JPH0789060B2 - ジャイロコンパスの静定方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はジャイロコンパスの静定方式に関する。

〔従来の技術〕

周知のように、ジャイロコンパスは、ジャイロロータに
対し地盤の旋転に応じたプリセッションを生じさせるこ
とによって指北させるようにされ、通常運転時は地球上
の緯度における地盤の東旋、東方傾斜に応じたプリセッ
ションを常に生じさせることにより指北安定させてい
る。

しかしながら、ジャイロコンパスを起動した際、ジャイ
ロ軸が大きく真北方向からずれているとプリセッション
による軸の移動時間と地盤の東偏の変化量との相関によ
りジャイロ軸の指北端が長時間安定せず、その間正確な
方位設定又は測定ができない問題が生じる。

かかる問題に対処するため、起動時にジャイロロータの
水平軸に取付けられた傾斜計よりジャイロ軸の傾きを検
出し、この傾き角に対応するトルクを垂直軸周囲に与え
て早期安定させることが知られている（例えば特開昭59
-163508号又は同59-163509号公報）。

〔従来技術の問題点〕

しかしながら、上記手段における安定化方式はジャイロ
ロータの指北端の上下又は東西方向に対する偏角、傾斜
角を基として、それぞれ別個にプリセッションを生じさ
せているだけであり、かつ、ジャイロロータの指北端の
振揺軌跡は楕円起動であることから両移動成分を同時に
短時間に修正することはできず、早期安定化は未だ十分
でない欠点が有った。

〔発明が解決しようとする課題〕

この発明は上記題点に鑑み、ジャイロ軸の上下、東西方
向の偏角、傾斜角を迅速に修正し、さらに緯度に対応し
た傾斜角に修正し、もって早期に真北方向へ安定させる
ジャイロコンパスの静定方式を得ることを目的としてな
されたものである。

〔課題を解決するための手段〕

即ち、この発明のジャイロコンパスの静定方式は、ロー
タ回転軸の地盤に対する傾斜を電気信号に変換する傾斜
計と、この電気信号を演算処理する電気回路と、この電
気回路の出力に応じてロータに水平軸からトルクを与え
る装置とを具備するジャイロコンパスにおいて、ジャイ
ロコンパスの起動後、ロータの傾斜角に応じて垂直軸回
りにトルクを与えてジャイロロータ軸を水平になるよう
にプリセッションを生じさせ、ほぼ水平とした後、ロー
タの水平軸回りの回転角速度だけに対応したトルクを前
記水平軸に与えると共に、前記回転角速度に対応するト
ルクを垂直軸回りに与えることを特徴とするものであ
る。

〔実施例〕

次に、この発明を実施例と共に説明する。

第１図は、この発明の実施例のブロック図、第２図は、
第１図の作用を説明する制御ループ図である。

第１図において、１はジャイロコンパスの機構部を示
し、ジャイロロータ２及びこれを支持するジンバル３か
らなる。

ジャイロロータ２は、そのケース2Aが垂直軸3Aにより支
持され、さらにピアノ線3Bにより吊り下げられている。

この垂直軸3A及びピアノ線3Bは、垂直環3Cに軸周囲回転
可能に軸支されまた、この垂直環3Cは、水平環3Dに水平
軸3E周囲に回転自在に支持され、水平環3Dは追従環3Fの
アーム3Gに回転自在に支持されている。

垂直環3Cを支持する水平軸3Eには、その軸周囲にトルク
を与えるトルカー４と、ジャイロロータ軸の地盤に対す
る傾斜を検出する傾斜計５が設けられ、また、追従環3F
には、ジャイロロータ２の垂直軸回りの回転を追従する
サーボモータ６が設けられている。

また、上記サーボモータ６は、垂直環3Cとジャイロロー
タ２との間に設けられた追従センサ７の検出信号により
作動され、該出力信号を受けて追従環3Fを回転させ、船
の方位を検出可能とする。

なお、上記ジャイロコンパスの構造は、従来公知のもの
と同一構造である。

上記ジャイロコンパスには、ロータ２の回転軸の地盤に
対する傾斜を電気信号に変換する傾斜計５よりの検出情
報を演算処理する電気回路８が設けられ、この電気回路
８によりトルカー４及びサーボモータ６が制御される。

上記電気回路８は、ロータ２の地盤に対する傾斜を電気
信号に変換する傾斜計５、同期検波回路8A、傾斜角に応
じ垂直環3Cにトルクを与えるサーボモータ６からなる上
下方向のプリセッションを生じさせる回路と、同期検波
回路8A、電子回路で構成される積分器8C、抵抗器で構成
される減衰器8D、電子回路で構成されるスイッチ8E、同
じく電子回路で構成される加算器8F、トルカー駆動回路
8G及び水平環3Eにトルクを与えるトルカー４からなる東
西方向プリセッションを生じさせる回路から構成されて
いる。

なお、図中8B、8Hは電子スイッチでありタイマーにより
制御される。

第４図は上記実施例における積分器8C、減衰器8D及びス
イッチ8Eの回路構成を示し、傾斜計５の傾斜角速度を検
出する。

この傾斜角速度の検出は別に微分回路を設けこれによっ
て検出しても良いが、第３図図示のように通常の制御回
路中の積分器の出力と比例分の加算を行っている係数を
変えて構成することが有利である。

次に上記ジャイロコンパスの静定方式を説明する。

第２図において、ジャイロロータ２の起動時、指北端が
傾斜している場合、一般的には、積分器8C、減衰器8Dに
よって傾斜角度の変化に対し時間遅れをもったトルクを
ジャイロロータに与え真北方向へ向くようなプリセッシ
ョンを生じさせる。

この時のジャイロロータの指北端の軌跡は一般に第６図
に示すようなスパイラス曲線となることが公知であり、
図に示すようにジャイロロータの指北端が東→北（子午
線上）→西→北（子午線上）→東に移動しながら真北方
向に収斂する。

この時の偏角と傾斜角の変化状態は、上記より明らかな
ように、指北端が上下運動をするときには必ず東西方向
の運動を伴い、またこの運動は地球の自転軸とジャイロ
ローラ軸との関係から指北端が真北を向いた時に最大傾
斜角、傾斜角速度が０、指北端が最も東又は西を向いた
時に傾斜角０、最大傾斜角速度の関係となる。

従って、振揺減衰運動を短時間で終了させ、さらに所定
の緯度に対応した傾斜角に安定させるには、上記の傾斜
又は偏角度ではなくこれらの角速度に対応したプリセッ
ションを生じさせることがより効率的となる。

そこで、ジャイロコンパスを起動した際、ジャイロ軸に
偏角及び傾斜角がある場合、指北端を真北に向けるため
次の段階で制御される。

第１段階 起動直後にロータの傾斜角β₀に応じた信号を追従サー
ボモータ６に与えてピアノ線3Bを捩じりこれによるトル
クによってジャイロロータ軸を水平方向へプリセッショ
ンさせる。

第２段階 ジャイロロータ軸をほぼ水平とした後、ジャイロロータ
軸は地盤の東旋と東方傾斜により姿勢を変化させ始め
る。

従って、傾斜計５によりジャイロロータの傾斜角速度を
検出しこの角速度に対応したトルクをトルカー４により
水平軸に与え、ジャイロロータ軸を真北方向へ向くよう
なプリセッションを生じさせると同時に垂直軸にも上記
角速度に対応したトルクを与え、前記トルクを与えた時
に生ずる上下方向プリセッションを抑える方向のプリセ
ッションが生ずるトルクを与えて、ジャイロロータの指
北端を真北方向に強制的にプリセッションさせる。

このとき、ジャイロロータ軸の傾斜角速度が０となった
時がジャイロロータ軸が真北方向を向いている時であ
り、かつこの傾斜角速度０の状態が継続するときは、ジ
ャイロロータ軸が真北を向いていることとなる。

第３段階 従って、傾斜角速度が０となった時に補助手段（マニア
ル設定）によって、緯度φから算出されるジャイロロー
タ軸の傾き角に一致するまで第１段階と同様ジャイロロ
ータ軸に上下方向のプリセッションを与える。

第４段階 この第３段階終了時点で、ジャイロコンパスは静定され
たこととなる。従って以後通常の作動状態に入る。

第２図は上記プロセスを実施した場合の制御ループ図を
示し、図中実線部分は各回路によって演算処理された数
値を示し、鎖線部分は制御又は外力（地盤の東旋、東方
傾斜）によるジャイロコンパスの挙動値を示す。

第２図において、9Aは緯度φにおける地盤の東方傾斜各
（ω cosφ）、9Bは時間の経過と共に東方傾斜が積算さ
れていく状態（1/s:積分）を示す。

また図中9Cは緯度φにおける地盤の東旋（ω sinφ）、
9Dは時間の経過と共に東旋角度が積算されていく状態
（1/s:積分）をを示す。

9Eはジャイロロータの指北端が指している初期方位値
（α₀/S）を示す。

次に各段階における作用を説明する。

第１段階において、ロータ軸の傾きβ₀は傾斜計５によ
り出力され、閉とされたスイッチ8Bを介しサーボモータ
６が駆動され、捩じられたピアノ線3Bによりジャイロ軸
を凡そ水平にするプリセッションが与えられる。

そして、ジャイロ軸が水平になった時点でタイマー装置
（図示せず）によりスイッチ8Bが開となり、スイッチ8
E、スイッチ8Hが閉とされ、次の第２段階へ入る。

このタイマー装置は公知のようにジャイロコンパスの起
動直後から動作を開始する発振器と分周器で構成された
ものである。

第２段階においては傾斜計５より検出された傾斜角速度
を基に指北端を強制的に真北方向へプリセッションさせ
る。

即ち、第２図においてスイッチ8Eを切り換える事により
積分器の出力と比例分の加算を行っている係数を変える
ことにより傾斜角速度が演算される。

この時の基準値は、第４図に示すように積分器8Cを構成
する抵抗R_i、コンデンサーの容量C_iから得られる時定数
T_iとされる。

この傾斜角速度に基づく制御値によりトルカー４が作動
され、ジャイロロータに対し地盤の東旋に対応するプリ
セッションが与えられ、指北端が真北方向へ向けられ
る。この真北方向の検出は、上述のように傾斜角速度０
の時点の検出により行われる。

図中K_pはトルカー４の出力トルクと傾斜角の比であっ
て、この時の垂直軸回りのプリセッションは1/H（H:ジ
ャイロの角運動量）となる。

またこの制御ループにおいて上記制御値は電子スイッチ
8Hの閉によりフィードバックされ、その制御値によりサ
ーボモータ６が作動され、垂直軸回りのトルクと傾斜角
βとの比をK_tとしてトルクが与えられる。プリセッショ
ンはトルクの1/Hとなる。

従って、この第２段階においては制御ループは第３図に
示すようになり、ジャイロ軸には垂直水平の両方向に同
時にプリセッションが与えられることになる。

即ち、K_p・T_iによりジャイロ軸の指北端が非常に短い振
揺期間で真北方向へ向けることができる。

次に、地球上での一定緯度におけるジャイロロータ軸の
静定時の傾斜角（β）は緯度に応じ一定である。

そこで、第３段階として静定時の傾斜角にジャイロロー
タ軸を設定する。この角度調整は第１段階と同様サーボ
モータ６により行い、補助手段によって得られた緯度に
応じたジャイロロータ軸の傾斜角まで追従センサに誤差
を生じさせてサーボモータを駆動させ、ピアノ線を捩じ
ることによりプリセッションを生じさせて所定傾斜角に
一致させるのである。

なお上記において、緯度に応じた傾斜角の設定は、計算
により算出した角度にマニュアル手段により設定する
他、ロラン等の装置と連動させ自動的に入力することも
できる。

以上でジャイロコンパスは静定されるので第４段階とし
て通常の運転に移行する。

この通常運転では、スイッチ8B、8E、8Hは、第１図の状
態に設定されかつ前述のようにK_pの振揺周期が大略84分
になるように設定される。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したように、ジャイロロータの指北
端を水平にした後真北方向に静定させる場合、ジャイロ
ロータの水平時の角速度に応じて水平、垂直の両軸に対
し同時にプリセッションを生じさせるため、ジャイロロ
ータの指北端が真北方向を向くまでの時間が非常に短
く、かつその後にロータ軸の傾斜角を静定時の傾斜角に
強制的に一致させるため、指北端が正しく真北方位を向
いて安定するまで従来のものが起動後２〜３時間要して
いたものが、本発明では20〜30分で済み、早期に指北安
定させることが可能となるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施する装置のブロック図、第２図
及び第３図はこの発明の実施例の制御ループ説明図、第
４図は計算回路の一例を示す回路図、第５図はスイッチ
8Bの一例を示す回路図、第６図はジャイロロータのプリ
セッションを説明する図である。 図において、１はジャイロコンパスの機構部、２はジャ
イロロータ、３はジンバル３、2Aはジャイロロータのケ
ース、3Aは垂直軸、3Bはピアノ線、3Cは垂直環、3Dは水
平環、3Eは水平軸、3Fは追従環、3Gはアーム、４はトル
カー、５は傾斜計、６はサーボモータ、７は追従セン
サ、８は制御用電気回路、8Cは積分器、8Dは抵抗器で構
成される減衰器、8Eは電子回路で構成されるスイッチ、
8Fは電子回路で構成される加算器、Ｆ、8Gはトルカー駆
動回路、8B、8Hは電子スイッチを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロータ回転軸の地盤に対する傾斜を電気信
   号に変換する傾斜計と、この電気信号を演算処理する電
   気回路と、この電気回路の出力に応じてロータに水平軸
   からトルクを与える装置とを具備するジャイロコンパス
   において、ジャイロコンパスの起動後、ロータの傾斜角
   に応じて垂直軸回りにトルクを与えてジャイロロータ軸
   を水平になるようにプリセッションを生じさせ、ほぼ水
   平とした後、ロータの水平軸回りの回転角速度だけに対
   応したトルクを前記水平軸に与えると共に、前記回転角
   速度に対応するトルクを垂直軸回りに与えることを特徴
   とするジャイロコンパスの静定方式。