JPH01503089A - コリオリ速度センサディザー駆動のためのサーボループ制御 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 コリオリ速度センサディザ−駆動のためのサーボループ制御 １Ｌ１ この発明は一般にサーボループ制御、特にコリオリ速度センサ駆動コントローラ に関するものである。

１１へＬＬ 所定の座標軸の周りの回転角速度は加速度計の受感軸に垂直であり、かつ、その 回転が測定されるべき速度軸に垂直である軸に沿って加速度計を移動させること （例えば、振動）によって測定される０例えば、その回転速度が測定されるべき 本体に固定されたｘ、ｙ、ｚの座標軸の組、および、Ｚ軸に沿って配列された受 感軸を有する本体にまた固定される加速度計を考察する１本体の回転角の速度が Ｘ軸に沿った成分を含むならば、Ｙ軸に沿った加速度計の周期的運動は加速度計 によって受感される２方向に作動する周期的コリオリ加速度を発生する。コリオ リ加速度の大きさはＸ軸の周りの回転速度に比例する。結果として、加速度計の 出力はＺ軸に沿って本体の線形加速度を表す直流またはゆっくり変化する成分お よびＸ軸の周りの回転を表す周期的成分を含む、加速度計の出力は線形加速度お よびＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の周りの角速度を生ずるよう、それぞれ、Ｘ軸、Ｙ軸方向 の受感軸を有し、２軸およびＸ軸に沿って移動する加速度計の出力と一緒に処理 される。

１９８７年７月１７日に出願されたｒコリオリ速度センサに対するフレームアセ ンブリおよびディザ−駆動」という名称の米国特許明細書には受感軸に垂直な軸 に沿って２つの加速度計を振動させるための回転速度センサおよび駆動アセンブ リのための好ましい実施例が記載されている。加速度計はそれらの受感軸が互い に平行または逆平行であるようフレームに取り付けられる。駆動アセンブリに取 り付けられた電磁石はフレームおよび取り付けられた加速度計を振動または前後 にディザ−するよう駆動磁力を提供し、電磁石が交互に付勢されるように複数の 接合部の周りでフレームを曲げさせる。

幾つかの従来の技術のディザ−駆動が自然周波数で前後に振動するように回転速 度センナを励起するよう実施されてきたが、一方、共振周波数とは異なる一定の 予め規定されている周波数で振動するようにセンサを駆動することが一般的に好 ましい、公知の予め規定されている周波数でコリオリ速度センサを駆動すること は加速度計によって発生された信号および回転速度信号の復調の処理を非常に容 易にする。

上記で費照された特許明細書に記載された駆動アセンブリは従来技術のソレノイ ドおよびＤ・アーソンバルトルクコイル以上の幾つかの利点を有する二重電磁石 引力器コイルを使用する。ディザ−駆動の設計にもかかわらず、それは安定した ディザ−運動を発生するために制御されることが重要である。さらに、この制御 は最少整定時間を与えるべきであり、すなわち、安定したディザ−振幅を達成す るために速度センサに必要である時間は。

周囲温度の影響または電圧供給変動に鈍感であるべきであり、駆動力と高調波歪 による回転速度信号のエラーを発生する速度センサのディザ−運動の間のなんら かの位相ずれを補償すべきである。従来のディザ−駆動制御は一般に全てのこれ らの問題点に対応することができない。

前に引用された駆動アセンブリに使用された電磁引力コイルは他の制御の問題点 を提示している。電磁コイルの駆動力は二乗されたディザ−駆動電流に直接比例 し。

二乗された磁極のギャップの変動する寸法に逆比例する。

これらの非線形二次影響の両方によって１回転達度センサのディザ−運動は純粋 な正弦波からずれて９回転速度決定にエラーを招く、従来のディザ−駆動制御は 電磁引力器コイルのディザ−駆動の非線形性を正確に補償することができない。

この発明は、ディザ−駆動に関連したコリオリ回転速度センサの出力信号のエラ ーを最少にすること、および全てのこのような駆動に共通な問題および電磁引力 コイル駆動に特有な問題を補償することに向けられている。

したがって、この発明の目的は、コリオリ速度センサの安定した振動に影響し、 速度センナのディザ−運動が正弦波間数に従うように位相角シフトおよび駆動力 の非線形性を補償する引力器モータディザー駆動のためのサーボループ制御を提 供することにある。この発明のこの目的および他の目的は下記の好ましい実施例 の記載および添付図面から明らかになるだろう。

ζへｌｉへ１１ コリオリ速度センサのディザ−駆動を制御するのに使用するため９前後に振動す るように駆動されるコリオリ速度センサの変位を示す位置信号を発生するための フィードバック装置を含んでいるサーボループが提供される。

微分装置は、それによって発生される位置信号を受信するフィードバック装置に 接続され、速度センサの速度を示す速度信号を提供するその信号を微分するよう に作動する。

さらに、サーボループは、所定の周波数でディザ−駆動信号、速度援助信号およ び加速度援助信号の両方を発生する駆動装置およびフィードバック装置と微分装 置で発生される信号とこれらの信号を加算する加算装置を含んでいる。その結果 は、加算される信号の関数として安定した一定の振幅でディザ−駆動を制御する サーボループ出力信号である。

フィードバック装置および駆動装置の各々は共通の安定周波数基準と基準にされ る位相ロックループを含んでいる。さらに、フィードバック装置、微分装置およ び駆動装置は全て共通電源から電力を提供される。したがって、出力信号の周波 数は非常に安定しており、電源電圧の変動から実質的に独立している。

サーボループのディザ−駆動制御は電磁コイルおよびコアを含んでいる引力器の モータと共に使用されるために意図されることが好ましい、このコアは、速度セ ンサが前後にディザ−するような寸法で変動する極ギャップでコリオリ速度セン サから分離されている。ディザ−駆動力は、二乗された極ギャップ寸法および二 乗されたディザ−駆動信号の逆関数であり２両者の影響は駆動力の非線形性に貢 献する。装置は引力器のモータ駆動力の非線形性を補償するために加速度援助信 号を修正するための制御に提供される。修正装置はまた。印加された駆動力とコ リオリ速度ディザ−運動の間に存在する位相ずれを補償する。加速度援助信号の 修正は信号をクリップすること、および信号をフィルタに通すことによって達成 される。

この発明はまた。前述の装置で実施される機能と類似している機能を実施する方 法を提示している。

の　ｔＢ 第１図は、２つの加速度計がそれらの好ましい軸（受感軸）を横切る軸に沿って 取り付けられ、振動する平方四辺形のアセンブリを概念的に示す図である。

第２図は、コリオリ速度センサのための平行四辺形のフレームおよび駆動機構が フレームに隣接したその正規の取り付は位置から隔離されている平行四辺形のフ レームを振動するための駆動機構を示す等角面である。

第３図は、コリオリ速度センサの平行四辺形のフレームおよび第２図の駆動機構 の側面図である。

第４図は、コリオリ速度センサおよび第２図および第３図で示された平面図であ る。

第５図は、この発明で制御される駆動機構の等断面図である。

第６図は、磁極ギャップの寸法の関数として駆動ｍ楕に使用される電磁引力器の コイルの正規化された駆動力を示すグラフである。

第７図は、二乗された電磁電流の結果から生じる駆動力の非線形性を示すｓｉｎ θ関数およびｓｉｎ”θ間数の正の部分の相対的形状を示すグラフである。

第８図は１位相角の間数として、二乗された電磁電流の非線形寄与および二乗さ れたおよび二乗された極ギャップの寸法の逆数の結果から生じる正規化された力 乗算器のグラフである。

第９図は、駆動周波数の関数としてそのディザ−振幅（ｄＢ）および駆動周波数 の関数としてその運動の位相ずれ（印加された駆動力に対する）によって平行四 辺形のフレーム応答を示すグラフである。

第１０図は、ディザ−駆動の非線形性およびこの発明のサーボループで与えられ る近似を補償するのに必要である修正された加速度援助波形図である。

第１１図は、駆動Ｉｌ棋のためのサーボループ制御を示すブロック図である。

第１２図は、サーボループで使用される信号の各々の位相ロックループの導出を 示すブロック図である。

の１細ｔＢ 第１図は、Ｙ軸に沿って加速度計２０および２２を振動させるための平行四辺形 の装置を概略的に示している。

加速度計はＺ軸にほぼ平行であり互いに逆平行である受感軸に取り付けられる。

加速度計２０の受感軸はＺ軸に沿って正の方向に、加速度計２２の受感軸はＺ軸 に沿って負の方向に向けられている。加速度計２０および２２はピボット３２〜 ３８によって一対の結合部材２８および３０に接続される加速度計支持部材２４ および２６にそれぞれ固定されている。結合部材２８および３０は中心ピボット ４０および４２にそれぞれ取り付けられている。支持部材２４および２６は両方 ともＹ軸に平行である。結合部材２８および３０がそれぞれ中心ピボット４０お よび４２の周りで振動する場合、加速度計２０および２２はＹ軸に沿って振動す る。Ｘ軸（回転受感軸）の周りの角回転Ω、は加速度計２０および２２によって 検出される加速度Ａ８を有するコリオリカを発生する。

第１図に図式的に示された振動する平行四辺形を実施するための装置およびその 上に取り付けられた加速度計がそれらの受感軸に直角に前後に振動されるように 装置を駆動するための駆動機構の好ましい実施例は第２図〜第５図に示されてい る。最初に、駆動機構の側面図およびコリオリ速度センサが示される第３図に注 意が向けられる。９照番号５０は一般に、第１図に概略的に示されるように、加 速度計２０および２２がそれぞれ取り付けられた２つの加速度計支持体面２４お よび２６を含む平行四辺形のフレームを示している。平行四辺形５０は良好な曲 げ疲労特性を有するステンレススチールから製造されるのが好ましい、平行四辺 形のフレーム５０は、ワイヤ部材５２からなる平行四辺形を規定するその４つの 角の各々にピボットを含んでいる。ピボットは円弧金属曲げ３２〜３８を用いて 行われる。さらに１曲げ部材５２は加速度計支持部材２４と２６間に延びる結合 部材２８および３０を含んでいる。結合部材２８および３０の中心は曲げ４０お よび４２によってクロスバ−取り付はタブ５４に接続される。クロスバ−取り付 はタブ５４は曲げ部材５２の一般的な平面から外側に広がり、平行四辺形のフレ ーム５０を支持体構造（図示せず）に固定するようボルト（図示せず）が挿入さ れる取り付は穴５６を含んでいる。支持体構造は典型的に、コリオリ速度センサ が測定するよう意図されている角運動および線形加速度を受けやすい対象の一部 である。

次に、第２図を説明する。平行四辺形のフレーム５０が一般的に立方体をしてお り、かつ、はぼ曲げ部材５２のミラーイメージでありそれに平行に配列されてい る第２の曲げ部材５２′を含む０曲げ部材５２′は曲げ部材５２、例えば曲げ３ ２〜４２とほぼ同じ要素を含む、ベースプレート（図示せず）は曲げ部材５２お よび５２′間の平行四辺形のフレーム５０の内部を通して延び、２つのボルト（ 図示せず）によって固定されたクロスバ−取り付はタブ５４′から内側に突出す る取り付はタブ１００に取り付けられる。

駆動機構、すなわち、モータ６４はそれらの受感軸に直角方向に加速度計２０お よび２２を前後に振動させるように提供される。モータ６４は２つの電磁コイル ７０が取り付けられたコイルフレーム６６を含んでいる。コイル７０はコイルフ レーム６６の上部と下部に配置され。

ボルト６９でそれらに接続される。取り付はプレート７２はコイルプレート６６ の中心から外側に延び、コリオリ速度センサが取り付けられる本体の支持体構造 に取り付けるために２つの取り付は穴７４を含んでいる。

モータ６４の反対側の面は第５図に示されており、そこには取り付はプレート７ ２が薄い金属曲げ７６によってピボットプレート７８に取り付けられていること が分かる。ピボットプレートおよびコイルフレームの両方が取り付はプレート７ ２に対して曲げ７６の曲げ軸の周りに軸回転できるようにピボットプレート７８ はコイルフレーム６６内に取り付けられる。電磁コイル７０は各々。

一般的なＣ字形コア８０に結合されていて、それの端部は平行四辺形のフレーム ５０（第４図を参照）と向かい合った２つのコア面８２を含んでいる。コア面８ ２はそれらの最も内側のエツジが最も外側のエツジより僅かに外側に延びるよう に、僅かに斜めに切られている。

第２図に示されるように、２つの極片８４は平行四辺形フレーム５０内に形成さ れたノツチに取り付けられ。

電磁コイル７０の一つのコア面８２のすぐ近くに各々配置される。極片８４の各 々は極面８６を有し、これはまたその最も内側のエツジが最も外側のエツジより 外に延びるように僅かに斜めに切られている。

第３図を参照すると、モータ６４が薄いシートメタルリンク８８（第２図および 第５図に取り外されている反対側の端部と共に示されている）によってのみ平行 四辺形フレーム５０に直接接続されているのが分かる。リンク８８の一端はボル ト９０で平行四辺形フレーム５０に取り付けられている。一方、他端は例えば、 スポット溶接によってコイルフレーム６６にしっかりと取り付けられている。電 磁コイル７０はコア８０の多対の第１のものと他のものおよび極片８４間に引力 を形成する周期駆動電流で交互に付勢される。コア８０の多対と極片８４間の交 番電磁引力によって平行四辺形フレーム５０を振動させ、第１図に概略的に示さ れるように、加速度計２０および２２は横に前後に移動させる。もしコリオリ速 度センサがその回転受感軸の周りの角振動を受けやすくなければ通常リンク８８ は２つのフレーム間の力を伝達する必要がないけれども、このリンクは強いてコ イルフレーム６６および平行四辺形フレーム５０を互いに位相がずれるように正 確に前後に軸回転させる。

モータ６４はコア８０および極片８４間の電磁引力駆動力を提供する。この駆動 力はコア面８２および極面８６間の可変距離１１４の逆数の二乗、すなわち１／ Ｄ２に比例する。ここで、Ｄは極ギャップ距離１１４に等しい。

第６図は、コア８０と極片８４間の電磁引力および極ギャップ距離１１４の寸法 で与えられる駆動力の関係を図式的に示している。ここで、これらの値は、その 中心停止位置で、ギャップ寸法は１に等しく、駆動力は１に等しいように正規化 される。電磁コイル７０の一方が付勢されると、電磁駆動力は、極ギャップ寸法 がその最小値。

（正規化された）０．５に減少すると４の係数だけ増加する。同様に、電磁コイ ルの他方が付勢されると、それは反対側の極面８６に等しい電磁駆動力を働かせ る０前後に振動するために平行四辺形フレーム５０を駆動する際。

電磁コイル７０は反発力でなく引力だけ与えるように意図されている。

電磁コイル７０が平行四辺形フレームのディザ−運動と同期して付勢されるなら ば、（正規化）極ギャップ寸法は１．０と０．５間にある場合、引力は極面８６ にだけ印加される。各電磁コイル７０を付勢するために使用される駆動１！流は 公称は正弦波であるので、を流がＯｏの位相角（後述されるように印加される位 相角ずれに対する補償を無視する）を通過するとコイルが最初に付勢される。電 流が正弦波の９０°で最大に達すると極ギャップ寸法は０．５の（正規化）最小 距離に減少する。この極ギャップ寸法での引力はＯ°位相角での力の４倍である 。

次に、電流で与えられた力が減少し、ギャップ寸法１１４が０．５から１．０の 最大値に増加すると１８０°の位相角でその最小値に達する。正弦波の１８０° で、他方の電磁コイル７０は付勢され、他方の極面８６に対して等しく増加する 引力を与える。平行四辺形フレーム５０は、他方の電磁コイル７０の極ギャップ の増加のためコア８２と極面８６間のギャップ寸法の変化の関数として力におけ る同一の増加を経験する。したがって、平行四辺形５０は、ギャップ寸法１１４ の変化で生じる実質的に非線形な引力器のモータカを受けやすい、可変極ギャッ プ寸法１１４によって生じる非線形性が補正されなければ、その運動は純粋な正 弦波関数に従わない、ここで使用されるように、「非線形性」および「非線形な 」の用語は純粋な正弦波波形からの偏差を記述するものである。

平行四辺形フレーム５０に印加される第２の非線形力源は、二乗された駆動電流 に比例する電磁カフ０によって発生される力の結果である。正弦波の駆動電流は 電磁コイル７０を付勢するために印加されると仮定すると。

それから生じる力は正弦波関数よりも二乗された正弦波関数に比例する。これら の関数の差は第７図に示されている。ここで、ｓ　ｉ　ｎθ波形およびｓ　ｉ　 ｎ”θ波形の正の部分は位相角Ｏ゛から１８０°まで同一軸でプロットされる。

平行四辺形フレーム５０に印加された力は、５ｉｎ２θ関数に比例するので、力 によって発生される平行四辺形フレームのディザ−運動は、補償がなされなけれ ば。

純粋な正弦波波形のそれから実質的に逸脱されるであろう。

ディザ−駆動モータ６４で平行四辺形フレーム５０を振動するように印加される ２つの力の非線形性源は互いに結合される。これらの非線形性源の両方がら生じ る印加される駆動力への影響は第８図に示されている。ここで、正規化された万 乗算関数が印加駆動電流の位相の関数としてプロットされている。前述のように 、極ギャップ寸法１１４の減少で生じる最大の影響は、瞬時の万乗算器の曲線の ピークに対応する９０°に等しい位相角で得られる。平行四辺形フレーム５０を 振動するために印加される力によって、その運動が純粋な正弦波関数に従うよう にされなくその代わりに第８図に示された万乗算器の関数によって逸脱されるな らば、加速度計２０および２２は相当な大きさのエラーを含むコリオリ速度信号 を発生する０部分的にこのようなエラーは、加速度計のディザ−運動の高調波の 発生、特に速度信号の確度で相当な劣化を生じさせることができる第３高調波の 結果がら生じる。

他の要因が前述のようなディザ−駆動６４で与えられる駆動力の非線形性に対す るコリオリ速度センサの補正を複雑にする。平行四辺形フレーム５０は１曲げ３ ２〜４２のその質量および弾性の固有の共振周波数特性を有する。好ましい実施 例では、共振周波数は約１０２．５Ｈｚに同調される＊　１０　Ｈｚと３３０Ｈ ｚ間の周波数で印加された駆動力に対する平行四辺形フレーム５０のｄＢ応答は 第９図に示されている。約１０２−１０３Ｈｚでの共振点は、ＯｄＢ基準点以上 ４０ｄＢの周波数での振幅の非常に鋭いピークから明らかである。非常に小さい 電力がその共振に近い周波数で振動するように平行四辺形フレームを励起する必 要があるので、モータ６４は平行四辺形フレーム５０の共振点以下２．５Ｈｚだ けで。

１００Ｈｚの周波数で速度センサを駆動する。

第９図の破線は、平行四辺形フレーム５０を前後に振動するように印加される駆 動力とこの駆動力に応答する平行四辺形フレームの運動間の相対位相ずれを示し ている０位相ずれは、平行四辺形フレーム５０がその共振点を通過すると０°位 相ずれがら一１８０°位相ずれまでの非常に急で殆ど漸近的勾配を有する０選択 された１゜ＯＨｚ駆動周波数での位相ずれは約−１５°である。−符号は遅相ず れを示している。純粋な正弦波力が加速度計２０および２２をディザ−するよう に印加されると仮定すると、平行四辺形フレーム５０は印加力がら１５゜遅れた 正弦波運動を有する。しかしながら、前述の非線形性のため、印加駆動力は純粋 な正弦波波形でなく、その代わり第８図の万乗算器曲線による正弦波間数から逸 脱する。印加駆動力間の位相ずれは平行四辺形フレーム５０をディザするように 印加される非線形力の補正を複雑にする。１５°の位相角だけ平行四辺形フレー ム５゜の所望の正弦波運動を進ませる信号で電磁コイル７ｏを付勢させることに よって、その結果得られるディザ運動は位相ずれを補償される。極ギャップ（１ ／Ｄ”）および電流（Ｉ２）による非線形性のために適用される補償はまた。

平行四辺形フレームの１５°の遅れ位相ずれを補償するように位相をずらされね ばならない、その結果得られる間数は第１０図の曲線波形で示されている。この 波形は。

（Ｉｔ／Ｄ’）非線形性および印加駆動力に対する平行四辺形フレーム５０の１ ５°遅れ位相ずれの運動の両方を補償する。第１０図に示された正確な曲線波形 を発生するのに必要である電子的ハードウェアは複雑で高価である。

しかしながら９曲線波形は図示された方法で曲線波形に乗せられている一連の直 線セグメントで近似されることができる。この近似は加速度援助入力に関して後 述されるように発生される。

サーボループ回路制御モータ６４のためのブロック図は、第１１図に示されてい る。平行四辺形５０（第２図〜第５図に図示せず）の内部に配置された線形可変 差動変成器（ＬＶＤＴ）１０６は、加速度計２０および２２が前後に振動すると 互いに加速度の変位に比例する電気信号を発生するように作動する。ＬＶＤＴの 詳細は示されていないが、キャリア信号で付勢されるキャリアコイルおよび可動 コアでキャリアコイルに磁気的に結合される２つのピックアップコイルを含んで いる。平行四辺形フレーム５０の運動で生じるコイル間の結合変動は変調キャリ ア信号を発生する。ＬＶＤＴキャリアコイルは１２゜８ＫＨｚキャリア信号で付 勢され、その変調出力（加速度計２０および２２の相対変位に比例して変調され る）はＡＣ増幅器１０８で増幅される。ＡＣ増幅器１０８からの出力信号はモー タ６４で発生される駆動力の結果として平行四辺形フレームの変位に比例する信 号を発生するように復調される。理想的には、平行四辺形フレーム５０の変位は ディザ−モータ６４を付勢するために印加されるｓｉｎωを駆動信号と同期する 正弦関数に従うべきである。不幸にも、所望のｓｉｎωを間数と違うように位置 信号をさせる他の補正が印加されない場合には。

前述の非線形性、平行四辺形フレーム５０の遅れ位相ずれおよび他の影響１例え ば熱の影響、の全てが位置信号のエラーに寄与する。復調器１１０からの位置信 号出力はｓｉｎωを駆動信号と加算され、信号の各々に印加される指示符号を有 する加算接続点１１６でに／Ｓ　（ここで、には定数、Ｓはラプラス演算子であ る。）に比例する零信号で加算される。零信号は米国第４．６６５，７４８号明 細書で説明されているように加速度計２０および２２の配列不備を補償するため に使用される。これらの３つの信号の総和は増幅器１１８へ入力される。ここで 、利得係数に、はサーボループの次段への入力のための信号を率に応じて決める ように印加される。

復調器１１０からの位置信号出力はまた。ラプラス変換が速度信号を導くために 信号を微分するように印加される微分器１１２へ入力される。微分器１１２は２ 時間が８０ｎｓ離して採られた２つのサンプル・ホールド値間の位置信号の変化 を決定するように使用されるサンプル・ホールド回路（図示せず）を含んでおり 、それによつ度センサはまた。速度フィードバック信号を提供するように使用さ れるが１位置から速度を導くことは比較的簡単なアプローチであり、別のセンサ の必要性を避ける。

微分器１１２からの速度信号出力は増幅器１１８からの出力信号およびｃｏｓω ｔに比例する速度援助入力信号と共に加算接続点１２０へ入力される。再度、平 行四辺形フレーム５０は実際正弦波運動で振動するように駆動されると仮定する と、速度信号は速度援助入力ｃｏｓωｔと同期する余弦関数に従うべきである。

しかしながら。

前述のエラーのために、速度フィードバックループは速度援助入力信号の信号と 違う信号を発生する。接続点１２０で加算された信号は印加指示符号を有し９次 段のための信号を適当な率に応じて決めるのに必要である利得係数Ｋｖを有する 増幅器１２２で増幅される出力を発生する。

駆動電流（Ｉ　”）、極ギャップ寸法（１／Ｄ”）および平行四辺形フレーム５ ０の位相ずれによる非線形性の補償は加速度援助入力によって与えられる。これ らの非線形性および位相ずれがなかったならば、加速度援助入力は純粋な−ｓｉ ｎωを信号で与えられることができる。しかしながら、これらの非線形性および 位相ずれのため、より複雑な加速度援助入力が必要とされる。平行四辺形フレー ム５０の応答の遅れ位相ずれを補償するために、−５ｉｎωを関数はφで位相が ずらされる。ここで、φは＋１５°進んでいることに等しい、その結果得られる 一５ｉｎ（ωを十φ）の波形は第１０図の直線で近似された相対的に頭を切り取 られた波形を形成するために入力波形をクリップするリミタ１２６へ入力される 。リミタ１２６からのクリップされた正弦波出力は第１０図に示された近似の傾 斜する上部の直線部を形成するバイパスフィルタ１２８へ入力される。最後に、 第１０図に示された所望の曲線波形を近似するバイパスフィルタ１２８からの出 力は、加算接続点１２４で増幅器１２２からの出力で加算され、その結果得られ る信号は電圧−電流増幅器１３０へ入力される。加算接続点１２４からの信号出 力は２位置および速度のための２つのフィードバック信号。

駆動信号（ｓ　ｉ　ｎωｔ）、速度援助信号（ｃｏｓωｔ）および加速度援助信 号の総和を表す、増幅器１３０は加算接続点１２４からの信号出力の電圧をモー タ６４の！磁コイル７０を付勢するために使用される対応する電流に変換する。

前述のように、電磁コイル７０の各々は印加波形の半サイクル間で付勢される。

その波形は平行四辺形フレーム５０の遅れ応答を補償するために適当な１５０進 み位相ずれを含んでいる。適当な補償が位相ずれエラーに適用される場合、平行 四辺形フレーム５０は加算接続点１１６への指令ｓｉｎωを駆動信号入力と同期 してディザ−し、安定した正弦波振幅を有する。　サーボループ制御のある他の 点でよりむしろ加速度援助入力でモータ６４の非線形性および平行四辺形フレー ム５０の位相ずれを補償するには幾つかの利点がある。補償は。

回路を付勢する際直ちになされ、フィードバックを必要としないので、平行四辺 形フレーム５０は所望の正弦波周波数１位相および振幅で振動を開始し、補償が サーボループのフィードバック部分で与えられる場合である他の方法のように安 定化するのに余分な時間を必要としない、さらに、１１償は加速度援助入力で与 えられるので。

位置および速度に対する実際のフィードバックエラーは比較的小さく、その結果 、主に熱的影響およびブロック１１４で印加される零オフセツト信号で引き起こ される極ギャップ寸法の不均等性から得られる１位置および速度ループはモータ ８４を付勢するために印加される信号のわずかな％だけ寄与するので、比較的高 利得が１例えば利得係数に、に対して約５００および利得係数Ｋｖに対して約１ ０００のように増幅器１１８および１２２に対して与えられる。

第１１図に示されたサーボループに導入されたエラーを最少にするために、ｓｉ ｎωを駆動信号、ｃｏｓωを速度援助入力、加速度援助入力のために使用される 波形およびＬＶＤＴのためのキャリアは全て安定した水晶クロック基準周波数か ら導出される。第１２図に示されるように、水晶基準周波数は約１２．３１２Ｍ Ｈｚに等しく、カウントダウン回路１５０で３つの矩形波に分周され、１つは１ ２．８ＫＨｚに等しく、２番目は１００Ｈ２に等しく、３番目は２番目から９０ °位相がずれているが１００Ｈｚに等しい、１２．８ＫＨｚの矩形波はＬＶＤＴ のためのキャリア周波数として使用される出力を有する位相ロックループ１５２ へ入力される。第１の１００Ｈｚの矩形波は、ｓｉｎωを駆動信号を発生し、加 速度援助信号を発生するために初期入力として使用するため１反転され位相ずれ φ（１５°進み）を与える位相ロックループ１５４へ入力される０位相が９０° ずれた第２の１ｏＯＨｚ矩形波は、加算接続点１２０で速度援助入力信号のため に使用される余弦波信号を与える位相ロックループ１５６へ入力される。これら の臨界信号の各々は共通の安定した基準周波数に位相ロックされるので。

信号間の位相角エラーは実質的に除去される。さらに。

第１１図に示されたサーボループを構成する構成要素の各々は一般に従来設計（ 図示せず）の共通電源から付勢される。したがって、を源からの電圧変動は平行 四辺形フレーム５０および加速度計２０および２２のディザ−運動の電圧変動の 影響を最少にする加算接続点１２４で加算される信号の全てに反映される。

速度援助および加速度入力信号と共に位置および速度フィードバックで与えられ る安定性と結合されるディザ−駆動６４および平行四辺形フレーム５０の位相角 ずれの固有の非線形性の補償は、加速度計２０および２２で与えられるコリオリ 回転速度のエラーの実質的減少に寄与する。この発明は、６０ｄＢ程度まで、す なわちコリオリ速度センサをその感度が１０９分の１に近付く用途に使用される ことが可能である１０００の係数までこのようなエラーの寄与を減少することが 希望される。サーボループの極端な安定性および瞬時な起動応答は、制御によっ て与えられた補償が無い場合は、得られる第３高調波エラーの減少に比べれば二 次的考察である。

この発明の好ましい実施例は前述したが、それに対する変形例および修正例は当 業者には明らかであることが理解されるべきである。したがって、この発明は図 示され、説明された特定の実施例に限定されるべきでないが。

その代わりにこの発明の範囲は請求の範囲を参照して決定されるべきである。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の７第１項）（訂正）請求の範囲 １．（ａ）ディザ−駆動で振動するように駆動されるようなコリオリ速度センサ のディザ−位置を検出し、前記ディザ−位置を示す信号を発生するための位置検 出装置と。

（ｂ）前記位置検出装置で発生される信号がらコリオリ速度センサのディザ−速 度を決定し、前記ディザ−速度を示す信号を発生するための装置と。

（ｃ）所定の周波数でディザ−駆動信号を提供するための装置と。

（ｄ）ディザ−速度援助信号および加速度援助信号を発生するための装置と。

（ｅ）全てのこれらの信号の総和の関数として一定の安定した振幅でコリオリ速 度センサを振動するようにディザ−駆動を付勢するための出力信号を発生するた め前記所定の周波数でおよびディザ−位置および速度信号、ディザ−駆動信号お よびディザ−速度援助信号と加速度援助信号を受信し、加算、するように接続さ れた制御装置とを備えたコリオリ速度センサのためのディザ−駆動コントローラ 。

２、位置検出装置は複数のコイルおよび可動コアを有する変成器を備えた請求項 １記載のディザ−駆動コントローラ。

３、位置検出装置によって発生される信号、ディザ−速度を決定するための装置 、ディザ−駆動信号を提供するための装置およびディザ−速度援助信号と加速度 援助信号を発生するための装置は全て共通の安定した基準周波数に位相ロックさ れている請求項１記載のディザ−駆動コントローラ。

４、共通電源は、出力信号の振幅が電源電圧の変動から実質的に独立しているよ うにディザ−駆動信号を提供するための装置１位置検出装置およびディザ−速度 援助信号と加速度援助信号を発生するための装置で使用される請求項１記載のデ ィザ−駆動コントローラ。

５、制御装置は、請求項１の＜ａ）〜（ｄ）の信号を加算する前にこれらの少な くとも一つを増幅するように作動する請求項１記載のディザ−駆動コントローラ 。

６、（ａ）ディザ−駆動のためコリオリ速度センサの変位を示す信号を発生する ためのフィードバック装置と。

（ｂ）ディザ−駆動のためフィードバック装置からの信号を微分し、前記コリオ リ速度センサの速度を示す速度信号を提供するため前記フィードバック装置から の信号を受信するように接続された微分装置と。

（ｃ　）（ｉ　）所定の周波数でディザ−駆動信号と。

（ｉｉ）速度援助信号と。

（宣）加速度援助信号と。

を発生するための駆動装置と。

（ｄ）フィードバック装置、微分装置および駆動装置で発生された信号を加算し 、前記信号の関数として安定した一定周波数でディザ−駆動を付勢する出力信号 を発生するための加算装置とを備えたコリオリ速度センサディザ−駆動を制御す ることに使用するためのサーボループ。

７、さらに安定した周波数基準を備え、フィードバック装置および駆動装置の各 々は周波数基準と基準にされる位相ロックループを含んでいる請求項６記載のサ ーボループ。

８、フィードバック装置は複数のコイルおよび可動コアを有する変成器を備えて いる請求項６記載のサーボループ。

９、出力信号が電源電圧の変動から実質的に独立しているようにフィードバック 装置、微分装置および駆動装置に共通の電源をさらに備えている請求項６記載の サーボループ。

１０、複数の別々の利得係数は、フィードバック装置。

微分装置および駆動装置で発李された信号を加算する際印加される請求項６記載 のサーボループ。

１１、（ａ）所定の周波数で正弦波的に変動するディザ−駆動信号を提供するた めの装置と。

（ｂ）ディザ−駆動信号の二次導関数に対応する加速度援助信号を発生するため の装置と。

（ｃ）引力器のモータ駆動力の非線形性を補償するために加速度援助信号を修正 するための装置と。

（ｄ）引力器モータを付勢するため出力信号を発生するために修正された加速度 援助信号およびディザ−駆動信号を加算するための装置とを備えたコリオリ速度 センサをディザ−運動させるコリオリ速度センサをディザ−するため力を提供す るために使用される引力器のモータのためのディザ−駆動コントローラ。

１２、引力器のモータは電磁コイルおよびコアを含み。

コアは極ギャップでコリオリ速度センサがら空間的に分離され、前記極ギャップ の大きさはコリオリ速度センサのディザ−として変動する請求項１１記載のディ ザ−駆動コントローラ。

１３、引力器のモータ駆動力の非線形性は二乗された極ギャップの変動の大きさ の逆関数であり、加速度援助信号を修正するための装置は極ギャップの大きさが 変動する結果生じる駆動力の非線形性を補償するように作動する請求項１２記載 のディザ−駆動コントローラ。

１４、引力器のモータ駆動力の非線形性は二乗されたディザ−駆動信号の電流の 大きさの関数であり、加速度援助信号を修正するための装置はそこでの結果から 生じる駆動力の非線形性を補償するように作動する請求項１２記載のディザ−駆 動コントローラ。

１５、ディザ−駆動信号の周波数が結合されたコリオリ速度センサおよびディザ −駆動の共振周波数以下の場台、駆動力の非線形性はより大きい請求項１１記載 のディザ−駆動コントローラ。

１６、加速度援助信号を修正するための装置は、引力器のモータ駆動力とコリオ リ速度センサのディザ−運動の間の位相ずれを補償するように作動する請求項１ １記載のディザ−駆動コントローラ。

１７、修正するための装置はリミタおよびフィルタを含んでいる請求項１１記載 のディザ−駆動コントローラ。

１８、（ａ）コリオリ速度センサのディザ−位置を検出するステップと。

（ｂ）ディザ−位置を示す信号を発生するステップと。

（ｃ）コリオリ速度センサのディザ−速度を決定するステップと。

（ｄ）ディザ−速度を示す信号を発生するためのステップと。

（ｅ）所定の周波数でディザ−駆動信号を提供するステップと。

（ｆ）ディザ−速度援助信号および加速度援助信号を発生するステップと。

（ｇ）ディザ−位置、速度、速度援助信号および加速度援助信号を加算するステ ップと。

（ｈ）前記ディザ−位置および速度信号、前記ディザ−駆動信号および前記ディ ザ−速度援助信号と前記加速度援助信号の総和の関数として一定の安定した振幅 で振動するようにコリオリ速度センサを制御するステップとからなるコリオリ速 度センサのためのディザ−駆動を制御する方法。

１９、速度援助信号および加速度援助信号とディザ−駆動信号を共通の安定した 基準周波数に位相ロックするステップをさらに含む請求項１８記載の方法。

２０、信号の少なくとも一つと他の信号を加算する前に前記信号の少なくとも一 つを増幅するステップをさらに含む請求項１８記載の方法。

２１、ディザ−駆動の振幅が電源電圧の変動から実質的に独立しているように共 通電源は、ディザ−駆動信号。

位置信号および速度信号並びに速度援助信号および加速度援助信号を提供するた めに使用される請求項１８記載の方法。

２２、（ａ）所定の周波数で正弦波的に変動するディザ−駆動信号を発生するス テップと。

（ｂ）正弦波的に変動する加速度援助信号を発生するステップと。

（ｃ）ディザ−駆動力の非線形性を補償するために加速度援助信号を修正するス テップと。

（ｄ）引力器のモータのための駆動電流を発生するために修正された加速度援助 信号およびディザ−駆動信号を加算するステップと。

（ｅ）駆動電流で前記引力器のモータを付勢するステップとからなるコリオリ速 度センサにディザ−駆動力を提供するために使用される引力器のモータを含むデ ィザ−駆動を制御する方法。

２３、引力器のモータは極ギャップでコリオリ速度センサから分離されている電 磁コイルおよびコアを含み。

前記極ギャップの寸法はコリオリ速度センサのディザ−として変動する請求項２ ２記載の方法。

２４、引力器のモータ駆動力の非線形性は二乗された極ギャップの変動する寸法 の逆関数である請求項２３記載の方法。

２５、引力器のモータ駆動力の非線形性は二乗されたディザ−駆動信号の電流の 大きさの関数である請求項２３記載の方法。

２６、駆動力とコリオリ速度センサのディザ−運動の間の位相ずれを補償するス テップをさらに含んでいる請求項２２記載の方法。

２７、加速度援助信号を修正するステップは。

（ａ）クリップされた正弦波形を発生するために正弦波信号を制限するステップ と。

（ｂ）クリップされた正弦波形をフィルタリングするステップとを含んでいる請 求項２２記載の方法。

国際調査報告

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. １．（ａ）ディザー駆動で振動するように駆動されるようなコリオリ速度センサ のディザー位置を検出し，前記ディザー位置を示す信号を発生するための位置検 出装置と， （ｂ）前記位置検出装置で発生される信号からコリオリ速度センサのディザー速 度を決定し，前記ディザー速度を示す信号を発生するための装置と，（ｃ）所定 の周波数でディザー駆動信号を提供するための装置と， （ｄ）ディザー速度援助信号および加速度援助信号を発生するための装置と， （ｅ）全てのこれらの信号の総和の関数として一定の安定した振幅でコリオリ速 度センサを振動するようにディザー駆動を付勢するための出力信号を発生するた め前記所定の周波数でおよびディザー位置および速度信号，ディザー駆動信号お よびディザー速度援助信号と加速度援助信号を受信し，加算するように接続され た制御装置とを備えたコリオリ速度センサのためのディザー駆動コントローラ。
2. ２．位置検出装置は複数のコイルおよび可動コアを有する変成器を備えた請求項 １記載のディザー駆動コントローラ。
3. ３．位置検出装置によって発生される信号，ディザー速度を決定するための装置 ，ディザー駆動信号を提供するための装置およびディザー速度援助信号と加速度 援助信号を発生するための装置は全て共通の安定した基準周波数に位相ロックさ れている請求項１記載のディザー駆動コントローラ。
4. ４．共通電源は，出力信号の振幅が電源電圧の変動から実質的に独立しているよ うにディザー駆動信号を提供するための装置，位置検出装置およびディザー速度 援助信号と加速度援助信号を発生するための装置で使用される請求項１記載のデ ィザー駆動コントローラ。
5. ５．制御装置は，請求項１の（ａ）〜（ｄ）の信号を加算する前にこれらの少な くとも一つを増幅するように作動する請求項１記載のディザー駆動コントローラ 。
6. ６．（ａ）ディザー駆動のためコリオリ速度センサの変位を示す信号を発生する ためのフィードバック装置と，（ｂ）ディザー駆動のためフィードバック装置か らの信号を微分し，前記コリオリ速度センサの速度を示す速度信号を提供するた め前記フィードバック装置からの信号を受信するように接続された微分装置と， （ｃ）（ｉ）所定の周波数でディザー駆動信号と，（ｉｉ）速度援助信号と， （ｉｉｉ）加速度援助信号と， を発生するための駆動装置と， （ｄ）フィードバック装置，微分装置および駆動装置で発生された信号を加算し ，前記信号の関数として安定した一定周波数でディザー駆動を付勢する出力信号 を発生するための加算装置とを備えたコリオリ速度センサディザー駆動を制御す ることに使用するためのサーボループ。
7. ７．さらに安定した周波数基準を備え，フィードバック装置および駆動装置の各 々は周波数基準と基準にされる位相ロックループを含んでいる請求項６記載のサ ーボループ。
8. ８．フィードバック装置は複数のコイルおよび可動コアを有する変成器を備えて いる請求項６記載のサーボループ。
9. ９．出力信号が電源電圧の変動から実質的に独立しているようにフィードバック 装置，微分装置および駆動装置に共通の電源をさらに備えている請求項６記載の サーボループ。
10. １０．複数の別々の利得係数は，フィードバック装置，微分装置および駆動装置 で発生された信号を加算する際印加される請求項６記載のサーボループ。
11. １１．（ａ）所定の周波数で正弦波的に変動するディザー駆動信号を提供するた めの装置と， （ｂ）加速度援助信号を発生するための装置と，（ｃ）引力器のモータ駆動力の 非線形性を補償するために加速度援助信号を修正するための装置と，（ｄ）引力 器モータを付勢するため出力信号を発生するために修正された加速度援助信号お よびディザー駆動信号を加算するための装置とを備えたコリオリ速度センサをデ ィザーするため力を提供するために使用される引力器のモータのためのディザー 駆動コントローラ。
12. １２．引力器のモータは電磁コイルおよびコアを含み，コアは極キャップでコリ オリ速度センサから分離され，キャップの寸法はコリオリ速度センサのディザー として変動する請求項１１記載のディザー駆動コントローラ。
13. １３．引力器のモータ駆動力の非線形性は二乗された極ギャップの変動寸法の逆 関数であり，加速度援助信号を修正するための装置は極ギャップの寸法が変動す る結果生じる駆動力の非線形性を補償するように作動する請求項１２記載のディ ザー駆動コントローラ。
14. １４．引力器のモータ駆動力の非線形性は二乗されたディザー駆動信号の電流の 大きさの関数であり，加速度援助信号を修正するための装置はそこでの結果から 生じる駆動力の非線形性を補償するように作動する請求項１２記載のディザー駆 動コントローラ。
15. １５．ディザー駆動信号の周波数が結合されたコリオリ速度センサおよびディザ ー駆動の共振周波数以下の場合，駆動力の非線形性はより大きい請求項１１記載 のディザー駆動コントローラ。
16. １６．加速度援助信号を修正するための装置は，引力器のモータ駆動力とコリオ リ速度センサのディザー運動の間の位相ずれを補償するように作動する請求項１ １記載のディザー駆動コントローラ。
17. １７．修正するための装置はリミタおよびフィルタを含んでいる請求項１１記載 のディザー駆動コントローラ。
18. １８．（ａ）コリオリ速度センサのディザー位置を検出するステップと， （ｂ）ディザー位置を示す信号を発生するステップと， （ｃ）コリオリ速度センサのディザー速度を決定するステップと， （ｄ）ディザー速度を示す信号を発生するためのステップと， （ｅ）所定の周波数でディザー駆動信号を提供するステップと， （ｆ）ディザー速度援助信号および加速度援助信号を発生するステップと， （ｇ）ディザー位置，速度，速度援助信号および加速度援助信号を加算するステ ップと，（ｈ）前記ディザー位置および速度信号，前記ディザー駆動信号および 前記ディザー速度援助信号と前記加速度援助信号の総和の関数として一定の安定 した振幅で振動するようにコリオリ速度センサを制御するステップとからなるコ リオリ速度センサのためのディザー駆動を制御する方法。
19. １９．速度援助信号および加速度援助信号とディザー駆動信号を共通の安定した 基準周波数に位相ロックするステップをさらに含む請求項１８記載の方法。
20. ２０．信号の少なくとも一つと他の信号を加算する前に前記信号の少なくとも一 つを増幅するステップをさらに含む請求項１８記載の方法。
21. ２１．ディザー駆動の振幅が電源電圧の変動から実質的に独立しているように共 通電源は，ディザー駆動信号，位置信号および速度信号並びに速度援助信号およ び加速度援助信号を提供するために使用される請求項１８記載の方法。
22. ２２．（ａ）所定の周波数で正弦波的に変動するディザー駆動信号を発生するス テップと， （ｂ）正弦波的に変動する加速度援助信号を発生するステップと， （ｃ）引力器のモータ駆動力の非線形性を補償するために加速度援助信号を修正 するステップと，（ｄ）引力器のモータのための駆動電流を発生するために修正 された加速度援助信号およびディザー駆動信号を加算するステップと， （ｅ）駆動電流で前記引力器のモータを付勢するステップとからなるコリオリ速 度センサにディザー駆動力を提供するために使用される引力器のモータを合むデ ィザー駆動を制御する方法。
23. ２３．引力器のモータは極ギャップでコリオリ速度センサから分離されている電 磁コイルおよびコアを含み，前記極ギャップの寸法はコリオリ速度センサのディ ザーとして変動する請求項２２記載の方法。
24. ２４．引力器のモータ駆動力の非線形性は二乗された極ギャップの変動する寸法 の逆関数である請求項２３記載の方法。
25. ２５．引力器のモータ駆動力の非線形性は二乗されたディザー駆動信号の電流の 大きさの関数である請求項２３記載の方法。
26. ２６．駆動力とコリオリ速度センサのディザー運動の間の位相ずれを補償するス テップをさらに含んでいる請求項２２記載の方法。
27. ２７．加速度援助信号を修正するステップは，（ａ）クリップされた正弦波形を 発生するために正弦波信号を制限するステップと， （ｂ）クリップされた正弦波形をフィルタリングするステップとを含んでいる請 求項２２記載の方法。