JPH08502356A - リングレーザ・ジャイロスコープ用の三角ディザー駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ＲＬＧディザーモータ用の制御装置が、ＲＬＧの位置信号と一定の関係を有するクロック信号を供給するためのディジタル移相器を具備する。プロセッサにより生成される振幅ワードをクロック信号によって決定される間隔で受け取り、振幅ワード信号と一定の関係を有するパルス速度信号を供給する速度パルスジェネレータを設けられている。パルス速度信号をＲＬＧ位置信号と結合して、第２のパルス速度信号を得、これを積分して三角波駆動信号を得る。

Description

【発明の詳細な説明】 リングレーザ・ジャイロスコープ用の三角ディザー駆動装置 発明の背景 本発明は、広義にはリングレーザ・ジャイロスコープ（ＲＬＧ）に関し、詳し くはリングレーザ・ジャイロスコープ用のディザリング・システムに関し、さら に詳しくはディザリング・システムの制御に関する。 リングレーザ・ジャイロの厄介な特性の一つとして、回転入力速度がある値以 下になったとき生じる「ロックイン」がある。ロックインの効果を小さくしたり 、なくしたりするためにディザー法を用いるという原理は、Ｊｏｓｅｐｈ Ｅ． Ｋｉｌｌｐａｔｒｉｃｋに対して与えられ、本願と同じ譲受人に譲渡された「Ａ ｎｇｕｌａｒ Ｒａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒ（レーザ角速度センサ）」という名称の の米国特許第３，３７３，６５０号に開示されている。 ディザー駆動電子回路や電子装置は、ＲＬＧにディザーを加え、ディザー駆動 モータに供給される駆動信号の振幅を制御する機能を有する。この振幅制御では 、通常ディザー・ピックオフを用いてディザー・ピックオフ信号の振幅を検出し 、駆動系に所要の調整を行って必要なピックオフ信号を維持する操作が用いられ る。ディザー駆動信号は様々な種類のものを用いることができ、ディザー駆動信 号の制御にも様々な技法を用いることができる。例えば、大部分のハードウェア がディジタル電子機器により実施され、駆動信号としてパルス幅可変のパルスを 使用するパルス幅変調法が用いられる。もう一つの方法として、正弦波ディザー 駆動信号とアナログ制御ループを用いる方法も考えられる。 発明の概要 ＲＬＧ取付け面に対するＲＬＧの角度位置に比例するディザー・ピックオフの 出力はディザー位置信号と呼ばれる。そして、ディザー・ピックオフ出力はＡ／ Ｄ変換器へ送られる。プロセッサがＡ／Ｄ変換器の出力を読み取り、新しい振幅 制御ワードをディザー論理回路のレジスタに書き込む。また、ディザー・ピック オフ出力は方形状に整形されて、９０度移相器へも送られる。移相器出力は、デ ィザー周波数の倍の周波数を有する方形波信号であり、ほぼディザー・ピックオ フ信号のゼロ速交差と対応する立ち上がりエッジを有する。移相器出力信号の各 立ち上がりエッジでは、振幅ワードが、プログラマブル・パルス速度ジェネレー タに出力を供給するもう一つのレジスタにクロック同期で入力される。その結果 、プログラマブル・パルス速度ジェネレータの速度はディザー・ピックオフ信号 の各ゼロ速交差に従って変化する。プログラマブル速度パルスジェネレータの出 力は、方形状に整形されたディザー・ピックオフ信号の状態に従ってゲートを介 して積分器に入力される。従って、方形状に整形されたディザー・ピックオフ信 号がハイであると、出力パルスは積分器をランプアップさせる（ランプ波形の勾 配を上向きにする）ようにゲートを介して入力される。ディザー・ピックオフ信 号がローであると、出力パルスは積分器をランプダウンさせる（ランプ波形の勾 配を下向きにする）ようにゲートを介して入力される。積分器の出力はＲＬＧに 取り付けられたディザーモータを駆動する。 図面の簡単な説明 図１は、本発明による三角ディザー制御装置を示す概略ブロック図である。 図２は、図１のブロック図における様々な信号間の関係を示す説明図である。 図３は、図１のブロック図の一部を詳細に示すブロック図である。 実施例の説明 図１において、リングレーザ・ジャイロまたはリングレーザ角速度センサ１０ は読出し機構１２を含み、読出し機構１２はブロック１４に取り付けられている 。ブロック１４には、互いに逆方向に回転するレーザビームの伝播路が設けられ ている。また、センサ１０にはディザー駆動信号１６及びディザー・ピックオフ 信号１８が供給される。 図１にはディザーモータ２０が示されており、このモータはばねのような弾性 手段（図示省略）に取り付けられた圧電デバイスよりなる。これによって、適切 な電圧をモータ２０に印加すると、ばねに曲げが生じ、ディザー運動が起こる。 図示例においては、ディザー・ピックオフ２２もばねに取り付けられた圧電デバ イスよりなり、回転検出手段として機能し、ディザーモータ２０によるばねの捻 れ応力を表す出力信号を発生させる。この出力信号は、ロードが適切であれば、 角度位置に比例し、角度位置信号または角度センサ位置信号と称することができ る。 ディザー・ピックオフ２２の出力信号１８は緩衝増幅器２４によって緩衝され 、アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器２６へ送られる。Ａ／Ｄ変換器２６の ディジタル出力信号２７はプロセッサ２８によって読み取られる。緩衝増幅器２ ４の出力は比較器３０にも送られ、そこで方形状に整形される。プロセッサ２８ の出力及び方形状に整形されたディザー・ピックオフ信号はディジタル論理手段 ２３に入力される。この方形状に整形されたディザー・ピックオフ信号３１はマ ルチプレクサ３２の一方の入力になっている。マルチプレクサ３２のもう一方の 入力は始動周波数信号１９である。マルチプレクサ３２はスタート・コマンド２ ９により制御される。マルチプレクサ３２の出力３３は移相器４０に接続されて いるが、この移相器は９０度ディジタル移相器であり、その入力信号の２倍の周 波数の方形波信号を供給する。この方形波信号は、方形状に整形されたディザー ・ピックオフ信号の各振幅遷移部間のほぼ中間点に立ち上がりエッジが生じる。 以下、移相器４０の動作について説明する。 マルチプレクサ３２の出力３３は、２入力ＡＮＤゲート３４の一方の入力とイ ンバータ３６の入力にも供給される。インバータ３６の出力は２入力ＡＮＤゲー ト３８の一方の入力になっている。 プロセッサ２８は、Ａ／Ｄ変換器２６の出力を読み取り、次の駆動信号の所望 の振幅を演算し、その新しいディザー駆動信号振幅を表す振幅ワードをレジスタ ４２へ書き込む。この振幅ワードは、ディザー・サイクルに対して非同期で任意 のタイミングで書き込むことができる。この振幅ワードのデータには、ディザー 駆動信号の振幅の何らかのノイズ変調成分が含まれている。移相器４０の出力は ディザー・ピックオフ信号の２倍の周波数の信号であり、ディザー・ピックオフ 信号に対して位相が９０度ずれている。その結果、各ディザーのゼロ速交差毎に 立ち上がりエッジを有する信号４１が得られる。移相器４０の出力信号４１の各 立ち上がりエッジで、レジスタ４２からレジスタ４４へ振幅ワードがクロック同 期で入力される。レジスタ４４の内容はプログラムマブル速度パルスジェネレー タ５０に供給され、このパルスジェネレータは書き込まれた振幅ワードに比例す る速度で出力パルスを発生させる。そのために、パルスジェネレータ５０のパル ス発生速度はディザー速度の各ゼロ交差に従って変化する。パルスジェネレータ ５０の出力５１は、ＡＮＤゲート３４及びＡＮＤゲート３８に入力される。ＡＮ Ｄゲート３４の出力は、アップパルス整形回路４６に供給される。ＡＮＤゲート ３８の出力は、ダウンパルス整形回路４８に供給される。アップパルス整形回路 ４６及びダウンパルス整形回路４８は、各入力パルス毎に、それぞれ総エネルギ ーが明確に定められた出力パルス、すなわち一定電圧と一定時間の出力パルスを 発生させる。アップパルス整形回路４６の出力及びダウンパルス整形回路４８の 出力は加算器５２に供給される。加算器５２の出力は積分器５４に接続されてい る。積分器５４はバッファ５６に接続されている。バッファ５６の出力はディザ ー駆動信号１６であり、ディザーモータ２０に接続されている。 方形状に整形されたディザー位置信号すなわち方形状に整形されたディザー・ ピックオフ信号３１を図２に示す。また、図２には、ディザー・ピックオフ信号 の２倍の周波数を有し、方形状に整形されたディザー・ピックオフ信号に対して 位相が９０度ずれた移相器４０の出力も示されている。ディザー速度がゼロとい う条件は、方形状に整形されたディザー位置信号の正の部分の中間点３５及び負 の部分の中間点３７に生じる。図２に示すように、移相器４０の出力はこのゼロ ディザー速度条件に対応する立ち上がりエッジ４３を有する。図２では、立ち上 がりエッジ４３は中間点３５と同時に起こり、立ち上がりエッジ４５は中間点３ ７と同時に起こる。 ここで、図３に示すような移相器４０の動作について説明する。マルチプレク サ３２の出力は方形状に整形されたディザー・ピックオフ信号であり、シンクロ ナイザ５６の入力に供給される。移相器４０は、シンクロナイザ５６の出力を同 期させるためにクロック信号４１を供給する。カウンタ１は、クロック入力、イ ネーブル入力及びリセット入力を有する「アップ」カウンタである。カウンタ１ は出力端子０−５を有する。カウンタ２は、クロック入力、イネーブル入力及び ロード入力を有するダウンカウンタである。カウンタ２は、入力端子０−４及び 出力端子０−４を有する。出力端子０−４の出力はＯＲゲート５８に入力される 。カウンタ３は、クロック入力、イネーブル入力及びリセット入力を有する「ア ップ」カウンタである。カウンタ３は出力端子０−５を有する。カウンタ４は、 クロック入力、イネーブル入力及びロード入力を有するダウンカウンタである。 カウンタ４は、入力端子０−４及び出力端子０−４を有する。出力端子０−４の 出力はＯＲゲート６０に入力される。移相器４０は、ＡＮＤゲート６２及び６４ 、インバータ６６、６８及び７０を有する。移相器４０は、さらに２入力ＯＲゲ ート７２、出力フリップフロップ７４及びクロック７６を有する。 移相器４０の動作について説明すると、まず、同期化されたディザー・ピック オフ信号がカウンタ１をイネーブル状態にして、移相器のクロック７６のクロッ クサイクルのカウントを開始させる。カウンタ１は、１ディザー・サイクルの２ 分の１の間クロックサイクル数をカウントし、このカウント数が実質的に半ディ ザー・サイクルの期間となる。この半ディザー・サイクルの終わりには、カウン タ１の最下位ビットを除く全ビットがカウンタ２にロードされ、事実上ディザー 周期が２分割される。次に、カウンタ２は次の半ディザー・サイクルの始めから カウントダウンを開始する。カウンタ２は、次の半ディザー・サイクルの中間、 すなわちそのサイクル中に約９０度入った点で内容がゼロに達するはずである。 カウンタ２がゼロまでカウントダウンすると、出力の立ち上がりエッジが発生し 、図示のようにカウンタ２のイネーブル入力及びＯＲゲート７２の入力に供給さ れる。カウンタ３及び４は、カウンタ１及び２と半ディザー・サイクルずつ交互 にこれらと同様に動作する。カウンタ２及び４の内容がゼロになったときの立ち 上がりエッジはＯＲゲート７２に入力され、フリップフロップ７４の出力が移相 器４０の出力になっている。 カウンタ１及び３は６ビットで十分であり、またカウンタ２及び４は５ビット で十分であろう。ディザー周波数６５０Ｈｚ、移相器のクロック周波数６２．５ ＫＨｚ（１）ＲＬＧを考えた場合、最悪の場合でも誤差は約＋１．５カウント、 −０．５カウントであろう。これは、９０度＋５．６／−１．９度の移相量に相 当する。 これは、ディザー振幅制御ループを閉ループとして動作させるのに十分適切であ る。移相量の精度をより高く、あるいはより低くする必要がある場合は、各カウ ンタのビット数及びクロック周波数を変えてもよい。 結果的に得られるディザー駆動信号は、図２のｄに三角ディザー駆動信号とし て示されている。プロセッサ２８は、この駆動信号の振幅を制御する。三角駆動 信号の振幅は、駆動信号の各ゼロ交差毎に変化する。すなわち、方形状に整形さ れたディザー・ピックオフ信号３１がハイならば、パルスジェネレータ５０の出 力５１は、５４図２のｄに８０で示すように、積分器をランプアップさせるよう ゲート処理を介して入力される。ディザー・ピックオフ信号３１がローならば、 パルスジェネレータ５０の出力５１は、図２のｄに８２で示すように、積分器５ ４をランプダウンさせるようゲートを介して入力される。 本発明の三角ディザー駆動は、パルス幅変調ディザーより駆動パワーが著しく 小さくて済むという長所を有する。また、三角駆動は、三角波形の比較的漸進的 な遷移のために、パルス幅変調よりノイズや妨害電波の発生が少ないという長所 をも有する。 以上の説明により、出願人は、ＲＬＧ用の三角ディザー駆動制御装置を開示し た。本願においては、例示説明のために本発明の特定実施例について説明したが 、当業者であれば数多くの変形態様が可能なことは明白であろう。本発明の範囲 は本願で開示した実施例に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲の記 載によってのみ限定されるものとする。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．支持物に懸架されたリングレーザ角速度センサを振動させるためのディザー モータ用の制御装置であって、上記センサの振動が振幅制御信号に応答して制御 される右回り及び左回りの回転振幅を有し、上記リングレーザ・ジャイロが角度 位置信号を供給するためのトランスデューサを有する制御装置において、 上記角度位置信号を受け取るとともに、振幅ワード信号を生成するための第１ の信号手段（２６、２８）と、 上記角度位置信号のゼロ速条件と同時に起こるパルスエッジを有するクロック 信号を供給するための第２の信号手段（４０）と、 上記振幅ワード信号をパルス速度信号に変換するための第３の信号手段で、上 記パルス速度が上記振幅ワード信号と一定の関係を有しかつ各上記クロック信号 によって変化する第３の信号手段（４４、５０）と、 上記パルス速度信号を上記角度位置信号と結合して、上記角度位置信号がハイ のときは第１の方向のパルスを発生させ、上記角速度位置信号がローのときは第 ２の方向のパルスを発生させる第４の信号手段（３４、３６、３８）と、 上記の第１及び第２の方向の上記パルスを受け取るとともに、これらのパルス を積分して、上記振幅ワード信号に応じて上記ディザーモータを駆動するための 振幅制御信号を供給する第５の信号手段（５２、５４）と、 を具備した制御装置。 ２．上記第１の信号手段が、アナログ−ディジタル変換器手段（２６）とプロセ ッサ手段（２８）とからなる請求項１記載の制御装置。 ３．上記第２の信号手段が、上記角度位置信号と一定の関係を有し、上記角度位 置信号に対して所定の位相量だけずれたクロック信号を供給するための移相器手 段（４０）よりなる請求項２記載の制御装置。 ４．上記クロック信号が、上記角度位置信号の２倍の周波数を有し、位相が約９ ０度ずれている請求項３記載の制御装置。 ５．上記第３の信号手段が、少なくとも１つのレジスタとプログラムマブル速度 パルスジェネレータ（５０）とからなる請求項１記載の制御装置。 ６．上記第４の信号手段がゲート手段（３４、３８）よりなる請求項４記載の制 御装置。 ７．上記第５の信号手段が、アップパルス整形回路（４６）と及びダウンパルス 整形回路（４８）とからなる請求項６記載の制御装置。 ８．上記振幅制御信号が実質的に三角波信号である請求項１記載の制御装置。 ９．上記振幅制御信号が実質的に三角波信号である請求項７記載の制御装置。 １０．支持物に懸架されたリングレーザ角速度センサを第１の周波数で振動させ るためのディザーモータ用の制御装置であって、上記センサの振動が振幅制御信 号に応答して制御される右回り及び左回りの回転振幅を有し、上記リングレーザ ・ジャイロが上記角度位置を表す信号を供給するためのトランスデューサを有す る制御装置において、 上記角度位置を表す上記信号を受け取るとともに、振幅ワード信号を生成する ための変換手段（２６、２８）と、 上記角度位置を表す上記信号を第１の方形波角度位置信号に整形するための手 段（３０）と、 上記第１の方形波角度位置信号と周波数が一定の関係を有し、上記第１の方形 波角度位置信号に対して所定の位相量だけ位相がずれた第２の信号を供給するた めの手段（４０）４４）と、 上記第２の信号によって定まるタイミングで上記振幅ワード信号を受け取り、 上記振幅ワード信号と一定の関係を有する第１のパルス速度信号を発生させるた めの速度パルスジェネレータ手段（５０）と、 上記第１の方形波角度位置信号を上記の第１のパルス速度信号と結合して、上 記角度位置を表す上記信号がハイのときは第１の方向のパルスを発生させ、上記 角度位置信号を表す上記信号がローのときは第２の方向のパルスを発生させる結 合手段（３４、３８）と、 上記パルスを受け取るとともに、これらのパルスを積分して、上記振幅ワード 信号に応答して上記ディザーモータを駆動するための振幅制御信号を供給する積 分手段（５４）と、を具備した制御装置。 １１．上記第１の方形波センサ位置信号が中間点を持つハイ部分及び中間点を持 つロー部分を有し、上記中間点がほぼゼロのディザー速度条件と対応し、かつ上 記第２の信号がほぼ上記中間点に立ち上がりエッジを有する請求項１０記載の制 御装置。 １２．上記第２の信号が上記第１の周波数の２倍の周波数を有し、上記所定の位 相量が９０度である請求項１１記載の制御装置。 １３．上記振幅制御信号が、上記第１の方形波角度位置信号がハイのときランプ アップし、上記第１の方形波角度位置信号がローのときランプダウンする請求項 １０記載の制御装置。 １４．上記振幅制御信号が、上記第１の方形波角度位置信号がハイのときランプ アップし、上記第１の方形波角度位置信号がローのときランプダウンする請求項 １２記載の制御装置。 １５．上記振幅制御信号が実質的に三角波信号である請求項１０記載の制御装置 。 １６．上記振幅制御信号が実質的に三角波信号である請求項１４記載の制御装置 。 １７．支持物に懸架されたリングレーザ角速度センサを振動させるためのＲＬＧ ディザーモータ用の制御装置であって、上記センサの振動が振幅制御信号に応答 して制御される右回り及び左回りの回転振幅を有し、上記リングレーザ・ジャイ ロが角度位置信号を供給するためのトランスデューサを有する制御装置において 、 上記角度センサ位置信号を受け取り、振幅ワード信号を生成するための第１の 信号手段（２６、２７）と、 上記角度センサ位置信号と一定の関係を有し、上記角度センサ位置信号から所 定の位相量だけ位相がずれたクロック信号を供給するための移相器手段（４０） と、 上記クロック信号によって定まるところに従い上記振幅ワード信号を受け取る とともに、上記振幅ワード信号と一定の関係を有する第１のパルス速度信号を発 生させる速度パルス発生器手段（５０）と、 上記パルス速度信号と上記角度センサ位置信号とを結合して、上記振幅ワード 信号に応じた第２のパルス速度信号を発生させるための手段（３４、３８）と、 上記第２のパルス速度信号を受け取って、上記ディザーモータを駆動するため の上記振幅制御信号を供給するための積分手段（５４）と、 を具備した制御装置。 １８．上記振幅制御信号が第１の方向の上記クロック信号遷移と同時に起こるゼ ロクロスオーバー・ポイントを有する三角波信号である請求項１７記載の制御装 置。