (9), (9 ') due to the action of the azimuth servo system.
And the gyro spin axis are always orthogonal to each other, and the torsion torque of the suspension wire (5) is not applied to the gyro at all. That is, the vertical axis (2) with the servo system,
The gyro case (1) is completely insulated from the angular motion of the hull by the action of the three axes (2 '), horizontal axes (9) and (9') and gimbal axes (12) and (12 '). That's it, and configure the gyroscope.
上述したジャイロスコープに指北力、すなわちコンパ
スとしての機能を与えるのが上記した液体安定器（６）
である。It is the above-mentioned liquid ballast (6) that gives the pointing force, that is, the function as a compass to the above-mentioned gyroscope.
Is.
次に、第５図を参照して、この液体安定器（６）の原
理を説明する。尚、第５図は、ジャイロの指北端が水平
面に対して角度θだけ上昇している場合の図である。船
が停止している場合を考えることにすれば、液体（６−
２）の液面は重力ｇの方向と直交する。よって、傾斜ゼ
ロの場合に比較して、図に於て斜線で示した部分の液体
が、北側の壷（６−１′）では減少し、南側の壷（６−
１）では増加する。今、水平軸（９），（９′）から両
壷（６−１），（６−１′）の中心までの距離をr1、両
壷（６−１），（６−１′）の断面積をＳ、液体（６−
２）の比重をρとすれば、傾斜部の液体の重量は、 Ｓ×r1 sinθ×ρ×ｇ となる。Next, the principle of the liquid stabilizer (6) will be described with reference to FIG. Note that FIG. 5 is a diagram when the north end of the finger of the gyro is raised by an angle θ with respect to the horizontal plane. Considering the case where the ship is at rest, the liquid (6-
The liquid surface of 2) is orthogonal to the direction of gravity g. Therefore, compared with the case of zero inclination, the liquid in the shaded area in the figure decreases in the northern jar (6-1 ') and decreases in the southern jar (6-
It will increase in 1). Now, the distance from the horizontal axis (9), (9 ') to the center of both urns (6-1), (6-1') is r 1 , both urns (6-1), (6-1 ') The cross-sectional area of S, liquid (6-
If the specific gravity of 2) is ρ, the weight of the liquid in the inclined portion is S × r 1 sin θ × ρ × g.
上記重量アンバランスは、南北両方の壷（６−
１′），（６−１）で生じており、かつ水平軸（９），
（９′）からのモーメントアームはr1なので、結局、角
度θだけ傾斜している時の液体安定器（６）の作る水平
軸（９），（９′）まわりのトルクTHは、近似的に TH＝2Sr1 2gρθ となる。The above weight imbalance is due to both the north and south urns (6-
1 '), (6-1), and the horizontal axis (9),
Since the moment arm from (9 ′) is r 1 , the torque T H around the horizontal axes (9) and (9 ′) made by the liquid ballast (6) when tilted by the angle θ is approximately Therefore, T H = 2Sr 1 2 g ρθ.
ここで、 2Sr1 2gρ＝Ｋ とおいて、Ｋを安定器定数と称している。すなわち、液
体安定器（６）は、ジャイロスピン軸の水平面に対する
傾斜に比例したトルクを、ジャイロの水平軸（９），
（９′）のまわりに加える作用を行うもので、これによ
って、ジャイロは指北力を有し、ジャイロコンパスとな
る。Here, K is called a ballast constant, where 2Sr 1 2 gρ = K. That is, the liquid stabilizer (6) applies a torque proportional to the inclination of the gyro spin axis with respect to the horizontal plane to the gyro horizontal axis (9),
It exerts an action around (9 '), whereby the gyro has a finger north force and becomes a gyro compass.
一方、ダンピングウェイト（７）は、第６図に示す如
く、垂直軸（２），（２′）を含み、かつジャイロスピ
ン軸と直交する面内において垂直軸（２），（２′）よ
りr2（紙面に垂直方向）の距離を以ってジャイロケース
（１）に取りつけられる。この第６図は、指北側が水平
面に対して角度θだけ上昇して傾斜した状態のジャイロ
ケース（１）を西側より見た図である。質量ｍのダンピ
ングウェイト（７）に重力加速度ｇが作用して、鉛直方
向にｍ×ｇの力がこれに働く。この力を垂直軸（２），
（２′）に平行な成分mg cosθと、スピン軸に平行な成
分mg sinθとに分解して考える。この中で、垂直軸
（２），（２′）に平行な成分は、垂直軸ボールベアリ
ング（４），（４′）の負荷として作用するのみである
が、スピン軸に平行な成分は、垂直軸（２），（２′）
から距離r2を乗じて垂直軸（２），（２′）まわりのト
ルクとしてジャイロに作用することになる。このトルク
をＴφと書き表わすことにすれば、Ｔφは近似的に次式
の如くなる。On the other hand, as shown in FIG. 6, the damping weight (7) includes vertical axes (2) and (2 ′), and in the plane orthogonal to the gyro spin axis, the damping weights (7) are smaller than the vertical axes (2) and (2 ′). Mounted on the gyro case (1) at a distance of r 2 (perpendicular to the paper surface). FIG. 6 is a view of the gyro case (1) in which the north side of the finger rises and is inclined by an angle θ with respect to the horizontal plane as viewed from the west side. The gravitational acceleration g acts on the damping weight (7) of mass m, and a force of m × g acts on this in the vertical direction. This force on the vertical axis (2),
It is considered by decomposing into a component mg cos θ parallel to (2 ′) and a component mg sin θ parallel to the spin axis. Of these, the components parallel to the vertical axes (2) and (2 ') only act as loads on the vertical axis ball bearings (4) and (4'), but the components parallel to the spin axis are Vertical axis (2), (2 ')
Is multiplied by a distance r 2 from and acts on the gyro as a torque around the vertical axes (2) and (2 ′). If this torque is written as Tφ, Tφ is approximately given by the following equation.
Ｔφ＝μ・θ 但しμ＝mgr2 すなわち、ダンピングウェイト（７）は、ジャイロス
ピン軸の水平面に対する傾斜に比例したトルクを、ジャ
イロの垂直軸（２），（２′）のまわりに加える装置で
あり、これによってコンパスの指北運動を減衰させるこ
とができる。Tφ = μ · θ where μ = mgr 2 That is, the damping weight (7) is a device that applies a torque proportional to the inclination of the gyro spin axis with respect to the horizontal plane around the gyro vertical axes (2) and (2 ′). Yes, this can attenuate the compass fingering movement.
第７図は上述した従来のジャイロコンパスにおいて、
ジャイロスピン軸の指北端の真北からの方位誤差φと傾
斜角θとを変数とし、且つそれ等の初期誤差φ0,θ０に
対する指北運動をラプラス演算子及び伝達関数とによっ
てブロック図的に表わしたものである。同図において、
ｇは重力加速度、Ｒは地球半径、Ωは地球自転角速度、
Ｈはジャイロの角運動量、λはその地点の緯度、Ｋは指
北定数（安定器定数）、μはダンピング定数、Ｓはラプ
ラス演算子である。FIG. 7 shows the above-mentioned conventional gyro compass,
The azimuth error φ from the true north of the finger north end of the gyro spin axis and the inclination angle θ are variables, and the finger north motions with respect to these initial errors φ 0 and θ 0 are represented by a Laplace operator and a transfer function. It is shown in. In the figure,
g is gravitational acceleration, R is earth radius, Ω is earth rotation angular velocity,
H is the angular momentum of the gyro, λ is the latitude at that point, K is the finger north constant (ballast constant), μ is the damping constant, and S is the Laplace operator.
今、方位誤差φがあると、この誤差φに地球の自転角
速度Ωの水平制便Ωcos λ（100）を乗じたものが角速
度入力としてジャイロの水平軸まわりの要素（101）に
作用して、初期傾斜角θ０と共にジャイロの傾斜角θを
発生させる。ジャイロスピン軸の傾斜角θによって垂直
環（３）も同様の傾斜となり、垂直環（３）に取付けら
れた液体安定器（６）も傾斜し、中の液体（６−２）が
低い方の壷に移動することによって、Ｋθなるトルクを
ジャイロの水平軸のまわりに発生する。このトルクＫθ
をジャイロの角運動量Ｈで除したものに、地球自転角速
度の垂直成分Ωsin λを加算したものが角速度入力とし
てジャイロの垂直軸まわりの要素（102）に作用し、こ
れに、初期方位誤差φ０を加えたものが方位誤差φとな
ってループが閉じる。このループがジャイロコンパスの
指北ループである。このループは、ループ内に1/Sで表
わされる極が２個存在する為に、振動解となる。一方ジ
ャイロ傾斜角θにダンピング定数μを乗じたトルクμθ
を角運動量Ｈで除したものが、角速度入力としてジャイ
ロの水平軸要素（101）に上記傾斜角θを減ずるように
負帰還され、上記指北ループの指北運動を減衰させる。
このループが減衰ループである。Now, if there is an azimuth error φ, the product of this error φ multiplied by the horizontal flight Ω cos λ (100) of the earth's rotation angular velocity Ω acts as an angular velocity input on the element (101) around the horizontal axis of the gyro, The gyro tilt angle θ is generated together with the initial tilt angle θ 0 . The vertical ring (3) also has a similar inclination due to the inclination angle θ of the gyro spin axis, the liquid stabilizer (6) attached to the vertical ring (3) also inclines, and the liquid (6-2) inside is lower. By moving to the jar, a torque of Kθ is generated around the horizontal axis of the gyro. This torque Kθ
Is added to the angular momentum H of the gyro, and the vertical component Ω sin λ of the Earth's rotation angular velocity is added to act on the element (102) around the vertical axis of the gyro as an angular velocity input, and the initial azimuth error φ 0 Then, the loop error closes due to the azimuth error φ. This loop is the gyro compass finger north loop. This loop is an oscillating solution because there are two poles represented by 1 / S in the loop. On the other hand, the torque μθ obtained by multiplying the gyro inclination angle θ by the damping constant μ
Divided by the angular momentum H is negatively fed back to the horizontal axis element (101) of the gyro as an angular velocity input so as to reduce the inclination angle θ, and the finger north movement of the finger north loop is attenuated.
This loop is a damping loop.
一般に、船舶用ジャイロコンパスにおいては、船舶の
増減速、旋回等の水平方向加速度によって、ジャイロコ
ンパスに発生する加速度誤差を防止する為に、その指北
運動周期を約90分とする（シューラーの条件）設計が行
われている。この為、ジャイロコンパスを起動した後、
それが真北に静定して使用可能となるまでに、かなりの
時間を必要としている（これを静定時間と称してい
る）。Generally, in a gyro compass for a ship, the finger north movement cycle is set to about 90 minutes in order to prevent an acceleration error generated in the gyro compass due to horizontal acceleration such as acceleration / deceleration and turning of the ship. ) The design is done. Therefore, after starting the gyro compass,
It takes a considerable amount of time to settle to the north and become usable (this is called the settling time).
一般の船舶においては、上記静定時間は、ほとんどの
場合、運用上問題とはならないが、一部の特殊用途の船
においては、この長い静定時間が問題となる。In most ships, the above-mentioned settling time is not a problem in operation, but in some special purpose ships, this long settling time becomes a problem.
従って、本発明は、上記静定時間を短縮し得る短期静
定装置を具備したジャイロコンパスを提供せんとするも
のである。Therefore, the present invention is to provide a gyrocompass provided with a short-term settling device capable of shortening the settling time.
本発明によれば、スピン軸を略々水平にしたジャイロ
を内蔵するジャイロケース（１）と、該ジャイロケース
の外周に配され上記ジャイロケース（１）を垂直軸線の
まわりに回動的に支持する垂直環（３）と、上記ジャイ
ロケースの上記垂直環（３）に対する上記垂直軸線まわ
りの相対角変位を検出する追従ピックアップ（８）とを
有するジャイロコンパスにおいて、上記スピン軸と平行
な入力軸を有する加速度計（50）と、入力信号に比例し
た上記垂直軸線まわりのトルクを上記ジャイロケースに
加えるう垂直トルカ（51）を上記垂直環（３）に取付け
ると共に、上記追従ピックアップ（８）の出力信号（8
A）と上記加速度計（50）の出力信号（50A）とを入力と
し、且つその出力を上記垂直トルカ（51）に出力する制
御装置（52）とを設け、上記制御装置（52）はジャイロ
コンパスの起動直後、上記追従ピックアップの出力をそ
の出力が減少するように上記垂直トルカ（51）へ供給す
る第１のモードＩと、上記加速度計（50）の出力信号
（50A）をその出力が減少するように上記垂直トルカ（5
1）に出力する第２のモードIIと、上記加速度計（50）
の出力信号（50A）の微分信号を上記垂直トルカ（51）
へ供給する第３のモードIIIとを有することを特徴とす
るジャイロコンパスが得られる。According to the present invention, a gyro case (1) having a gyro with a spin axis substantially horizontal, and a gyro case (1) arranged on the outer periphery of the gyro case and rotatably supporting the gyro case around a vertical axis. And a follow-up pickup (8) for detecting relative angular displacement of the gyro case around the vertical axis with respect to the vertical ring (3), the input axis parallel to the spin axis. And an accelerometer (50) having a vertical torquer (51) for applying a torque around the vertical axis proportional to the input signal to the gyro case to the vertical ring (3), Output signal (8
A) and a control device (52) for receiving the output signal (50A) of the accelerometer (50) and outputting the output to the vertical torquer (51). The control device (52) is a gyro. Immediately after starting the compass, the output of the follow-up pickup is supplied to the vertical torquer (51) so that the output decreases, and the output signal (50A) of the accelerometer (50) is output. Vertical Toluca (5
Second mode II output to 1) and above accelerometer (50)
The differential signal of the output signal (50A) of the above vertical torquer (51)
A gyro compass characterized by having a third mode III feeding to
ジャイロコンパス（Ａ）の起動直後においては、垂直
環（３）以内は、液体安定器（６）の為、大きく傾斜し
ており、且つダンピングウェイト（７）が垂直軸のまわ
りに大きなトルクを発生しているため、懸吊線（５）は
捩られ、追従ピックアップ（８）は大きな変角出力を発
生しており、これが方位サーボモータ（19）に入力され
るため、追従環（13）が大角度回転する。Immediately after the gyro compass (A) is activated, the liquid stabilizer (6) has a large inclination within the vertical ring (3), and the damping weight (7) generates a large torque around the vertical axis. Therefore, the suspension wire (5) is twisted, and the follow-up pickup (8) produces a large angle-change output, which is input to the azimuth servo motor (19), so that the follow-up ring (13) is large. Rotate an angle.
本発明によるジャイロコンパス（Ａ）の制御装置（5
2）の第１モードＩは、追従ピックアップ（８）の出力
（8A）を、垂直トルカ（51）へ、その出力が減少するよ
うに入力する。即ち、追従ピックアップ（８）の出力を
ゼロに保持する為、方位サーボモータ（19）には信号が
入力されず、従って、追従環（13）は起動時の方位を保
つことができる。The control device for the gyro compass (A) according to the present invention (5
In the first mode I of 2), the output (8A) of the follow-up pickup (8) is input to the vertical torquer (51) so that the output decreases. That is, since the output of the follow-up pickup (8) is held at zero, no signal is input to the azimuth servo motor (19), so that the follow-up ring (13) can keep the azimuth at the time of starting.
制御装置（52）の第２モードIIは、加速度計（50）の
出力（50A）を垂直トルカ（51）にフィードバックする
もので、ジャイロケース（１）の起動時の大きな傾斜を
ゼロにし、スピン軸を水平にする。The second mode II of the control device (52) is to feed back the output (50A) of the accelerometer (50) to the vertical torquer (51), so that the large inclination at the time of starting the gyro case (1) becomes zero, and the spin is performed. Make the axis horizontal.
制御装置（52）の第３のモードIIIは、加速度計（5
0）の出力（50A）を微分したものを、垂直トルカ（51）
に加える。即ち、ジャイロスピン軸が上昇しつつあると
きは、その上昇速度が更に速くなるように、又は下降し
つつあるときは、その下降速度が更に速くなるように制
御することになり、この結果、ジャイロコンパスの指北
周期が短くなり、減衰も速くなるため、初期方位誤差を
短い時間でなくすことが出来、ジャイロコンパスを短時
間で使用状態して静定させることができる。The third mode III of the control device (52) is the accelerometer (5
0) output (50A) is differentiated and the vertical torquer (51)
Add to That is, when the gyro spin axis is rising, the ascending speed is controlled to be faster, and when it is descending, the descending speed is controlled to be further accelerated. Since the finger north cycle of the compass becomes shorter and the damping also becomes faster, the initial heading error can be eliminated in a short time, and the gyro compass can be used and settled in a short time.
第１図を参照して、本発明のジャイロコンパス（Ａ）
の短期静定装置の一例を説明する。尚、同図に於て、第
４図と同一の部材には同一の符号を付し、それ等の説明
は省略する。Referring to FIG. 1, the gyro compass (A) of the present invention
An example of the short-term static control device will be described. In the figure, the same members as those in FIG. 4 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
第１図に示す本発明の例と、第４図の従来例との異る
点は、第４図の本発明の例では垂直環（３）に、ジャイ
ロロータのスピン軸と平行な入力軸を有する加速度計又
は傾斜計（50）を取付けたこと、垂直環（３）とジャイ
ロケース（１）とに、入力電流に比例したトルクをジャ
イロケース（１）の垂直軸（２），（２′）のまわりに
加える垂直トルカ（51）を取付けたこと、追従ピックア
ップ（８）の出力信号（8A）及び上記加速度計（50）の
出力信号（50A）（ジャイロスピン軸の水平面に対する
傾斜角に比例）を入力とし、上記垂直トルカ（51）へ出
力信号（51A）を出力する制御装置（52）を設けた点で
ある。The difference between the example of the present invention shown in FIG. 1 and the conventional example of FIG. 4 is that the vertical ring (3) in the example of the present invention shown in FIG. 4 has an input shaft parallel to the spin axis of the gyro rotor. An accelerometer or inclinometer (50) having a vertical axis (2), (2) of the gyro case (1) is applied to the vertical ring (3) and the gyro case (1). ′) A vertical torquer (51) is attached around, the output signal (8A) of the follow-up pickup (8) and the output signal (50A) of the accelerometer (50) (inclination angle of the gyro spin axis with respect to the horizontal plane). This is the point that a control device (52) for inputting (proportional) and outputting an output signal (51A) to the vertical torquer (51) is provided.
第２図は、第１図に示した制御装置（52）の一具体例
のブロック図である。同図に於て、（61）は第１のスイ
ッチで、３個の固定接点（61−１），（61−２），（61
−３）及び１個の可動切片（61−４）を有し、タイマー
装置（62）からの３つのモード切換信号（62A）により
切換制御される。即ち、第１のスイッチ（61）の第１の
固定接点（61−１）は、追従ピックアップ（８）の出力
端に接続され、その第２の固定接点（61−２）は、加速
度計（50）の出力端に接続され、その第３の固定接点
（61−３）は、加速度計（50）の出力が供給される短期
静定演算器（63）の出力端に接続される。又、第１のス
イッチ（61）の可動接片（61−４）は、制御アンプ（6
4）の入力端に接続される。FIG. 2 is a block diagram of a specific example of the control device (52) shown in FIG. In the figure, (61) is a first switch, and three fixed contacts (61-1), (61-2), (61
-3) and one movable segment (61-4), and switching control is performed by three mode switching signals (62A) from the timer device (62). That is, the first fixed contact (61-1) of the first switch (61) is connected to the output end of the follow-up pickup (8), and the second fixed contact (61-2) thereof is the accelerometer ( The third fixed contact (61-3) is connected to the output end of the short-term static determinator (63) to which the output of the accelerometer (50) is supplied. The movable contact piece (61-4) of the first switch (61) is connected to the control amplifier (6
4) Connected to the input terminal.
第１のスイッチ（61）の第１の固定接点（61−１）
は、第１のモードＩ（方位シフト防止モード）に対応
し、この第１のモードＩでは、追従ピックアップ（８）
の出力（8A）が、サーボアンプ（23）へ入力されると同
時に、第１の固定接点（61−１）及び可動接片（61−
４）を介して制御アンプ（64）に供給される。First fixed contact (61-1) of first switch (61)
Corresponds to the first mode I (azimuth shift prevention mode), and in the first mode I, the follow-up pickup (8)
Output (8A) is input to the servo amplifier (23), and at the same time, the first fixed contact (61-1) and the movable contact piece (61-
4) is supplied to the control amplifier (64).
上記第１のスイッチ（61）の第２の固定接点（61−
２）は、第２のモードII（起立モード）に対応し、この
時、その可動接片（61−４）は、上記タイマー装置（6
2）からの第２のモードIIを示す信号により、第２の固
定接点（61−２）に接続される。The second fixed contact (61−) of the first switch (61)
2) corresponds to the second mode II (standing mode), and at this time, the movable contact piece (61-4) has the above-mentioned timer device (6).
A signal indicating the second mode II from 2) is connected to the second fixed contact (61-2).
又、上記第１のスイッチ（61）の第３の固定接点（61
−３）は、第３のモードIII（短期静定モード）に対応
し、この時、上記加速度計（50）の出力（50A）が短期
静定演算器（63）を介して入力されている第３の固定接
点（61−３）へ、可動接片（61−４）が、上記タイマー
装置（62）からの第３のモードIIIを示す信号（短期静
定モード）により接続される。In addition, the third fixed contact (61) of the first switch (61).
-3) corresponds to the third mode III (short-term settling mode), at which time the output (50A) of the accelerometer (50) is input via the short-term settling calculator (63). The movable contact piece (61-4) is connected to the third fixed contact (61-3) by a signal (short-term settling mode) indicating the third mode III from the timer device (62).
上記第１のスイッチ（61）の可動接片（61−４）より
の出力は、制御アンプ（64）及び第２のスイッチ（オン
・オフスイッチ）（65）を通った後、垂直トルカ51）に
入力される。尚、上記タイマー装置（62）は、ジャイロ
コンパスのスイッチオンの信号（SWA）、或いは、それ
と同等の信号（例えばジャイロ電源の立上り）によって
起動される。又、第２のスイッチ（65）は、タイマー装
置（62）からの上記第１乃至第３の３つのモードI,II,I
IIの切換信号の「or」によってオンされる。即ち、これ
等のモードが完了した後は、垂直トルカ（51）を完全に
制御装置（52）から切り離し、通常のジャイロコンパス
に戻すためのものである。The output from the movable contact piece (61-4) of the first switch (61) passes through the control amplifier (64) and the second switch (on / off switch) (65), and then the vertical torquer 51). Entered in. The timer device (62) is activated by a gyro compass switch-on signal (SWA) or a signal equivalent thereto (for example, gyro power supply rise). Further, the second switch (65) is provided with the above-mentioned first to third modes I, II, I from the timer device (62).
It is turned on by the switching signal "or" of II. That is, after these modes are completed, the vertical torquer (51) is completely disconnected from the control device (52) and is returned to the normal gyro compass.
次に上記第１乃至第３のモードＩ乃至IIIの各動作に
ついて述べる。Next, each operation of the first to third modes I to III will be described.
第１のモードＩ（方位シフト防止モード）は、ジャイ
ロコンパスの起動後、10〜30秒の比較的短い時間、動作
させるもので、追従ピックアップ（８）の出力信号（8
A）を、第１のスイッチ（61）の第１の固定接点（61−
１）、その可動接片（61−４）及び制御アンプ（64）を
介して、上記追従ピックアップ（８）の出力がゼロとな
るように垂直トルカ（51）にフィードバックすることに
より、追従環（13）の不要な追従運動を防止し、合わせ
て、動揺等によるジャイロケース（１）のランダム且つ
危険な運動を防止する。The first mode I (azimuth shift prevention mode) is to operate the gyro compass for a relatively short time of 10 to 30 seconds after activation, and the output signal (8) of the tracking pickup (8) is used.
A) to the first fixed contact (61- of the first switch (61)
1), through the movable contact piece (61-4) and the control amplifier (64), by feeding back to the vertical torquer (51) so that the output of the tracking pickup (8) becomes zero, the tracking ring ( The unnecessary follow-up movement of 13) is prevented, and at the same time, the random and dangerous movement of the gyro case (1) due to shaking or the like is prevented.
第２のモードII（起立モード）においては、垂直環
（13）に取付けた加速度計（50）の出力信号（50A）
を、第１のスイッチ（61）の第２の固定接点（61−
２）、その可動接片（61−４）及び制御アンプ（64）を
介して、垂直トルカ（51）に入力させることにより、転
倒していた垂直環（３）以内を、ジャイロスピン軸が水
平となるようにトルキングする。ジャイロコンパスにお
いては、スピン軸に初期傾斜角があると、指北運動の過
程において、約20倍の誤差倍率で方位誤差を発生する。
この第２のモードIIは、上記スピン軸の初期傾斜角によ
って、ジャイロの静定時間が長くなるのを防止するモー
ドである。In the second mode II (standing mode), the output signal (50A) of the accelerometer (50) attached to the vertical ring (13).
To the second fixed contact (61−) of the first switch (61).
2) By inputting it to the vertical torquer (51) through the movable contact piece (61-4) and the control amplifier (64), the gyro spin axis is horizontal within the vertical ring (3) that was falling. Torque to become. In a gyro compass, if the spin axis has an initial tilt angle, an azimuth error occurs at an error magnification of about 20 times in the process of the finger north movement.
The second mode II is a mode for preventing the gyro settling time from becoming long due to the initial inclination angle of the spin axis.
第３のモードIIIは、短期静定モードで、加速度計（5
0）の出力（50A）を、短期静定装置（63）、第１のスイ
ッチ（61）の第３の固定接（61−３）、その可動接片
（61−４）、制御アンプ（64）を介して、垂直トルカ
（51）に入力している。短期静定演算器（63）の伝達関
数Ｇ（Ｓ）の一例を次式に示す。The third mode III is the short-term static mode, which uses the accelerometer (5
0) output (50A), short-term static control device (63), third fixed contact (61-3) of the first switch (61), its movable contact (61-4), control amplifier (64). ) Via the vertical ToruCa (51). The following equation shows an example of the transfer function G (S) of the short-term statically computing unit (63).
ここで、τｆは短期静定演算器（63）の動揺フィルタ
の時定数、ηは微分時間、Ｓはラプラス演算子をそれぞ
れ示す。 Here, τ f is the time constant of the fluctuation filter of the short-term static determinator (63), η is the differential time, and S is the Laplace operator.
この第３のモードIIIに於ては、制御装置（52）は、
基本的には、微分動作をするものであって、ジャイロス
ピン軸の傾斜角（加速度計（50）の出力（50A））の時
間微分に比例したトルクを、垂直トルカ（51）にポジテ
ィブフィードバックしている。即ち、ジャイロコンパス
軸が（例えば指北端が）上昇しているときには、増々、
その上昇速度を速くさせ、下降しているときは増々その
下降速度を速くさせることにより、指北運動の周期を早
く（短縮）すると共に、減衰作用をも強くすることが出
来、静定時間の大幅な短縮を可能とする。上記第３のモ
ードIIIをブロック線図で表わしたものを、第３図に示
す。この第３図の例と第７図に示す従来例との異る点
で、第３図の例では、点線で囲った部分が第７図の例に
追加されている点である。In the third mode III, the control device (52) is
Basically, it is a differential operation, and the torque proportional to the time derivative of the tilt angle of the gyro spin axis (the output (50A) of the accelerometer (50)) is positively fed back to the vertical torquer (51). ing. That is, when the gyro compass axis is rising (for example, the finger north end),
By increasing the ascending speed and increasing the descending speed when it is descending, the finger north movement cycle can be shortened (shortened) and the damping effect can be strengthened. Allows a significant reduction. A block diagram of the third mode III is shown in FIG. The difference between the example of FIG. 3 and the conventional example shown in FIG. 7 is that in the example of FIG. 3, a portion surrounded by a dotted line is added to the example of FIG.
第３図では、短期静定演算器（63）を微分要素Ｓで代
表させ、ジャイロの傾斜角θを検出する加速度計（50）
から垂直トルカ（51）までのゲインを、ηで表わしてい
る。In FIG. 3, the short-term statically computing unit (63) is represented by the differential element S, and the accelerometer (50) for detecting the tilt angle θ of the gyro.
The gain from to the vertical torquer (51) is represented by η.
この第３図の方位誤差φの運動を表わす特性方程式を
計算すると次式となる。The following equation is obtained by calculating the characteristic equation representing the motion of the azimuth error φ in FIG.
（Ｈ−η）＋μ＋ＫΩcosλ＝０ これより、上記ηで示した短期静定モードを付加する
ことにより、ηはジャイロの角運動量Ｈを減するように
作用する。上式よりジャイロの指北運動周期Ｔは 又、減衰の度合いを表わす半周減衰率Ｆは となる。(H- [eta]) + [mu] + K [Omega] cos [lambda] = 0 Therefore, by adding the short-term static definite mode indicated by [eta], [eta] acts so as to reduce the angular momentum H of the gyro. From the above formula, the gyro finger north movement cycle T is Also, the half-circumferential damping factor F, which indicates the degree of damping, is Becomes
即ち、第３のモードIIIにおいては、ηのトルクを
ジャイロの垂直軸まわりに加えることにより、ジャイロ
周期Ｔを短くできると共に、半周期減衰率Ｆを小さくす
ることが出来、結果として従来のジャイロコンパスの静
定時間を大幅に短縮することが可能となる。That is, in the third mode III, by applying the torque of η around the vertical axis of the gyro, the gyro cycle T can be shortened and the half-cycle damping rate F can be reduced, resulting in the conventional gyro compass. It is possible to significantly reduce the settling time.
尚、上式から明らかなように、指北運動を安定に保持
するには、 η＜Ｈ とする必要がある。As is clear from the above equation, η <H is required to keep the finger north movement stable.
又、ジャイロロータを起動する前に、方位サーボモー
タ（19）に電圧を加えて、追従環（13）を回転させ、正
しい船首方位に合せる方位スリューモードを付加するこ
とにより、更に静定時間を短縮できる。In addition, before starting the gyro rotor, a voltage is applied to the azimuth servo motor (19) to rotate the follower ring (13), and the azimuth slew mode is added to match the correct heading. Can be shortened.
本発明の第１のモードＩ（方位シフト防止モード）を
従来のジャイロコンパスに付加することにより、その起
動時、ジャイロの角運動量が小さい時に、追従ピックア
ップの（８）発生電圧によって方位サーボモータ（19）
が励磁され、追従環（13）が回転されてしまうことによ
って静定時間が長くなることを防止出来、静定時間の短
いジャイロコンパスを得ることが出来る。特に、ダンピ
ングウエイト（７）を指北運動の減衰に用いるタイプの
ジャイロコンパスに於ては、その起動時、垂直環（13）
が傾斜している時に、ダンピングウエイト（７）によっ
てジャイロケース（１）が垂直軸（２），（２′）のま
わりに捩られ、追従ピックアップ（８）が大出力を発生
しており、そのまま起動すると、大きな方位シフトを生
ずることになる。本発明のこの第１のモードＩは、この
ような起動時の大きな方位運動を防止する効果がある。By adding the first mode I (azimuth shift prevention mode) of the present invention to the conventional gyro compass, the azimuth servo motor (8) generated by the follow-up pickup can be used when the gyro has a small angular momentum when it is started. 19)
Can be prevented from being extended and the follow-up ring (13) is rotated, so that the settling time can be prevented from becoming long, and a gyro compass with a short settling time can be obtained. Especially, in the gyro compass of the type in which the damping weight (7) is used for damping the finger north movement, the vertical ring (13) is
The gyro case (1) is twisted around the vertical axes (2) and (2 ') by the damping weight (7) when the is tilted, and the follow-up pickup (8) produces a large output. When activated, it will cause a large azimuth shift. The first mode I of the present invention has an effect of preventing such a large azimuth movement at the time of starting.
本発明の第２のモードII（起立モード）を設けること
により、ジャイロの起動時、ジャイロロータが大きな傾
斜角を有することによって静定時間が長くなることを防
止出来、静定時間の短いジャイロコンパスを得ることが
できる。By providing the second mode II (standing mode) of the present invention, it is possible to prevent the gyro rotor from having a large inclination angle when the gyro is started, and thus to prevent the gyro compass from becoming long, and thus the gyro compass having a short settling time. Can be obtained.
本発明の第３のモードIII（短期静定モード）を用い
ることにより、初期方位誤差を短時間で減衰させること
ができ、静定時間の短いジャイロコンパスを得ることが
できる。By using the third mode III (short-term settling mode) of the present invention, the initial heading error can be attenuated in a short time, and a gyro compass with a short settling time can be obtained.
本発明の短期静定装置を従来のジャイロコンパスに適
用することにより、従来のジャイロコンパスの性能や信
頼性に全く影響を与えることなく、短期静定機能を付与
できる。By applying the short-term settling device of the present invention to a conventional gyro compass, a short-term settling function can be added without affecting the performance or reliability of the conventional gyro compass at all.
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明のジャイロコンパスの一実施例の斜視
図、第２図は本発明のジャイロコンパスの制御装置の一
例を示すブロック図、第３図は本発明のジャイロコンパ
スの原理説明に供する伝達関数のブロック図、第４図は
本発明が適用され得る従来のジャイロコンパスの斜視
図、第５図は第４図に示す従来例の液体安定器の略線
図、第６図はそのダンピングウエイトの原理説明図、第
７図は第４図に示す従来のジャイロコンパスの原理説明
に供するブロック図をそれぞれ示す。 図において（１）はジャイロケース、（３）は垂直環、
（６）は液体安定器、（７）はダンピングウエイト、
（50）は加速度計、（51）は垂直トルカ、（52）は制御
装置をそれぞれ示す。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of the gyro compass of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing an example of a gyro compass control device of the present invention, and FIG. 3 is of the present invention. FIG. 4 is a block diagram of a transfer function used for explaining the principle of the gyro compass, FIG. 4 is a perspective view of a conventional gyro compass to which the present invention can be applied, and FIG. 5 is a schematic diagram of a conventional liquid ballast shown in FIG. 6 shows the principle of the damping weight, and FIG. 7 shows a block diagram for explaining the principle of the conventional gyrocompass shown in FIG. In the figure, (1) is a gyro case, (3) is a vertical ring,
(6) is a liquid stabilizer, (7) is a damping weight,
(50) is an accelerometer, (51) is a vertical torquer, and (52) is a controller.
フロントページの続き (72)発明者 村林 一成 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株 式会社東京計器内 (72)発明者 秋元 守 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株 式会社東京計器内 (72)発明者 深野 道雄 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株 式会社東京計器内 (56)参考文献 特開 昭64−88310（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−163509（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−27810（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−283814（ＪＰ，Ａ) 特公 昭51−37549（ＪＰ，Ｂ２)Front page continued (72) Inventor Issei Murabayashi 2-16-46 Minami-Kamata, Ota-ku, Tokyo Tokyo Keiki Co., Ltd. (72) Mamoru Akimoto 2-16-46 Minami-Kamata, Ota-ku, Tokyo Incorporated company Tokyo Keiki (72) Inventor Michio Fukano 2-16-46 Minami Kamata, Ota-ku, Tokyo Incorporated company Tokyo Keiki (56) Reference JP-A-64-88310 (JP, A) JP-A-SHO 59-163509 (JP, A) JP-A-60-27810 (JP, A) JP-A-61-283814 (JP, A) JP-B-51-37549 (JP, B2)
Claims (1)
するジャイロケースと、該ジャイロケースの外周に配さ
れ上記ジャイロケースを垂直軸線のまわりに回動的に支
持する垂直環と、上記ジャイロケースの上記垂直環に対
する上記垂直軸線まわりの相対角変位を検出する追従ピ
ックアップとを有するジャイロコンパスにおいて、 上記スピン軸と平行な入力軸を有する加速度計と、 入力信号に比例した上記垂直軸線まわりのトルクを上記
ジャイロケースに加える垂直トルカを上記垂直環に取付
けると共に、 上記追従ピックアップの出力信号と上記加速度計の出力
信号とを入力とし且つその出力を上記垂直トルカに出力
する制御装置とを設け、 上記制御装置はジャイロコンパスの起動直後、上記追従
ピックアップの出力をその出力が減少するように上記垂
直トルカに出力する第１のモードと、 上記加速度計の出力信号をその出力が減少するように上
記垂直トルカに出力する第２のモードと、 上記加速度計の出力信号の微分信号を上記垂直トルカに
出力する第３のモードとを有することを特徴とするジャ
イロコンパス。1. A gyro case having a built-in gyro with a spin axis substantially horizontal, a vertical ring disposed on the outer periphery of the gyro case and rotatably supporting the gyro case around a vertical axis, and the gyro. In a gyro compass having a follow-up pickup that detects relative angular displacement about the vertical axis with respect to the vertical ring of the case, an accelerometer having an input axis parallel to the spin axis and a vertical axis about the vertical axis proportional to the input signal. A vertical torquer that applies torque to the gyro case is attached to the vertical ring, and a control device that receives the output signal of the tracking pickup and the output signal of the accelerometer and outputs the output to the vertical torquer is provided. The control device reduces the output of the tracking pickup immediately after the gyro compass is activated. Thus, a first mode for outputting to the vertical torquer, a second mode for outputting the output signal of the accelerometer to the vertical torquer so that the output decreases, and a differential signal of the output signal of the accelerometer. A gyro compass having a third mode for outputting to the vertical torquer.
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP62272076A JP2517320B2 (en) | 1987-10-28 | 1987-10-28 | Gyro compass |
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| GB8825271A GB2211608B (en) | 1987-10-28 | 1988-10-28 | Gyro compasses |
Applications Claiming Priority (1)
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- 1987-10-28 JP JP62272076A patent/JP2517320B2/en not_active Expired - Fee Related
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