JP3391079B2 - 空間安定化制御装置 - Google Patents
空間安定化制御装置Info
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- 238000011105 stabilization Methods 0.000 title claims description 39
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 22
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
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- Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)
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- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、船舶、車両などの動
揺体の上に設置されたレーダアンテナ、撮像器などを空
間安定化する空間安定化制御装置に関する。以下撮像器
を空間安定化する空間安定化制御装置を例として説明す
る。
揺体の上に設置されたレーダアンテナ、撮像器などを空
間安定化する空間安定化制御装置に関する。以下撮像器
を空間安定化する空間安定化制御装置を例として説明す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種装置としては図１０、図１
１、図１２に示すものがあった。図１０は撮像器を空間
安定化するためのジンバルの図で１は動揺体、２は動揺
体に固定されたジンバル全体を支えるための固定部、３
は固定部２の上で固定部２に垂直な線を中心として回転
する旋回部で、その回転軸を旋回軸Ａとする。４は旋回
部３の上で旋回軸に垂直な線を中心として回転する俯仰
部で、その回転軸を俯仰軸Ｅとする。５は俯仰部４に固
定された撮像器で、目標Ｐと撮像器５の撮像部を結ぶ線
をＬＯＳとする。ＬＯＳと俯仰軸Ｅは垂直に交わるよう
に設定されている。このような構成のジンバルに於ては
旋回角、俯仰角を変えることでＬＯＳを自由に向けられ
ることは周知の事実である。
１、図１２に示すものがあった。図１０は撮像器を空間
安定化するためのジンバルの図で１は動揺体、２は動揺
体に固定されたジンバル全体を支えるための固定部、３
は固定部２の上で固定部２に垂直な線を中心として回転
する旋回部で、その回転軸を旋回軸Ａとする。４は旋回
部３の上で旋回軸に垂直な線を中心として回転する俯仰
部で、その回転軸を俯仰軸Ｅとする。５は俯仰部４に固
定された撮像器で、目標Ｐと撮像器５の撮像部を結ぶ線
をＬＯＳとする。ＬＯＳと俯仰軸Ｅは垂直に交わるよう
に設定されている。このような構成のジンバルに於ては
旋回角、俯仰角を変えることでＬＯＳを自由に向けられ
ることは周知の事実である。
【０００３】図１１はジンバルを模式的に書いた図で１
１は俯仰部４に取付けられ俯仰部４の俯仰軸Ｅ回りの慣
性空間座標に対する角速度を検出する第１のレートジャ
イロ、２１は俯仰部４に取付けられ俯仰部４のＬＯＳと
俯仰軸Ｅのそれぞれと直交する軸（以下検出軸という）
Ｃ回りの慣性空間座標に対する角速度を検出する第２の
レートジャイロである。俯仰角がゼロの場合はＬＯＳと
旋回軸Ａは垂直に交わり、第２のレートジャイロの検出
軸Ｃは旋回軸Ａと一致するが、俯仰角を上げていくとＬ
ＯＳと旋回軸Ａのなす角はしだいに小さくなり、検出軸
Ｃと旋回軸Ａのなす角はしだいに大きくなる。固定部２
の慣性空間に対する角速度ωＴＯを
１は俯仰部４に取付けられ俯仰部４の俯仰軸Ｅ回りの慣
性空間座標に対する角速度を検出する第１のレートジャ
イロ、２１は俯仰部４に取付けられ俯仰部４のＬＯＳと
俯仰軸Ｅのそれぞれと直交する軸（以下検出軸という）
Ｃ回りの慣性空間座標に対する角速度を検出する第２の
レートジャイロである。俯仰角がゼロの場合はＬＯＳと
旋回軸Ａは垂直に交わり、第２のレートジャイロの検出
軸Ｃは旋回軸Ａと一致するが、俯仰角を上げていくとＬ
ＯＳと旋回軸Ａのなす角はしだいに小さくなり、検出軸
Ｃと旋回軸Ａのなす角はしだいに大きくなる。固定部２
の慣性空間に対する角速度ωＴＯを
【０００４】
【数１】
【０００５】として、固定部２に対する旋回部３の角度
をα、角速度をΔα、旋回部３に対する俯仰部４の角度
をβ、角速度をΔβとすると、第１のレートジャイロ１
１の出力信号ωＸＥと、第２のレートジャイロ２１の出
力信号ωＺＥは
をα、角速度をΔα、旋回部３に対する俯仰部４の角度
をβ、角速度をΔβとすると、第１のレートジャイロ１
１の出力信号ωＸＥと、第２のレートジャイロ２１の出
力信号ωＺＥは
【０００６】
【数２】
【０００７】
【数３】
【０００８】となる。ＬＯＳの空間安定化とは第１のレ
ートジャイロ１１の出力信号ωＸＥと、第２のレートジ
ャイロ２１の出力信号ωＺＥをゼロにすることにほかな
らない。
ートジャイロ１１の出力信号ωＸＥと、第２のレートジ
ャイロ２１の出力信号ωＺＥをゼロにすることにほかな
らない。
【０００９】図１２はその制御ブロック図を示すもので
図において、１２は俯仰部駆動信号３９と第１のレート
ジャイロ１１の出力信号ωＸＥから電流指令を演算する
第１の角速度誤差演算器、１３はその出力を増幅する第
１の増幅器、１４は第１の増幅器１３の出力を受けて俯
仰軸を駆動する第１のモータ、１５は第１のモータ１４
により駆動される俯仰軸駆動部、２２は旋回部駆動信号
４０と第２のレートジャイロ２１の出力信号ωＺＥから
電流指令を演算する第２の角速度誤差演算器、２３はそ
の出力を増幅する第２の増幅器、２４は第２の増幅器２
３出力を受けて旋回軸を駆動する第２のモータ、２５は
第２のモータ２４により駆動される旋回軸駆動部であ
る。
図において、１２は俯仰部駆動信号３９と第１のレート
ジャイロ１１の出力信号ωＸＥから電流指令を演算する
第１の角速度誤差演算器、１３はその出力を増幅する第
１の増幅器、１４は第１の増幅器１３の出力を受けて俯
仰軸を駆動する第１のモータ、１５は第１のモータ１４
により駆動される俯仰軸駆動部、２２は旋回部駆動信号
４０と第２のレートジャイロ２１の出力信号ωＺＥから
電流指令を演算する第２の角速度誤差演算器、２３はそ
の出力を増幅する第２の増幅器、２４は第２の増幅器２
３出力を受けて旋回軸を駆動する第２のモータ、２５は
第２のモータ２４により駆動される旋回軸駆動部であ
る。
【００１０】次に動作について説明する。動揺体１が動
揺すると旋回軸駆動部２５、俯仰軸駆動部１５を介して
俯仰部４に固定された撮像器５が揺られる。俯仰部４に
固定された第１及び第２のレートジャイロ１１及び２１
はその揺れを慣性空間の角速度として検出し、俯仰部４
の俯仰軸Ｅ回りの角速度信号及び俯仰部１の検出軸Ｃ回
りの角速度信号として出力する。俯仰部については、第
１の角速度誤差演算器１２は俯仰部駆動信号と第１のレ
ートジャイロ１１の出力信号の偏差を算出し、サーボ演
算を行い電流指令を出力する。電流指令は第１の増幅器
１３で増幅され第１のモータ１４に供給される。第１の
モータ１４は電流指令に従って、俯仰軸駆動部１５を駆
動する。同様に旋回部については、第２の角速度誤差演
算器２２は旋回部駆動信号と第２のレートジャイロ２１
の出力信号の偏差を算出し、サーボ演算を行い電流指令
を出力する。電流指令は第２の増幅器２３で増幅され第
２のモータ２４に供給される。第２のモータ２４は電流
指令に従って、旋回駆動部２５を駆動する。
揺すると旋回軸駆動部２５、俯仰軸駆動部１５を介して
俯仰部４に固定された撮像器５が揺られる。俯仰部４に
固定された第１及び第２のレートジャイロ１１及び２１
はその揺れを慣性空間の角速度として検出し、俯仰部４
の俯仰軸Ｅ回りの角速度信号及び俯仰部１の検出軸Ｃ回
りの角速度信号として出力する。俯仰部については、第
１の角速度誤差演算器１２は俯仰部駆動信号と第１のレ
ートジャイロ１１の出力信号の偏差を算出し、サーボ演
算を行い電流指令を出力する。電流指令は第１の増幅器
１３で増幅され第１のモータ１４に供給される。第１の
モータ１４は電流指令に従って、俯仰軸駆動部１５を駆
動する。同様に旋回部については、第２の角速度誤差演
算器２２は旋回部駆動信号と第２のレートジャイロ２１
の出力信号の偏差を算出し、サーボ演算を行い電流指令
を出力する。電流指令は第２の増幅器２３で増幅され第
２のモータ２４に供給される。第２のモータ２４は電流
指令に従って、旋回駆動部２５を駆動する。
【００１１】この結果、俯仰部４に取付けられた撮像器
５が動き、その動きは第１及び第２のレートジャイロに
よって慣性空間基準の角速度として検出される。従来の
空間安定化制御装置はこのようなフィードバックループ
構成を有しているので駆動信号とレートジャイロの出力
信号の偏差は微小な値以下に保たれる。従って、駆動信
号としてゼロを入力すれば、第１及び第２のレートジャ
イロは慣性空間基準の角速度を検出しているので、撮像
装置のＬＯＳは空間安定化される。すなわち、動揺体の
動揺に係わらず、慣性空間上で、一定の方向を向く。ま
た、当然のことながら、駆動信号としてゼロ以外の値を
入力すれば、撮像装置のＬＯＳは、動揺体の動揺の影響
を受けずに、慣性空間基準で方向を変える。
５が動き、その動きは第１及び第２のレートジャイロに
よって慣性空間基準の角速度として検出される。従来の
空間安定化制御装置はこのようなフィードバックループ
構成を有しているので駆動信号とレートジャイロの出力
信号の偏差は微小な値以下に保たれる。従って、駆動信
号としてゼロを入力すれば、第１及び第２のレートジャ
イロは慣性空間基準の角速度を検出しているので、撮像
装置のＬＯＳは空間安定化される。すなわち、動揺体の
動揺に係わらず、慣性空間上で、一定の方向を向く。ま
た、当然のことながら、駆動信号としてゼロ以外の値を
入力すれば、撮像装置のＬＯＳは、動揺体の動揺の影響
を受けずに、慣性空間基準で方向を変える。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従来の空間安定化制御
装置は以上のように構成されているので俯仰角が増加
し、ＬＯＳが天頂を向いたとき、第２のレートジャイロ
２１の検出軸Ｃは旋回軸Ａに直交してしまう。そのた
め、ＬＯＳが天頂を向いたときには旋回軸Ａ回りの外乱
も旋回速度も測ることができずに制御することができな
いという課題があった。そのため、今までは俯仰角に制
限を設けてＬＯＳが天頂を向かないようにしていた。
装置は以上のように構成されているので俯仰角が増加
し、ＬＯＳが天頂を向いたとき、第２のレートジャイロ
２１の検出軸Ｃは旋回軸Ａに直交してしまう。そのた
め、ＬＯＳが天頂を向いたときには旋回軸Ａ回りの外乱
も旋回速度も測ることができずに制御することができな
いという課題があった。そのため、今までは俯仰角に制
限を設けてＬＯＳが天頂を向かないようにしていた。
【００１３】この発明は、上記のような課題を解消する
ためになされたもので、ＬＯＳが天頂を向いたときにも
制御が可能なようにし、ＬＯＳを空間安定化できる空間
安定化制御装置を得ることを目的とする。
ためになされたもので、ＬＯＳが天頂を向いたときにも
制御が可能なようにし、ＬＯＳを空間安定化できる空間
安定化制御装置を得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明に係わる空間安
定化制御装置は俯仰部にあり旋回軸の制御に用いていた
レートジャイロを旋回部に移設して、もう一つのレート
ジャイロを旋回部に設けて旋回軸及び俯仰軸に直交する
軸の角速度を検出し、各々の信号を用いてＬＯＳを空間
安定化するものである。
定化制御装置は俯仰部にあり旋回軸の制御に用いていた
レートジャイロを旋回部に移設して、もう一つのレート
ジャイロを旋回部に設けて旋回軸及び俯仰軸に直交する
軸の角速度を検出し、各々の信号を用いてＬＯＳを空間
安定化するものである。
【００１５】又は旋回部の旋回軸回りの角速度を検出す
るレートジャイロのほかにもう一つのレートジャイロを
俯仰部に設けてＬＯＳの角速度を検出し、各々の信号を
用いてＬＯＳを空間安定化するものである。
るレートジャイロのほかにもう一つのレートジャイロを
俯仰部に設けてＬＯＳの角速度を検出し、各々の信号を
用いてＬＯＳを空間安定化するものである。
【００１６】
【作用】この発明に係わる空間安定化制御装置は旋回軸
の角速度と旋回軸及び俯仰軸に直交する軸の角速度を別
個に測定し、各々の信号を用いてＬＯＳを空間安定化す
るため、ＬＯＳが天頂を向いたときにも制御が可能であ
り、ＬＯＳを空間安定化できる空間安定化制御を実現し
たものである。
の角速度と旋回軸及び俯仰軸に直交する軸の角速度を別
個に測定し、各々の信号を用いてＬＯＳを空間安定化す
るため、ＬＯＳが天頂を向いたときにも制御が可能であ
り、ＬＯＳを空間安定化できる空間安定化制御を実現し
たものである。
【００１７】この発明に係わる空間安定化制御装置は旋
回軸の角速度とＬＯＳの角速度を別個に測定し、各々の
信号を用いてＬＯＳを空間安定化するため、ＬＯＳが天
頂を向いたときにも制御が可能であり、ＬＯＳを空間安
定化できる空間安定化制御を実現したものである。
回軸の角速度とＬＯＳの角速度を別個に測定し、各々の
信号を用いてＬＯＳを空間安定化するため、ＬＯＳが天
頂を向いたときにも制御が可能であり、ＬＯＳを空間安
定化できる空間安定化制御を実現したものである。
【００１８】
実施例１
図１はこの発明の実施例１によるジンバルの模式図を示
すものである。図１において、１から５までと１１は従
来の装置と同様である。１０は俯仰部４の旋回部３に対
する角度を検出する角度検出器、２１は旋回部３の旋回
軸Ａ回りの慣性空間座標に対する角速度を検出する第２
のレートジャイロで搭載位置が従来の俯仰部から旋回部
に変更されている。３１は旋回部に搭載され旋回軸Ａと
俯仰軸Ｅに直交するロール軸Ｒ回りの慣性空間座標に対
するの角速度を検出する第３のレートジャイロである。
図２はその制御ブロック図を示すもので図において、３
２は角度検出器１０の出力信号と第３のレートジャイロ
３１の出力信号を入力し旋回部安定化信号を出力する座
標変換器、３３は旋回部駆動信号４０と座標変換器３２
の出力の旋回部安定化信号を加算して旋回部目標信号を
出力する加算器である。
すものである。図１において、１から５までと１１は従
来の装置と同様である。１０は俯仰部４の旋回部３に対
する角度を検出する角度検出器、２１は旋回部３の旋回
軸Ａ回りの慣性空間座標に対する角速度を検出する第２
のレートジャイロで搭載位置が従来の俯仰部から旋回部
に変更されている。３１は旋回部に搭載され旋回軸Ａと
俯仰軸Ｅに直交するロール軸Ｒ回りの慣性空間座標に対
するの角速度を検出する第３のレートジャイロである。
図２はその制御ブロック図を示すもので図において、３
２は角度検出器１０の出力信号と第３のレートジャイロ
３１の出力信号を入力し旋回部安定化信号を出力する座
標変換器、３３は旋回部駆動信号４０と座標変換器３２
の出力の旋回部安定化信号を加算して旋回部目標信号を
出力する加算器である。
【００１９】次に動作について説明する。動揺体１が動
揺すると旋回軸駆動部２５、俯仰軸駆動部１５を介して
俯仰部４に固定された撮像器５が揺られる。俯仰部４に
固定された第１のレートジャイロ１１はその揺れを慣性
空間の角速度として検出し、俯仰部４の俯仰軸Ｅ回りの
角速度信号として出力する。第１の角速度誤差演算器１
２によって俯仰部駆動信号と第１のレートジャイロ１１
の出力信号の偏差が算出され、第１の増幅器１３で増幅
され第１のモータ１４を介して俯仰軸駆動部１５が駆動
されるのは従来の装置と同じである。一方、旋回部３に
固定された第２及び第３のレートジャイロ２１及び３１
はその揺れを慣性空間の角速度として検出し、旋回部３
の旋回軸Ａ回り及びロール軸Ｒ回りの角速度信号として
出力する。第２のレートジャイロ２１の検出する角速度
ωＺＢは、数４となる。
揺すると旋回軸駆動部２５、俯仰軸駆動部１５を介して
俯仰部４に固定された撮像器５が揺られる。俯仰部４に
固定された第１のレートジャイロ１１はその揺れを慣性
空間の角速度として検出し、俯仰部４の俯仰軸Ｅ回りの
角速度信号として出力する。第１の角速度誤差演算器１
２によって俯仰部駆動信号と第１のレートジャイロ１１
の出力信号の偏差が算出され、第１の増幅器１３で増幅
され第１のモータ１４を介して俯仰軸駆動部１５が駆動
されるのは従来の装置と同じである。一方、旋回部３に
固定された第２及び第３のレートジャイロ２１及び３１
はその揺れを慣性空間の角速度として検出し、旋回部３
の旋回軸Ａ回り及びロール軸Ｒ回りの角速度信号として
出力する。第２のレートジャイロ２１の検出する角速度
ωＺＢは、数４となる。
【００２０】
【数４】
【００２１】第３のレートジャイロ３１の検出する角速
度ωＹＢは、数５となる。
度ωＹＢは、数５となる。
【００２２】
【数５】
【００２３】座標変換器３２は角度検出器１０の出力信
号βと第３のレートジャイロの出力信号ωＹＢを入力
し、
号βと第３のレートジャイロの出力信号ωＹＢを入力
し、
【００２４】
【数６】
【００２５】で表わされる演算を行ってその結果を旋回
部安定化信号として出力する。加算器３３は旋回部駆動
信号４０と座標変換器３２の出力の旋回部安定化信号を
加算して旋回部目標信号を出力する。第２の角速度誤差
演算器２２は旋回部目標信号と第２のレートジャイロ２
１の出力信号の偏差を算出し、サーボ演算を行い電流指
令を出力する。電流指令は第２の増幅器２３で増幅され
第２のモータ２４に供給される。第２のモータ２４は電
流指令に従って、旋回駆動部２５を駆動するのは従来の
装置と同一である。
部安定化信号として出力する。加算器３３は旋回部駆動
信号４０と座標変換器３２の出力の旋回部安定化信号を
加算して旋回部目標信号を出力する。第２の角速度誤差
演算器２２は旋回部目標信号と第２のレートジャイロ２
１の出力信号の偏差を算出し、サーボ演算を行い電流指
令を出力する。電流指令は第２の増幅器２３で増幅され
第２のモータ２４に供給される。第２のモータ２４は電
流指令に従って、旋回駆動部２５を駆動するのは従来の
装置と同一である。
【００２６】この結果、ＬＯＳが上を向いたときでも、
第２のレートジャイロ２１は旋回軸Ａ回りの外乱も旋回
速度も測ることができるため、制御が可能であり、ＬＯ
Ｓを空間安定化できることになる。駆動信号としてゼロ
以外の値を入力すれば、撮像装置のＬＯＳは、動揺体の
動揺の影響を受けずに、慣性空間基準で方向を変えるの
は従来の装置と同様であるのは言うまでもない。
第２のレートジャイロ２１は旋回軸Ａ回りの外乱も旋回
速度も測ることができるため、制御が可能であり、ＬＯ
Ｓを空間安定化できることになる。駆動信号としてゼロ
以外の値を入力すれば、撮像装置のＬＯＳは、動揺体の
動揺の影響を受けずに、慣性空間基準で方向を変えるの
は従来の装置と同様であるのは言うまでもない。
【００２７】実施例２
図３はこの発明の実施例２によるジンバルの模式図を示
すものである。図３において、１から５までと１１は従
来の装置と同様である。１０は俯仰部４の旋回部３に対
する角度βを検出する角度検出器、２１は旋回部３の旋
回軸Ａ回りの慣性空間座標に対する角速度を検出する第
２のレートジャイロで搭載位置が従来の俯仰部から旋回
部に変更されている。３１は俯仰部に搭載されＬＯＳ軸
回りの慣性空間座標に対するの角速度を検出する第３の
レートジャイロである。図４はその制御ブロック図を示
すもので図において、３２は角度検出器１０の出力信号
と第２及び第３のレートジャイロの出力信号を入力し旋
回部安定化信号を出力する座標変換器、３３は旋回部駆
動信号４０と座標変換器３２の出力の旋回部安定化信号
を加算して旋回部目標信号を出力する加算器である。
すものである。図３において、１から５までと１１は従
来の装置と同様である。１０は俯仰部４の旋回部３に対
する角度βを検出する角度検出器、２１は旋回部３の旋
回軸Ａ回りの慣性空間座標に対する角速度を検出する第
２のレートジャイロで搭載位置が従来の俯仰部から旋回
部に変更されている。３１は俯仰部に搭載されＬＯＳ軸
回りの慣性空間座標に対するの角速度を検出する第３の
レートジャイロである。図４はその制御ブロック図を示
すもので図において、３２は角度検出器１０の出力信号
と第２及び第３のレートジャイロの出力信号を入力し旋
回部安定化信号を出力する座標変換器、３３は旋回部駆
動信号４０と座標変換器３２の出力の旋回部安定化信号
を加算して旋回部目標信号を出力する加算器である。
【００２８】次に動作について説明する。動揺体１が動
揺すると旋回軸駆動部２５、俯仰軸駆動部１５を介して
俯仰部４に固定された撮像器５が揺られる。俯仰部４に
固定された第１のレートジャイロ１１はその揺れを慣性
空間の角速度として検出し、俯仰部４の俯仰軸Ｅ回りの
角速度信号として出力する。第１の角速度誤差演算器１
２によって俯仰部駆動信号と第１のレートジャイロ１１
の出力信号の偏差が算出され、第１の増幅器１３で増幅
され第１のモータ１４を介して俯仰軸駆動部１５が駆動
されるのは従来の装置と同じである。一方、旋回部３に
固定された第２のレートジャイロ２１はその揺れを慣性
空間の角速度として検出し、旋回部３の旋回軸Ａ回りの
角速度信号として出力し、その検出する角速度ωＺＢ
は、数４となる。
揺すると旋回軸駆動部２５、俯仰軸駆動部１５を介して
俯仰部４に固定された撮像器５が揺られる。俯仰部４に
固定された第１のレートジャイロ１１はその揺れを慣性
空間の角速度として検出し、俯仰部４の俯仰軸Ｅ回りの
角速度信号として出力する。第１の角速度誤差演算器１
２によって俯仰部駆動信号と第１のレートジャイロ１１
の出力信号の偏差が算出され、第１の増幅器１３で増幅
され第１のモータ１４を介して俯仰軸駆動部１５が駆動
されるのは従来の装置と同じである。一方、旋回部３に
固定された第２のレートジャイロ２１はその揺れを慣性
空間の角速度として検出し、旋回部３の旋回軸Ａ回りの
角速度信号として出力し、その検出する角速度ωＺＢ
は、数４となる。
【００２９】また、俯仰部４に固定された第３のレート
ジャイロ３１はＬＯＳ軸回りの角速度信号として出力
し、その検出する角速度ωＬＯＳは、数７となる。
ジャイロ３１はＬＯＳ軸回りの角速度信号として出力
し、その検出する角速度ωＬＯＳは、数７となる。
【００３０】
【数７】
【００３１】座標変換器３２は角度検出器１０の出力信
号βと第２のレートジャイロ２１の出力信号ωＺＢ及び
第３のレートジャイロ３１の出力信号ωＬＯＳを入力
し、
号βと第２のレートジャイロ２１の出力信号ωＺＢ及び
第３のレートジャイロ３１の出力信号ωＬＯＳを入力
し、
【００３２】
【数８】
【００３３】で表わされる演算を行ってその結果を旋回
部安定化信号として出力する。加算器３３は旋回部駆動
信号４０と座標変換器３２の出力の旋回部安定化信号を
加算して旋回部目標信号を出力する。第２の角速度誤差
演算器２２は旋回部目標信号と第２のレートジャイロ２
１の出力信号の偏差を算出し、サーボ演算を行い電流指
令を出力する。電流指令は第２の増幅器２３で増幅され
第２のモータ２４に供給される。第２のモータ２４は電
流指令に従って、旋回駆動部２５を駆動するのは従来の
装置と同一である。
部安定化信号として出力する。加算器３３は旋回部駆動
信号４０と座標変換器３２の出力の旋回部安定化信号を
加算して旋回部目標信号を出力する。第２の角速度誤差
演算器２２は旋回部目標信号と第２のレートジャイロ２
１の出力信号の偏差を算出し、サーボ演算を行い電流指
令を出力する。電流指令は第２の増幅器２３で増幅され
第２のモータ２４に供給される。第２のモータ２４は電
流指令に従って、旋回駆動部２５を駆動するのは従来の
装置と同一である。
【００３４】この結果、ＬＯＳが上を向いたときでも、
第２のレートジャイロ２１は旋回軸Ａ回りの外乱も旋回
速度も測ることができるため、制御が可能であり、ＬＯ
Ｓを空間安定化できることになる。駆動信号としてゼロ
以外の値を入力すれば、撮像装置のＬＯＳは、動揺体の
動揺の影響を受けずに、慣性空間基準で方向を変えるの
は従来の装置と同様であるのは言うまでもない。
第２のレートジャイロ２１は旋回軸Ａ回りの外乱も旋回
速度も測ることができるため、制御が可能であり、ＬＯ
Ｓを空間安定化できることになる。駆動信号としてゼロ
以外の値を入力すれば、撮像装置のＬＯＳは、動揺体の
動揺の影響を受けずに、慣性空間基準で方向を変えるの
は従来の装置と同様であるのは言うまでもない。
【００３５】実施例３
次に実施例３について説明する。実施例１または実施例
２では座標変換器３２で行う演算の中に１／ＣＯＳβの
計算を含んでいるのでＬＯＳが上を向いたとき、計算が
できなくなってしまうことがある。図５はその問題を解
決するための方策を実施例１に対して適用した制御ブロ
ック図を示すもので図において、３４は角度信号βを入
力してその値があるしきい値以上の時は一定値を出力す
る制限器でその出力を制限された角度信号Ｌβとする。
座標変換器３２は制限器３４の出力信号Ｌβと第３のレ
ートジャイロ３１の出力信号ωＹＢを入力し、
２では座標変換器３２で行う演算の中に１／ＣＯＳβの
計算を含んでいるのでＬＯＳが上を向いたとき、計算が
できなくなってしまうことがある。図５はその問題を解
決するための方策を実施例１に対して適用した制御ブロ
ック図を示すもので図において、３４は角度信号βを入
力してその値があるしきい値以上の時は一定値を出力す
る制限器でその出力を制限された角度信号Ｌβとする。
座標変換器３２は制限器３４の出力信号Ｌβと第３のレ
ートジャイロ３１の出力信号ωＹＢを入力し、
【００３６】
【数９】
【００３７】で表わされる演算を行ってその結果を旋回
部安定化信号として出力する。以下の動作は実施例１と
同様である。
部安定化信号として出力する。以下の動作は実施例１と
同様である。
【００３８】実施例４
図６は、実施例３を実施例２に対して適用した制御ブロ
ック図を示すもので図において、３４は角度信号βを入
力してその値があるしきい値以上の時は一定値を出力す
る制限器でその出力を制限された角度信号Ｌβとする。
座標変換器３２は制限器３４の出力信号Ｌβと第２のレ
ートジャイロ２１の出力信号ωＺＢ及び第３のレートジ
ャイロ３１の出力信号ωＬＯＳを入力し、
ック図を示すもので図において、３４は角度信号βを入
力してその値があるしきい値以上の時は一定値を出力す
る制限器でその出力を制限された角度信号Ｌβとする。
座標変換器３２は制限器３４の出力信号Ｌβと第２のレ
ートジャイロ２１の出力信号ωＺＢ及び第３のレートジ
ャイロ３１の出力信号ωＬＯＳを入力し、
【００３９】
【数１０】
【００４０】で表わされる演算を行ってその結果を旋回
部安定化信号として出力する。以下の動作は実施例２と
同様である。
部安定化信号として出力する。以下の動作は実施例２と
同様である。
【００４１】実施例５
また、実施例１または実施例２では座標変換器３２で行
う演算の中に１／ＣＯＳβの計算を含んでいるのでβが
大きくなると１／ＣＯＳβの値が大きくなりレートジャ
イロの出力信号にオフセットを含んでいると旋回部安定
化信号に一定の大きさのオフセットが現われＬＯＳがド
リフトしてしまうという問題がある。図７はその問題を
解決するための方策を実施例１に対して適用した制御ブ
ロック図の一例を示すもので図において、１６は第１の
レートジャイロ１１の出力に加えた第１のハイパスフィ
ルタ、２６は第２のレートジャイロ２１の出力に加えた
第２のハイパスフィルタ、３６は第３のレートジャイロ
３１の出力に加えた第３のハイパスフィルタである。こ
れらのフィルタによってジャイロが持つオフセットのよ
うな低周波の成分を取り除きＬＯＳがドリフトしないよ
うにする効果がある。
う演算の中に１／ＣＯＳβの計算を含んでいるのでβが
大きくなると１／ＣＯＳβの値が大きくなりレートジャ
イロの出力信号にオフセットを含んでいると旋回部安定
化信号に一定の大きさのオフセットが現われＬＯＳがド
リフトしてしまうという問題がある。図７はその問題を
解決するための方策を実施例１に対して適用した制御ブ
ロック図の一例を示すもので図において、１６は第１の
レートジャイロ１１の出力に加えた第１のハイパスフィ
ルタ、２６は第２のレートジャイロ２１の出力に加えた
第２のハイパスフィルタ、３６は第３のレートジャイロ
３１の出力に加えた第３のハイパスフィルタである。こ
れらのフィルタによってジャイロが持つオフセットのよ
うな低周波の成分を取り除きＬＯＳがドリフトしないよ
うにする効果がある。
【００４２】実施例６
また実施例５では、ハイパスフィルタを第１から第３の
レートジャイロの出力に加えているがほかの方法による
こともできる。図８はその方法を実施例１に対して適用
した制御ブロック図を示すもので図において１７はジャ
イロ出力が理論的にゼロになるときの信号を入力し、そ
のときの第１のレートジャイロ１１の出力をホールドす
る第１のホールド回路、１８はホールド回路１７の出力
を第１のレートジャイロ１１の出力信号から減算する第
１の減算器、２７はジャイロ出力が理論的にゼロになる
ときの信号を入力し、そのときの第２のレートジャイロ
の出力２１をホールドする第２のホールド回路、２８は
ホールド回路２７の出力を第２のレートジャイロ２１の
出力信号から減算する第２の減算器、３７はジャイロ出
力が理論的にゼロになるときの信号を入力し、そのとき
の第３のレートジャイロの出力３１をホールドする第３
のホールド回路、３８はホールド回路３７の出力を第３
のレートジャイロ３１の出力信号から減算する第３の減
算器である。このような回路構成では、船舶、車両など
の動揺体が停止し、かつ空間安定化制御装置が駆動され
ていないときにジャイロの出力信号は理論的にはゼロに
なるのでこのときの第１から第３のレートジャイロの出
力信号をホールド回路でホールドすればそれがジャイロ
のオフセット分である。このホールド回路の出力を第１
から第３の減算器で各々のレートジャイロ出力から減算
することでオフセットをなくすことができる。
レートジャイロの出力に加えているがほかの方法による
こともできる。図８はその方法を実施例１に対して適用
した制御ブロック図を示すもので図において１７はジャ
イロ出力が理論的にゼロになるときの信号を入力し、そ
のときの第１のレートジャイロ１１の出力をホールドす
る第１のホールド回路、１８はホールド回路１７の出力
を第１のレートジャイロ１１の出力信号から減算する第
１の減算器、２７はジャイロ出力が理論的にゼロになる
ときの信号を入力し、そのときの第２のレートジャイロ
の出力２１をホールドする第２のホールド回路、２８は
ホールド回路２７の出力を第２のレートジャイロ２１の
出力信号から減算する第２の減算器、３７はジャイロ出
力が理論的にゼロになるときの信号を入力し、そのとき
の第３のレートジャイロの出力３１をホールドする第３
のホールド回路、３８はホールド回路３７の出力を第３
のレートジャイロ３１の出力信号から減算する第３の減
算器である。このような回路構成では、船舶、車両など
の動揺体が停止し、かつ空間安定化制御装置が駆動され
ていないときにジャイロの出力信号は理論的にはゼロに
なるのでこのときの第１から第３のレートジャイロの出
力信号をホールド回路でホールドすればそれがジャイロ
のオフセット分である。このホールド回路の出力を第１
から第３の減算器で各々のレートジャイロ出力から減算
することでオフセットをなくすことができる。
【００４３】実施例７
また実施例６では、理論的にジャイロのオフセットがゼ
ロの時の値をホールドしているがほかの方法によること
もできる。図９はその方法を実施例１に対して適用した
制御ブロック図を示すもので図において１０は俯仰部と
固定部の角度を検出する第１の角度検出器、１９はオフ
セットキャンセル指令を加えたときに俯仰角度指令信号
と第１の角度検出器１０の出力信号の差を演算して俯仰
部駆動信号３９を出力する第１の角度誤差演算器、２０
は旋回部と固定部の角度を検出する第２の角度検出器、
２９はオフセットキャンセル指令を加えたときに旋回角
度指令信号と第２の角度検出器２０の出力信号の差を演
算して旋回部駆動信号４０を出力する第２の角度誤差演
算器である。このような回路構成では、船舶、車両など
の動揺体が停止しているときにオフセットキャンセル指
令を加えると俯仰部は旋回部に対して、旋回部は固定部
に対して角度ループを構成し、空間に対しても固定され
ることになる。この時のジャイロの出力信号は理論的に
はゼロになるのでこのときの第１から第３のレートジャ
イロの出力信号をホールド回路でホールドすればそれが
ジャイロのオフセット分である。このホールド回路の出
力を第１から第３の減算器で各々のレートジャイロ出力
から減算することでオフセットをなくすことができる。
ロの時の値をホールドしているがほかの方法によること
もできる。図９はその方法を実施例１に対して適用した
制御ブロック図を示すもので図において１０は俯仰部と
固定部の角度を検出する第１の角度検出器、１９はオフ
セットキャンセル指令を加えたときに俯仰角度指令信号
と第１の角度検出器１０の出力信号の差を演算して俯仰
部駆動信号３９を出力する第１の角度誤差演算器、２０
は旋回部と固定部の角度を検出する第２の角度検出器、
２９はオフセットキャンセル指令を加えたときに旋回角
度指令信号と第２の角度検出器２０の出力信号の差を演
算して旋回部駆動信号４０を出力する第２の角度誤差演
算器である。このような回路構成では、船舶、車両など
の動揺体が停止しているときにオフセットキャンセル指
令を加えると俯仰部は旋回部に対して、旋回部は固定部
に対して角度ループを構成し、空間に対しても固定され
ることになる。この時のジャイロの出力信号は理論的に
はゼロになるのでこのときの第１から第３のレートジャ
イロの出力信号をホールド回路でホールドすればそれが
ジャイロのオフセット分である。このホールド回路の出
力を第１から第３の減算器で各々のレートジャイロ出力
から減算することでオフセットをなくすことができる。
【００４４】なお、上記実施例では船舶や車両に搭載す
る空間安定化制御装置に関して説明したが、この発明は
これに限るものではなく航空機などに搭載して下向きに
取付けられる空間安定化制御装置にも適用ができ、その
場合には説明中の天頂が真下に変わることは言うまでも
ない。
る空間安定化制御装置に関して説明したが、この発明は
これに限るものではなく航空機などに搭載して下向きに
取付けられる空間安定化制御装置にも適用ができ、その
場合には説明中の天頂が真下に変わることは言うまでも
ない。
【００４５】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、従来
の装置で俯仰部にあり旋回軸の制御に用いていた第２の
レートジャイロを旋回部に移設して、もう一つのレート
ジャイロを旋回部に設けてロール軸の角速度を検出す
る、又はもう一つのレートジャイロを俯仰部に設けてＬ
ＯＳの角速度を検出することでＬＯＳを天頂まで向ける
ことができるという効果がある。
の装置で俯仰部にあり旋回軸の制御に用いていた第２の
レートジャイロを旋回部に移設して、もう一つのレート
ジャイロを旋回部に設けてロール軸の角速度を検出す
る、又はもう一つのレートジャイロを俯仰部に設けてＬ
ＯＳの角速度を検出することでＬＯＳを天頂まで向ける
ことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１のジンバル構成を示す模式
図である。
図である。
【図２】この発明の実施例１の制御ブロック図である。
【図３】この発明の実施例２のジンバル構成を示す模式
図である。
図である。
【図４】この発明の実施例２の制御ブロック図である。
【図５】この発明の実施例３の制御ブロック図である。
【図６】この発明の実施例４の制御ブロック図である。
【図７】この発明の実施例５の制御ブロック図である。
【図８】この発明の実施例６の制御ブロック図である。
【図９】この発明の実施例７の制御ブロック図である。
【図１０】従来のジンバル構成を示す外観図である。
【図１１】従来のジンバル構成を示す模式図である。
【図１２】従来の制御ブロック図である。
１ 動揺体
２ 固定部
３ 旋回部
４ 俯仰部
５ 撮像器
１０ （第１の）角度検出器
１１ 第１のレートジャイロ
１２ 第１の角速度誤差演算器
１３ 第１の増幅器
１４ 第１のモータ
１５ 俯仰軸駆動部
１６ 第１のハイパスフィルタ
１７ 第１のホールド回路
１８ 第１の減算器
１９ 第１の角度誤差演算器
２０ 第２の角度検出器
２１ 第２のレートジャイロ
２２ 第２の角速度誤差演算器
２３ 第２の増幅器
２４ 第２のモータ
２５ 旋回軸駆動部
２６ 第２のハイパスフィルタ
２７ 第２のホールド回路
２８ 第２の減算器
２９ 第２の角度誤差演算器
３１ 第３のレートジャイロ
３２ 座標変換器
３３ 加算器
３４ 制限器
３６ 第３のハイパスフィルタ
３７ 第３のホールド回路
３８ 第３の減算器
３９ 俯仰部駆動信号
４０ 旋回部駆動信号
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭56−122202（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−206713（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01Q 3/02 - 3/08
Claims (6)
- 【請求項１】 動揺体に固定されてジンバル全体を支え
るための固定部と、固定部の上又は下で固定部に垂直な
線を中心として回転する旋回部と、旋回部の上又は下で
旋回軸に垂直な線を中心として回転する俯仰部と、俯仰
部に取付けられ俯仰部の俯仰軸回りの慣性空間座標に対
する角速度を検出する第１のレートジャイロと、旋回部
に取付けられ旋回部の旋回軸回りの慣性空間座標に対す
る角速度を検出する第２のレートジャイロと、旋回部に
取付けられ旋回部の旋回軸と俯仰軸に直交するロール軸
回りの慣性空間座標に対する角速度を検出する第３のレ
ートジャイロと、俯仰軸の旋回部に対する角度を検出す
る角度検出器と、角度検出器の出力信号βと第３のレー
トジャイロの出力信号ωYBを入力し、 ωSTB＝SIN（β）ωYB／COS（β） に基づいて演算される旋回部安定化信号ωSTB を出力す
る座標変換器と、俯仰部駆動信号と第１のレートジャイ
ロの出力信号から電流指令を演算する第１の角速度誤差
演算器と、その出力を増幅する第１の増幅器と、第１の
増幅器の出力を受けて俯仰軸を駆動する第１のモータ
と、第１のモータに駆動される俯仰軸駆動部と、旋回部
駆動信号と旋回部安定化信号とを加算して旋回部目標信
号を出力する加算器と、加算器の出力する旋回部目標信
号と第２のレートジャイロの出力信号から電流指令を演
算する第２の角速度誤差演算器と、その出力を増幅する
第２の増幅器と、第２の増幅器の出力を受けて旋回軸を
駆動する第２のモータと、第２のモータに駆動される回
軸駆動部とを備えたことを特徴とする空間安定化制御装
置。 - 【請求項２】 動揺体に固定されてジンバル全体を支え
るための固定部と、固定部の上又は下で固定部に垂直な
線を中心として回転する旋回部と、旋回部の上又は下で
旋回軸に垂直な線を中心として回転する俯仰部と、俯仰
部に取付けられ俯仰部の俯仰軸回りの慣性空間座標に対
する角速度を検出する第１のレートジャイロと、旋回部
に取付けられ旋回部の旋回軸回りの慣性空間座標に対す
る角速度を検出する第２のレートジャイロと、俯仰部に
取付けられ俯仰部のＬＯＳ（Ｌｉｎｅ Ｏｆ Ｓｉｇｈ
ｔ；視軸線）軸回りの慣性空間座標に対する角速度を検
出する第３のレートジャイロと、俯仰軸の旋回部に対す
る角度を検出する角度検出器と、角度検出器の出力信号
βと第２のレートジャイロの出力信号ωZB及び第３のレ
ートジャイロの出力信号ωLOSを入力し、 ωSTB＝−SIN（β）｛ωLOS−SIN（β）ωZB｝／COS（β）COS（β） に基づいて演算される旋回部安定化信号ωSTB を出力す
る座標変換器と、俯仰部駆動信号と第１のレートジャイ
ロの出力信号から電流指令を演算する第１の角速度誤差
演算器と、その出力を増幅する第１の増幅器と、第１の
増幅器の出力を受けて俯仰軸を駆動する第１のモータ
と、第１のモータに駆動される俯仰軸駆動部と、旋回部
駆動信号と旋回部安定化信号とを加算して旋回部目標信
号を出力する加算器と、加算器の出力する旋回部目標信
号と第２のレートジャイロの出力信号から電流指令を演
算する第２の角速度誤差演算器と、その出力を増幅する
第２の増幅器と、第２の増幅器の出力を受けて旋回軸を
駆動する第２のモータと、第２のモータに駆動される旋
回軸駆動部とを備えたことを特徴とする空間安定化制御
装置。 - 【請求項３】 俯仰軸の角度があるしきい値を越えたと
き一定値を出力する制限器を設け、その出力を座標変換
器の俯仰角度入力にすることを特徴とする請求項１又は
２記載の空間安定化制御装置。 - 【請求項４】 第１、第２及び第３のレートジャイロ出
力にそれぞれ第１、第２および第３のハイパスフィルタ
を設けそのフィルタを通した信号を空間安定化に使うこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の空間安定化制御装
置。 - 【請求項５】 第１、第２及び第３のレートジャイロ出
力を入力し、それぞれの信号が理論的にゼロになるとき
の値をホールドする第１、第２及び第３のホールド回路
と、レートジャイロ出力からホールド回路出力を減算す
る第１、第２及び第３の減算器を有し、その出力信号を
空間安定化に使うことを特徴とする請求項１又は２記載
の空間安定化制御装置。 - 【請求項６】 俯仰軸の旋回部に対する角度を検出する
第１の角度検出器と、旋回軸の固定部に対する角度を検
出する第２の角度検出器と、オフセットキャンセル指令
を入力したときに俯仰角度指令信号と第１の角度検出器
の出力信号から俯仰駆動信号を演算する第１の角度誤差
演算器と、オフセットキャンセル指令を入力したときに
旋回角度指令信号と第２の角度検出器の出力信号から旋
回駆動信号を演算する第２の角度誤差演算器と、第１、
第２及び第３のレートジャイロ出力を入力し、オフセッ
トキャンセル指令を入力したときの値をホールドする第
１、第２及び第３のホールド回路と、レートジャイロ出
力からホールド回路出力を減算する第１、第２及び第３
の減算器を有し、その出力信号を空間安定化に使うこと
を特徴とする請求項１又は２記載の空間安定化制御装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02698194A JP3391079B2 (ja) | 1994-02-24 | 1994-02-24 | 空間安定化制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02698194A JP3391079B2 (ja) | 1994-02-24 | 1994-02-24 | 空間安定化制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07235823A JPH07235823A (ja) | 1995-09-05 |
| JP3391079B2 true JP3391079B2 (ja) | 2003-03-31 |
Family
ID=12208343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02698194A Expired - Lifetime JP3391079B2 (ja) | 1994-02-24 | 1994-02-24 | 空間安定化制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3391079B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09171406A (ja) * | 1995-12-19 | 1997-06-30 | Nec Corp | 探索ロボット |
| EP2960623A4 (en) * | 2013-02-20 | 2017-02-15 | Nec Corporation | Spatial stabilization device, spatial stabilization method, and storage medium for spatial stabilization program |
| JP6090426B2 (ja) * | 2013-03-06 | 2017-03-08 | 日本電気株式会社 | 空間安定装置とその制御方法、および、プログラム |
| JP6595435B2 (ja) * | 2016-10-24 | 2019-10-23 | 株式会社日本総合研究所 | 制御装置及びプログラム |
-
1994
- 1994-02-24 JP JP02698194A patent/JP3391079B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07235823A (ja) | 1995-09-05 |
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