JPH0646365B2 - サ−ボ機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は車体上にある被制御体を目標方向に空間安定化
制御するための管制装置のサーボ機構に関する。

〔従来技術〕

一般に被制御体の方向制御は互いに直交し，しかも一方
が被制御体に直交する二軸の回転制御軸を有している。
この制御を行う管制装置のサーボ機構は各々の回転制御
軸回りの被制御体の空間回転角速度及び指令された目標
からの空間誤差角を検出する角速度検出器及び角度検出
器と，各回転制御軸ごとに補償回路と駆動信号発生回路
とを有して検出器出力信号から各制御軸ごとの回転駆動
信号を発生する制御装置と，各制御軸回りの被制御体の
駆動トルクを発生する回転駆動装置とを備え，各回転制
御軸ごとに独立な制御を行つている。この方式は車体が
静止している場合はうまく機能するが，車体が走行し２
つの回転制御軸に直交する軸回りに車体傾斜した場合，
角度検出器及び角速度検出器ともにこの傾斜角を検知で
きないため傾斜分の誤差が出る。従来のサーボ機構では
この問題を解決するために指向軸に直交しない方の回転
制御軸回りの角速度検出器及び角度検出器の検出軸を他
方の回転制御軸と被制御体の指向軸とに直交するように
配置した。これにより車体傾斜等の外乱に対して角速度
検出器及び角度検出器の検出不感軸が指向軸に一致する
ようになるため方向制御誤差を零にする制御が可能にな
る。

第１図，第２図及び第３図によつて従来のサーボ機構の
一例を説明する。第１図において，第１の軸(1)及び第
２の軸(2)は車体上にある被制御体の直交する２つの回
転制御軸である。被制御体の空間回転速度及び指定され
た目標方向からの空間誤差角を検出する角速度検出器及
び角度検出器の検出軸は第１の軸(1)とそれに直交する
第３の軸(3)の２軸ある。ここに第４の軸(4)は第１の軸
(1)と第２の軸(2)とに直交する軸であり，指向軸(5)は
第１の軸(1)と第３の軸(3)とに直交している。Ｗ１，Ｗ
３は各々第１の軸(1)，第３の軸(3)回りの被制御体の空
間回転角速度であり，Ａ１，Ａ３は各々第１の軸(1)，
第３の軸(3)回りの被制御体の指令された目標方向から
の空間誤差角である。またＥは指向軸(5)と第４の軸(4)
とのなす角度である。

このサーボ機構は第２図に示す構成を有している。被制
御体(6)の空間回転角速度Ｗ１及び空間誤差角Ａ１は各
々角速度検出器(7)及び角度検出器(8)によつて角速度検
出信号▲▼及び角度検出信号▲▼として検出さ
れる。

又被制御体(6)の空間回転角速度Ｗ３及び空間誤差角Ａ
３は各々角速度検出器(9)及び角度検出器(10)によつて
角速度検出信号▲▼及び角度検出信号▲▼とし
て検出される。これらの検出信号は制御装置(11)に入力
される。検出信号▲▼と▲▼は補償回路(12)に
おいて方向を示す空間角度指令信号Ｒ１とともにサーボ
補償が加えられた後，第１の軸(1)回りに関する回転制
御信号Ｃ１に変換される。又検出信号▲▼と▲
▼は補償回路(13)において方向を示す空間角度指令信号
Ｒ２とともにサーボ補償が加えられた後，第２の軸(2)
回りに関する回転制御信号Ｃ２に変換される。回転制御
信号Ｃ１は駆動信号発生回路(14)によつて回転駆動装置
(16)を駆動する回転駆動信号Ｄ１に変換され，回転制御
信号Ｃ２は駆動信号発生回路(15)によつて回転駆動装置
(17)を駆動する回転駆動信号Ｄ２に変換される。回転駆
動装置(16)は制御装置(11)の出力信号である回転駆動信
号Ｄ１を受け，これに比例する駆動トルクＴ１を被制御
体(6)の第１の軸(1)回りに加え，回転駆動装置(17)は制
御装置(11)の出力信号である回転駆動信号Ｄ２を受け，
これに比例する駆動トルクＴ２を被制御体(6)の第２の
軸(2)回りの加える。ここに補償回路(12)及び(13)の構
成例を第３図に示す。第３図(a)は補償回路(12)の構成
例であり，加算点(18)において角度指令信号Ｒ１と角度
検出信号▲▼との差をとり，その出力に補償ゲイン
(19)を乗じて角速度指令信号Ｓ１を発生し，加算点(20)
において角速度指令信号Ｓ１と角速度検出信号▲▼
との差をとり，その出力に補償ゲイン(21)を乗じて回転
制御信号Ｃ１を発生する。同様に第３図(b)は補償回路
(13)の構成例であり，加算点(22)において角度指令信号
Ｒ２と角度検出信号▲▼との差をとり，その出力に
補償ゲイン(23)を乗じて角速度指令信号Ｓ２を発生し，
加算点(24)において角速度指令信号Ｓ２と角速度検出信
号▲▼との差をとり，その出力に補償ゲイン(25)を
乗じて回転制御信号Ｃ２を発生する。このサーボ機構に
よると車体傾斜等に基づく外乱トルクが被制御体に加わ
ることによつて発生する空間回転角速度及び空間誤差角
は指向軸(5)に直交する第１の軸(1)及び第３の軸(3)回
りに関する角速度検出器(7)，(9)及び角度検出器(8)，
(10)によつて検出されるため，原理的に指向軸(5)の目
標方向からの空間誤差角を零にする制御が可能となる。

この従来のサーボ機構の欠点は，第２の軸(2)回りのサ
ーボループの応答時定数よりも早く変化する車体傾斜等
に基づく外乱トルクが被制御体の第４の軸(4)回りに加
わつた場合，角度Ｅが零でないとき，指向軸(5)は直ち
に目標方向からずらされ空間誤差角を生じてしまうこと
である。第２図のサーボ機構は被制御体(6)の第１の軸
(1)及び第２の軸(2)回りの制御機構であり，被制御体
(6)はこれらの軸回りに回転自由度を有しているためこ
れらの軸回りに作用する車体傾斜等に基づく外乱トルク
の影響をあまり受けない。他方このサーボ機構は被制御
体(6)が第４の軸(4)回りの回転自由度を有していないた
め車体傾斜等に基づく第４の軸(4)回りの外乱トルクの
影響を直接受けるため空間誤差角の発生を許容すること
になる。

〔発明の概要〕

本発明は被制御体の第４の軸回りに作用する車体傾斜等
に基づく外乱トルクに対して，この車体傾斜等を直接検
出し，それに比例した駆動トルクを，外乱トルクを打ち
消すような形で直接被制御体に加えるようなサーボルー
プを付加することによつて従来のサーボ機構の欠点を除
去するものである。

〔発明の実施例〕

本発明のサーボ機構の一例を第４図及び第５図によつて
説明する。被制御体(6)の第１の軸(1)回り及び第３の軸
(3)回りの角度検出器と角速度検出器とは従来のサーボ
機構と同じであるが，これに第４の軸(4)回りの空間基
準位置（一般に水平基準）からの被制御体(6)の空間傾
斜角▲▼を検出する傾斜角検出器(26)及び角度Ｅを
検出する角度検出器(27)を付加する。制御装置(11)の補
償回路(12)は従来のものと同様に検出信号▲▼と▲
▼及び角度指令信号Ｒ１とから回転制御信号Ｃ１を
発生する。

これに対して補償回路(13)は検出信号▲▼と▲
▼及び角度指令信号Ｒ２に加えて傾斜角検出器(26)の出
力である傾斜角検出信号▲▼及び角度検出器(27)の
出力である角度検出信号を取り込み適当なサーボ補償
後，回転制御信号Ｃ２を発生する。回転制御信号Ｃ１及
びＣ２以降の駆動信号発生回路(14)及び(15)，回転駆動
装置(16)及び(17)は従来のサーボ機構と同じである。

第５図に本発明における補償回路(13)の一構成例を示
す。加算点(22)においては角度指令信号Ｒ２と角度検出
信号▲▼との差をとるとともに演算回路(28)の出力
信号であるブースト信号Ｂを加算する。演算回路(28)は
傾斜角検出信号▲▼と角度検出信号とから次式の
演算を施こしてブースト信号Ｂを発生する。

ここにＫは定数ゲインである。加算点(22)以降の補償ゲ
イン(23)，加算点(24)，補償ゲイン(25)の構成は第３図
(b)の従来の補償回路(13)に同じである。このサーボ機
構によれば，被制御体(6)の第４の軸(4)回りに加わる車
体傾斜等に基づく外乱トルクに対して，それを直接打ち
消すような形でのサーボ補償トルクを従来のサーボ補償
系に重畳することができるので，従来のサーボ機構の欠
点である指向軸(5)の空間誤差角の発生を抑える事がで
きる。

尚第４図，第５図の構成例では車体傾斜等に基づく外乱
トルクに対する直接的サーボ補償ループの付加を第２の
軸(2)回りについてのみ実施したが，第１の軸(1)回りに
ついても同様に実施できる。

〔発明の効果〕

このように，この発明によれば車体傾斜等に基く外乱ト
ルクが被制御体に加わつても指向軸の空間誤差角の発生
を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は被制御体の座標系の定義図，第２図は従来のサ
ーボ機構の構成図，第３図は従来のサーボ機構の補償回
路の構成図，第４図は本発明のサーボ機構の構成図，第
５図は本発明のサーボ機構の補償回路の構成図である。 (1)は第１の軸，(2)は第２の軸，(3)は第３の軸，(4)は
第４の軸，(5)は指向軸，(6)は被制御体，(7)は第１の
軸回りの角速度検出器，(8)は第１の軸回りの角度検出
器，(9)は第３の軸回りの角速度検出器，(10)は第３の
軸回りの角度検出器，(11)は制御装置，(12)は第１の軸
に関する補償回路，(13)は第２の軸に関する補償回路，
(14)は第１の軸に関する駆動信号発生回路，(15)は第２
の軸に関する駆動信号発生回路，(16)は第１の軸に関す
る回転駆動装置，(17)は第２の軸に関する回転駆動装
置，(18)は第１の軸に関する補償回路の加算点，(19)は
補償ゲイン，(20)は加算点，(21)は補償ゲイン，(22)は
第２の軸に関する補償回路の加算点，(23)は補償ゲイ
ン，(24)は加算点，(25)は補償ゲイン，(26)は第４の軸
回りの傾斜角検出器，(27)は角度検出器，(28)は演算回
路である。 Ａ１は第１の軸回りの指向軸の目標方向からの空間誤差
角，Ｗ１は第１の軸回りの空間回転角速度，Ａ３は第３
の軸回りの指向軸の目標方向からの空間誤差角，Ｗ３は
第３の軸回りの空間回転角速度，Ｅは指向軸と第４の軸
とのなす角度，▲▼はＡ１の角度検出信号，▲
▼はＷ１の角速度検出信号，▲▼はＡ３の角度検出
信号，▲▼はＷ３の角速度検出信号，Ｃ１は第１の
軸回りの回転制御信号，Ｃ２は第２の軸回りの回転制御
信号，Ｄ１は第１の軸回りの回転駆動信号，Ｄ２は第２
の軸回りの回転駆動信号，Ｔ１は第１の軸回りの駆動ト
ルク，Ｔ２は第２の軸回りの駆動トルク，Ｒ１は第１の
軸回りの角度指令信号，Ｒ２は第２の軸回りの角度指令
信号，Ｓ１は第１の軸回りの角速度指令信号，Ｓ２は第
２の軸回りの角速度指令信号，Ａ４は第４の軸回りの空
間基準位置からの被制御体の空間傾斜角，▲▼はＡ
４の傾斜角検出信号，はＥの角度検出信号，Ｂは第２
の軸回りの補償回路に加算されたブースト信号である。 なお，図中同一あるいは相当部分には同一符号を付して
示してある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−24607（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−101685（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−61589（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車体上にあつて，第１の軸及び第２の軸の
   ２つの互に直交する回転軸を有し，指向方向制御を必要
   とする被制御体を，これらの軸回りに回転駆動制御する
   ことによつて指令された目標方向に空間安定化制御する
   管制装置のサーボ機構において，被制御体の指向軸に直
   交する第１の軸回りの指向軸の空間回転角速度を検出す
   る角速度検出器と，目標方向からの指向軸の第１の軸回
   りの空間誤差角を検出する角度検出器と，第１の軸及び
   指向軸に直交する第３の軸回りの指向軸の空間回転角速
   度を検出する角速度検出器と，目標方向からの指向軸の
   第３の軸回りの空間誤差角を検出する角度検出器と，第
   １の軸と第２の軸に直交する第４の軸回りの空間基準位
   置からの指向軸の空間傾斜角を検出する傾斜角検出器
   と，指向軸と第４の軸とのなす角度を検出する角度検出
   器と，第１の軸回りの角速度検出器出力信号及び角度検
   出器出力信号及び第１の軸回りの角度指令信号から適当
   なサーボ補償を施した後回転制御信号に変換する補償回
   路と，第３の軸回りの角速度検出器出力信号及び角度検
   出器出力信号及び第２の軸回りの角度指令信号及び第４
   の軸回りの傾斜角検出器出力信号及び指向軸と第４の軸
   とのなす角の角度検出器出力信号から適当なサーボ補償
   を施した後回転制御信号に変換する補償回路と，第１の
   軸回りの回転制御信号から第１の軸回りの回転駆動装置
   に供給する回転駆動信号に変換する駆動信号発生回路
   と，第２の軸回りの回転制御信号から第２の軸回りの回
   転駆動装置に供給する回転駆動信号に変換する駆動信号
   発生回路と，第１の軸回りの回転駆動信号を受け第１の
   軸回りの駆動トルクを発生する回転駆動装置と，第２の
   軸回りの駆動トルクを発生する回転駆動装置とから構成
   されたことを特徴とするサーボ機構。