JPS59163508A - North directing and statically determining method of gyrocompass for vessel, and its control device - Google Patents

North directing and statically determining method of gyrocompass for vessel, and its control device

Info

Publication number
JPS59163508A
JPS59163508A JP3869083A JP3869083A JPS59163508A JP S59163508 A JPS59163508 A JP S59163508A JP 3869083 A JP3869083 A JP 3869083A JP 3869083 A JP3869083 A JP 3869083A JP S59163508 A JPS59163508 A JP S59163508A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gyro
vertical frame
frame
horizontal
spin axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3869083A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomio Surideji
摺出寺 富雄
Masashi Nakagawa
雅司 中川
Yoshikazu Nishi
西 義和
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kawasaki Heavy Industries Ltd
Kawasaki Motors Ltd
Original Assignee
Kawasaki Heavy Industries Ltd
Kawasaki Jukogyo KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Heavy Industries Ltd, Kawasaki Jukogyo KK filed Critical Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority to JP3869083A priority Critical patent/JPS59163508A/en
Publication of JPS59163508A publication Critical patent/JPS59163508A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/02Rotary gyroscopes
    • G01C19/34Rotary gyroscopes for indicating a direction in the horizontal plane, e.g. directional gyroscopes
    • G01C19/38Rotary gyroscopes for indicating a direction in the horizontal plane, e.g. directional gyroscopes with north-seeking action by other than magnetic means, e.g. gyrocompasses using earth's rotation

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
  • Navigation (AREA)

Abstract

PURPOSE:To shorten the time required before a gyro spin shaft direct to the north and is statically determined after a gyro is started, and to avoid an unnecessary operation when a vessel is at anchor by increasing the gain of a differential operating part and shortening a period of a precession of the gyro spin shaft, before sailing of a vessel, and decreasing the gain and setting it to a period of a necessary precession at the time of navigation. CONSTITUTION:A gyro 12 is rotated. When a gyro spin shaft 5 is inclined from a horizontal surface 9 of the earth in a state that the gyro 12 is rotated at a high speed, its inclined angle beta is detected as an electrical signal by an inclined angle detector 6. This inclined angle signal is feeble, therefore, it is amplified, and proportional and differential operations are executed by a proportional and differential operating part 18, and its output is inputted to a torque motor 8. A torque being proportional to inputted voltage is applied to a vertical frame 3, and the gyro spin shaft 5 executes a precession. As for this precession, a torque of the same phase and a control torque which leads by a phase angle of 90 deg. are applied, therefore, it is attenuated gradually without executing a sustained oscillation-like motion, and the gyro spin shaft 5 is directed to the due north and statically determined.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、船舶用ジャイロコンパスの指北静定方法およ
びその制御装置に関し、詳しくは、船舶の出航前におけ
るジャイロスピン軸の歳差運動周期を、航行時における
それと異ならせることかできる船舶用ジャイロコンパス
の指北静定方法およびその制御装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for determining north direction for a marine gyro compass and a control device therefor. The present invention relates to a method for determining north direction of a marine gyro compass and a control device thereof.

ジャイロコンパスの高速回転するジャイロは、外部から
力を受けない限り地球の自転に関係なく、絶対空間にお
ける同一方向を向き続ける性質かある。また、ジャイロ
に対して外部から力を加えると、その力の直角方向に旋
回する性質(以下、歳差運動という)も有している。し
たがって、ジャイロコンパスはこれらの2つの性質を利
用して、ジャイロスピン軸の指北静定を可能にしている
The high-speed rotating gyro of the gyro compass has the property of continuing to point in the same direction in absolute space, regardless of the rotation of the earth, unless it receives an external force. Furthermore, when a force is applied to the gyro from the outside, it has the property of rotating in the direction perpendicular to the force (hereinafter referred to as precession). Therefore, the gyro compass makes use of these two properties to enable the pointing of the gyro spin axis to the north.

−とごろで、従来の船舶用ジャイロコンパスにおいては
、高速回転するジャイロか収納されたジャイロケースを
含む垂直枠全体の重心か、回転自在な垂直枠支持用水平
軸より下に位置するよ・うに設定されているので、ジャ
イロスピン軸が地球の自転によって地球の水平面より上
下方向に傾斜した場合、そのジャイロスピン軸の歳差運
動は、上記垂直枠全体の傾斜による重力作用で発生ずる
ジャイロスピン軸に直交する垂直枠支持用水平軸まわり
の直接的なトルクによって行なわれる。また、ジャイロ
スピン軸を真北に静定させるための制振作用は、タンピ
ンクウェイトでジャイロケースの垂直軸まわりに前記傾
斜角に比例したトルクを与えることによって、または、
割振油槽で垂直枠支持用水平軸まわりにnij記傾斜傾
斜角相かは\90変異なるトルクを与えることによって
行なわれ、いづれも傾斜角に関連する機械式の直接的な
トルクに頼っている。
- In conventional marine gyro compasses, the center of gravity of the entire vertical frame including the gyro case that rotates at high speed is located below the horizontal axis for supporting the freely rotatable vertical frame. Therefore, if the gyro spin axis is tilted vertically from the horizontal plane of the earth due to the rotation of the earth, the precession of the gyro spin axis will be the gyro spin axis caused by the gravitational action due to the tilt of the entire vertical frame. This is done by direct torque about the vertical frame supporting horizontal axis perpendicular to . Further, the damping action for statically fixing the gyro spin axis to the true north can be achieved by applying a torque proportional to the tilt angle around the vertical axis of the gyro case using a tamping weight, or
The inclination of the vertical frame support horizontal axis in the distributed oil bath is achieved by applying torques of \90 different degrees, each relying on a mechanical direct torque associated with the inclination angle.

しかし、このような構成のジャイロコンパスでは、ジャ
イロスピン軸の歳差運動の周期は固定されてしまうので
、その周期を変えたい場合はジャイロの回転数を変える
必要がある。
However, in a gyro compass with such a configuration, the period of precession of the gyro spin axis is fixed, so if you want to change the period, you need to change the rotation speed of the gyro.

一方、第1図に示すようなジャイロコンパス1において
は、ジャイロケース2を含む垂直枠3全体の重心か、回
転自在な垂直枠支持用水平軸4とは\一致する位置にあ
るので、ジャイロスピン軸5が地球の水平面9より角度
β傾斜しても、上記垂直枠3全体の傾斜による重力作用
が働かず、1頃斜角検出器6と電子制御装置7とこれに
よって駆動されるトルクモータ8によって、垂直枠支持
用水平軸4まわりにトルクを発生させて、前記ジャイロ
スピン軸5を真北Nに静定させている。
On the other hand, in the gyro compass 1 as shown in FIG. 1, the center of gravity of the entire vertical frame 3 including the gyro case 2 is located at a position that coincides with the rotatable vertical frame supporting horizontal axis 4, so the gyro pin Even if the shaft 5 is tilted at an angle β from the horizontal plane 9 of the earth, the gravitational effect due to the tilt of the entire vertical frame 3 does not work, and around 1 the tilt angle detector 6, the electronic control device 7, and the torque motor 8 driven thereby As a result, torque is generated around the horizontal shaft 4 for supporting the vertical frame, and the gyro spin shaft 5 is statically fixed to the true north N.

しかし、このような船舶用ジャイロコンパスにおいては
、船舶の変針時または変速度時に発生するジャイロスピ
ン軸の指北誤差を小さくするために、従来からジャイロ
スピン軸の歳差運動の周期か固有の1つの値に選定され
ており、理論的には84.4分であるが、1JTi常、
70〜90分の間の値か採用されている。したがって、
船舶の出航前、すなわち、船舶が港などで停泊している
とき、ンヤイロを起動してからジャイロスピン軸か指北
静定するまでの間においても、前記の固有周期か適用さ
れる。その結果、この指北静定に3〜4時間という長い
時間が必要となり、船舶の出航準備がら出航までの所要
時間か長(なったり、それを回避するために停泊中もジ
ャイロの運転を維持させておかなけれはならない欠点が
ある。
However, in such a marine gyro compass, in order to reduce the pointing error of the gyro spin axis that occurs when the ship changes course or speed, conventionally, the precession period of the gyro spin axis or the inherent 1 The theoretical value is 84.4 minutes, but 1JTi usually
A value between 70 and 90 minutes is adopted. therefore,
The above-mentioned natural period is also applied before the ship departs, that is, when the ship is anchored at a port or the like, from the time the gyro is started until the gyro spin axis is fixed to the north. As a result, it takes a long time of 3 to 4 hours to determine the north direction, and the time required for the ship to prepare for departure and the time it takes to set sail may become longer (or, in order to avoid this, the gyro must be operated even while at anchor). There are drawbacks that must be avoided.

本発明は上述の問題点を解決するためになされたもので
、ジャイロを起動してからジャイロスピン軸か指北静定
するまでの時間を短縮して、出航準備から出航までの所
要時間を短くしたり、停泊中の不要な運転を回避するこ
とかできる船舶用ジャイロコンパスの指北静定方法およ
びその制御装置を提供することを目的とする。
The present invention was made in order to solve the above-mentioned problems, and it shortens the time from starting the gyro until the gyro spin axis is fixed to the north, thereby shortening the time required from preparation for sailing to sailing. It is an object of the present invention to provide a method for determining the north direction of a gyro compass for a ship, and a control device thereof, which can avoid unnecessary operation while at anchor.

その特徴とするとごろは、ジャイロケースを含む垂直枠
全体の重心が、回転自在な垂直枠支持用水平軸とは\一
致する位置に置かれた状態で、地球の自転によりジャイ
ロスピン軸が地球の水平面となす傾斜角を、垂直枠に装
着された傾斜角検出器で電気的に検出し、その出力信号
を比例・微分演算部で演算し、その出力で水平枠に装着
されたトルクモータを駆動することによって、垂直枠に
1−ルクを作用させてジャイロスピン軸を指北させ、ジ
ャイロスピン軸の動きを懸吊線か捩れないよう追従枠に
よってサーボ追尾させる船舶用ジャイロコンパスにおい
て、船舶の出航前にあっては、ジャイロスピン軸を短時
間で指北静定させるために、比例・微分演算部のケイン
を大きくしてジャイロスピン軸の歳差運動の周期を短く
し、航行時にあっては、ジャイロスピン軸の指度のふら
つきを小さくするために、ゲインを小さくしてそれに必
要な歳差運動の周期とする船舶用ジャイロコンパスの指
北静定方法としたことてあり、加えて、上記の方法を実
施するために、比例・微分演算部に異なる2種のゲイン
を出力するゲイン設定部と、2種のゲインのうちの1つ
を選択するゲイン切換え部を有する制御回路を備えた船
舶用ジャイロコンパスの指北静定制御装置としたことで
ある。
Its characteristic is that when the center of gravity of the entire vertical frame including the gyro case is placed at the same position as the horizontal axis for supporting the vertical frame, which can freely rotate, the gyro spin axis moves around the earth due to the earth's rotation. The inclination angle with respect to the horizontal plane is electrically detected by the inclination angle detector attached to the vertical frame, the output signal is calculated by the proportional/differential calculation section, and the output drives the torque motor attached to the horizontal frame. In a marine gyro compass, the gyro spin axis is pointed by applying 1-lux to the vertical frame, and the movement of the gyro spin axis is servo-tracked by the tracking frame to avoid twisting the suspension line. In order to fix the gyro spin axis to the north in a short time, the key of the proportional/differential calculation section is increased to shorten the period of precession of the gyro spin axis. In order to reduce the fluctuation in the index of the gyro spin axis, a method for determining the north direction of a marine gyro compass has been developed in which the gain is reduced to provide the necessary precession period. In order to carry out the method, a control circuit for ships is equipped with a gain setting section that outputs two different types of gains to the proportional/derivative calculation section, and a gain switching section that selects one of the two types of gains. This is a gyro compass pointing north static control device.

以下、本発明をその実施例に基づいて詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be explained in detail based on examples thereof.

第2図はジャイロスピン軸を真北に静定させるためのシ
ーケンスブロック図で、第1図に示すジャイロコンパス
1の各構成を参照しなから説明する。第2図は、地球の
自転によりジャイロスピン軸5が地球の水平面8となす
傾斜角βを用いてその歳差運動を収束させる回路10と
、ジャイロケース2を吊持する懸吊線13か捩れないよ
・うにジャイロケース2と垂直枠3との偏角に基ついて
追従枠24を追従駆動する回路11とからなってし)る
。12は高速回転するジャイロで、垂直枠3の上部3a
からIU吊線13で支持されると共に垂直枠3の上下部
3b、3Cて回転自在に軸承された垂直軸14を有する
ジャイロケース2に収納されている。回路10の6はこ
のジャイロ12から、地球の自転によりンヤイロスピン
軸5か地球の水平面9となす傾斜角βを電気的に検出す
る傾斜角検出器で、垂直枠3に装着されている。15は
電子制御装置7に設けられた次に述へる制御回路16内
の比例・微分演算部18に異なる2種のケインを出力す
るケイン設定部であり、17はケイン設定部15からの
2種のゲインのうちの1つを選択するケイン切換え部、
18は選択されたゲインに基づいて比例・微分演算し、
後述するトルクモータ8の駆動制御信号を出力する比例
・微分演算部である。なお、ケイン切換え部17は、船
舶の停泊中にジャイロを起動するときおよび出航すると
きに切換えられるもので、図中のI]が接続されると大
きいゲインか選択され、Lか接続されると小さいゲイン
が選択されるようになっている。8は水平枠19に装着
されたトルクモータで、前述した(屯斜角検出器6で電
気的に検出された傾斜角βに基ついて演算された信号に
より駆動される交流または直流のモータである。
FIG. 2 is a sequence block diagram for stably fixing the gyro spin axis to true north, which will be described without reference to each component of the gyro compass 1 shown in FIG. 1. Figure 2 shows a circuit 10 that converges the precession of the gyro spin axis 5 by using the inclination angle β with the horizontal plane 8 of the earth due to the earth's rotation, and a suspension line 13 that suspends the gyro case 2 so that it does not twist. The circuit 11 drives the follow-up frame 24 based on the declination angle between the gyro case 2 and the vertical frame 3. 12 is a gyro that rotates at high speed, and is located at the upper part 3a of the vertical frame 3.
The gyro case 2 is housed in a gyro case 2 which has a vertical shaft 14 supported by an IU suspension wire 13 and rotatably supported by the upper and lower parts 3b and 3C of the vertical frame 3. 6 of the circuit 10 is an inclination angle detector which electrically detects the inclination angle β between the gyro spin axis 5 and the horizontal plane 9 of the earth due to the rotation of the earth from the gyro 12, and is mounted on the vertical frame 3. Reference numeral 15 designates a cane setting unit that outputs two different types of canes to a proportional/differential calculation unit 18 in a control circuit 16, which will be described next, provided in the electronic control device 7. a cane switch for selecting one of the seed gains;
18 performs proportional and differential calculations based on the selected gain,
This is a proportional/differential calculation unit that outputs a drive control signal for the torque motor 8, which will be described later. Note that the cane switching unit 17 is switched when starting the gyro while the ship is at anchor and when leaving the ship.When I] in the figure is connected, a large gain is selected, and when L is connected, the gain is selected. A small gain is selected. Reference numeral 8 denotes a torque motor mounted on the horizontal frame 19, which is an AC or DC motor driven by a signal calculated based on the tilt angle β electrically detected by the tilt angle detector 6. .

一方、回路11の20はジャイロスピン軸5の垂直枠3
に対する偏角を検出する追従センサーで、ジャイロケー
ス2の外部に設けられたジャイロスピン軸5に平行な基
準面2aに対向して垂直枠3の内側に装着され、ジャイ
ロスピン軸5の偏角すなわちジャイロケース2の垂直枠
3に対する偏角を検出するものである。21は追従セン
サー20で検出された偏角に基づいて、サーボモータ2
2の駆動信号を出力する電子制御装置7に設けられたサ
ーボモータ用制御器で、23はサーボモータ22の動き
を減速して追従枠24に伝動する追従ギヤ〜である。な
お、25は追従枠24の上面に固定設置された方位目盛
盤であり、前記垂直枠3は垂直軸14に直交する垂直枠
支持用水平軸4を介して、この垂直枠3の外側の水平枠
19で軸承され、この水平枠19は垂直枠支持用水平軸
4に直交する水平枠支持用水平軸26を介して、この水
平枠19の外側の追従枠24で軸承されている。
On the other hand, 20 of the circuit 11 is the vertical frame 3 of the gyro spin shaft 5.
This is a follow-up sensor that detects the declination angle of the gyro spin axis 5, and is mounted inside the vertical frame 3 facing a reference plane 2a parallel to the gyro spin axis 5 provided outside the gyro case 2. This is to detect the declination angle of the gyro case 2 with respect to the vertical frame 3. 21 is a servo motor 2 based on the declination detected by the tracking sensor 20.
2 is a servo motor controller provided in the electronic control device 7 that outputs a drive signal, and 23 is a follower gear that decelerates the movement of the servo motor 22 and transmits the same to the follower frame 24. In addition, 25 is an azimuth scale board fixedly installed on the upper surface of the follower frame 24, and the vertical frame 3 is connected to the horizontal direction outside the vertical frame 3 via a vertical frame supporting horizontal shaft 4 that is orthogonal to the vertical axis 14. The horizontal frame 19 is supported by a frame 19, and the horizontal frame 19 is supported by a follower frame 24 on the outside of the horizontal frame 19 via a horizontal frame support horizontal shaft 26 which is perpendicular to the vertical frame support horizontal shaft 4.

したがって、ザーホモータ22によって垂直枠3も回転
されて、ジャイロスピン軸5を追尾するようになってい
る。
Therefore, the vertical frame 3 is also rotated by the motor 22 to track the gyro spin axis 5.

本発明は以上述べたように構成したので、次に、ジャイ
ロコンパス1の指北静定の作動順序を説明する。
Since the present invention has been constructed as described above, the operation sequence for determining the pointing north position of the gyro compass 1 will be explained next.

まづ、船舶の出航前にジャイロスピン軸5を指北静定さ
せる作動について説明する。最初にジャイロ12を回転
させる。ジャイロ12が高速回転した状態で、ジャイロ
スピン軸5が地球の水平面9より傾斜していると、その
傾斜角βが垂直枠3に装着された傾斜角検出器6で電気
信号として検出される。この傾斜角信号は微弱なので、
これを増幅して比例および微分演算を比例・微分演算部
18で行なわせて、その出力をトルクモータ8に入力す
る。このトルクモータ8に入力される電圧に比例したト
ルクが垂直枠3に加えられてジャイロスピン軸5は歳差
運動をする。この運動の方向は傾斜角信号が正か負か、
すなわち、ジャイロスピン軸5が地球水平面に対して/
rl’l角をなすか俯角をなすかによって決まる出力ト
ルクの向きによって異なる。この歳差運動は、傾斜角に
比例した同相のトルクと90度位相の進んたいわゆる制
動トルクか加わるので、持続振動的運動をすることなく
徐々に減衰してゆき、ある時間が経過すると、ジャイロ
スピン軸5は真北に向いて静定することになる。
First, the operation of stabilizing the gyro spin shaft 5 to the north before the ship departs will be explained. First, rotate the gyro 12. When the gyro spin axis 5 is tilted from the horizontal plane 9 of the earth while the gyro 12 is rotating at high speed, the tilt angle β is detected as an electric signal by the tilt angle detector 6 mounted on the vertical frame 3. This tilt angle signal is weak, so
This is amplified and proportional and differential calculations are performed by the proportional/differential calculation section 18, and the output thereof is input to the torque motor 8. A torque proportional to the voltage input to the torque motor 8 is applied to the vertical frame 3, causing the gyro spin shaft 5 to precess. The direction of this movement depends on whether the tilt angle signal is positive or negative.
That is, the gyro spin axis 5 is /
It differs depending on the direction of the output torque, which is determined by whether it forms an rl'l angle or an depression angle. This precession is affected by the in-phase torque proportional to the inclination angle and the so-called braking torque, which is 90 degrees ahead of the phase, so it gradually attenuates without a sustained oscillatory motion, and after a certain period of time, the gyro The spin axis 5 is statically fixed facing due north.

この制振の様子は、通常使用されるジャイロの運動方程
式を線形近似して表現すれは、2次系の減衰振動微分方
程式の形になるので、容易に把握することができる。
The state of this damping can be easily understood because it can be expressed by linear approximation of the equation of motion of a commonly used gyro, and is expressed in the form of a damped vibration differential equation of a quadratic system.

いま、ジャイロスピン軸5の真北からの偏角をα、水平
面からの傾斜角をβとし、偏角αおよびJ’J斜角βが
いづれも微小角として線形近似すれば、ジャイロスピン
軸5の方位に関する運動は、H((dα/dt) −t
−ωasinLl =T−−−11)ジャイロスピン軸
5の傾斜に関する運動は、H(ωα*cosl−+(d
β/dt) =0 −−−−(2)傾斜角βとトルクモ
ータ8の出力トルク′Fとの関係は、  T=B (β
+Td(dβ/at) l  −(3)で与えられる。
Now, let α be the declination angle from the true north of the gyro spin axis 5, β be the inclination angle from the horizontal plane, and linearly approximate the declination angle α and the J'J oblique angle β as infinitesimal angles, then the gyro spin axis 5 The motion with respect to the direction of is H((dα/dt) −t
−ωasinLl =T---11) The motion related to the tilt of the gyro spin axis 5 is H(ωα*cosl−+(d
β/dt) = 0 (2) The relationship between the inclination angle β and the output torque 'F of the torque motor 8 is T=B (β
+Td(dβ/at) l −(3).

なお、式(1)〜(3)において、Hは ジャイロ12
の角運動量、 ω は 地球の自転の角速度、 L  は  緯度、 T は トルクモータ8の出力I−ルク、Td  は 
微分回路の微分時定数、 B は 定数で、トルクモータ8の単位傾斜角に対する
出力トルクの割合を 示すケイン、 である。
In addition, in formulas (1) to (3), H is gyro 12
, ω is the angular velocity of the earth's rotation, L is the latitude, T is the output I-lux of the torque motor 8, and Td is the
The differential time constant of the differential circuit, B, is a constant, which is Cain, which indicates the ratio of the output torque to the unit inclination angle of the torque motor 8.

前記式(1)〜(3)より、ジャイロスピン軸5の真北
からの偏角αについてまとめると、 H((d’α/dt2) +BTdω・(dα/dt)
、cos L+ B ωα会cosL = O−−−(
41の減衰振動を示す方程式となり、初期条件を与えれ
ば減衰曲線は求まる。
From the above equations (1) to (3), the declination α of the gyro spin axis 5 from the due north is summarized as follows: H((d'α/dt2) +BTdω・(dα/dt)
, cos L+ B ωα association cos L = O---(
41, and the damping curve can be found by giving the initial conditions.

したがって、ジャイロスピン軸5か真北よりはすれてい
ても、徐々に真北に近すき最終的には真北に、すなわち
、偏角αが零に収束する。なお、式(4)より明らかな
ように定数項が存在しないので、後述する制御によるジ
ャイロコンパスでは、緯度の誤差が発生しない特徴があ
る。
Therefore, even if the gyro spin axis 5 deviates from true north, it gradually approaches true north and eventually converges to true north, that is, the declination angle α is zero. Note that, as is clear from equation (4), since there is no constant term, the gyro compass using the control described later has the characteristic that no error in latitude occurs.

この減衰する状態をブロック図で示すと第3図のように
なる。ちなみに、図中のdβ/dtは、式(2)より得
られる  dβ/dt−−ω・cos L・αであり、
 dα/dtは式(1)〜(3)よ”り得られるdα/
dt−βB/H−ω−5rnL−BTdω・cosL・
α/Hである。図中のα1およびβ1は、αおよびβそ
れぞれの初期条件である。
This attenuating state is shown in a block diagram as shown in FIG. By the way, dβ/dt in the figure is dβ/dt--ω・cos L・α obtained from equation (2),
dα/dt is obtained from equations (1) to (3).
dt-βB/H-ω-5rnL-BTdω・cosL・
α/H. α1 and β1 in the figure are initial conditions of α and β, respectively.

上述の式(4)において、無減衰振動の固有振動数ω0
は、 ω0−j石3 er>−cosL )フ耐−固有
周期Toは、 To=2π西[1罰;=百 減衰振動のダンピング係数ζは、 ζ −(Td/2);肩]ヲ硝 減衰周期Taは、Ta  =To/W〒]716−であ
り、トルクモータのトルクケインBおよび微分時間Td
を適当な値にとれば、固有周期TOとダンピング係数ζ
を任意に選ぶことができる。
In the above equation (4), the natural frequency ω0 of undamped vibration
is, ω0-j stone 3 er>-cosL) The natural period To is To=2π West [1 penalty;=100 The damping coefficient ζ of the damped vibration is ζ − (Td/2); The damping period Ta is Ta = To/W〒]716-, and the torque cane B of the torque motor and the differential time Td
If we take an appropriate value, the natural period TO and the damping coefficient ζ
can be selected arbitrarily.

したがって、上述のゲインBを大きくとれば、固有周期
Toは小さくなるので、ジャイロの起動からジャイロス
ピン軸5が真北に静定するまでの時間が短くなり、反対
に、ケインBを小さくとれば、固有周期Toは大きくな
るので、真北に静定するまでの時間を長くすることがで
きる。
Therefore, if the above-mentioned gain B is made large, the natural period To becomes small, so the time from the activation of the gyro until the gyro spin axis 5 is statically fixed to the true north becomes shorter.On the other hand, if the gain B is made small, , the natural period To becomes larger, so it is possible to lengthen the time it takes to settle to true north.

なお、理解を容易にするため、第3図に示すジャイロス
ピン軸5が真北に静定する様子のフロック図を参照しな
がら説明する。
In order to facilitate understanding, the explanation will be made with reference to a block diagram shown in FIG. 3 in which the gyro spin axis 5 is statically fixed to the true north.

第2図に示すゲイン切換え部17て接点I]を人為的に
選択すると、ゲイン設定部15から出力される2種のゲ
インのうち大きいゲインが、比例・微分演算部18に入
力される。
When contact I] is artificially selected by the gain switching section 17 shown in FIG.

この状態で傾斜角検出器6が傾斜角βを検出すると、上
述したようにトルクか垂直枠3に加えられ、ジャイロス
ピン軸5の偏角αに関する運動は第4図の線Mのような
持続振動とならす、線Nのような減衰の速い運動となる
。一方、このとき生じるジャイロスピン軸5の偏角すな
わち、ジャイロケース2と垂直枠3との偏角は追従セン
サー20で検出され、サーボモータ用制御器21て演算
された後、サーホモーク22を駆動し追従キャー23を
介して追従枠24を回転させ、ジャイロスピン軸5の動
きで懸吊線13が捩れないようにされる。
When the tilt angle detector 6 detects the tilt angle β in this state, a torque is applied to the vertical frame 3 as described above, and the motion of the gyro spin axis 5 with respect to the deflection angle α continues as shown by the line M in FIG. This results in a rapidly damped motion as shown by line N, which oscillates. On the other hand, the declination angle of the gyro spin axis 5 that occurs at this time, that is, the declination angle between the gyro case 2 and the vertical frame 3, is detected by the follow-up sensor 20, and after being calculated by the servo motor controller 21, the servo motor controller 21 drives the serhomoke 22. The follower frame 24 is rotated via the follower carrier 23 to prevent the suspension line 13 from being twisted by the movement of the gyro spin shaft 5.

次に、船舶の航行中は前述したように、変針時または変
速度時に発生するジャイロスピン軸5の指北誤差を小さ
くするため、従来から採用されているジャイロスピン軸
5の歳差運動の周期である70〜90分の値となるよう
、出港直前にケイン切換え部17で接点りを選択すると
、ゲイン設定部15から出力される2種のゲインのうち
小さいゲインが、比例・微分演算部18に入力される。
Next, as mentioned above, while the ship is sailing, in order to reduce the pointing error of the gyro spin axis 5 that occurs when changing direction or speed, the period of precession of the gyro spin axis 5 that has been conventionally adopted is as follows. When the contact is selected in the cane switching unit 17 just before departure so that the value of 70 to 90 minutes is obtained, the smaller of the two types of gains output from the gain setting unit 15 is set to the proportional/differential calculation unit 18. is input.

この後の作動ならびに演算は、上述の起動時におけるそ
れと異なるところはない。その結果、ジャイロスピン軸
5の偏角αに関する運動は第4図に線I)のような持続
振動とならす、線Qのような減衰の遅い運動となる。
The subsequent operations and calculations are no different from those at the time of startup described above. As a result, the motion of the gyro spin axis 5 with respect to the deflection angle α becomes a sustained oscillation as indicated by line I) in FIG. 4, and a slow-damped motion as indicated by line Q.

以上の説明から判るように、ゲインを切換えることによ
り、船舶の航行時におけるジャイロコンパスの変針、変
速度誤差を生じさせることなく、かつ、起動から指北静
定までの時間を短縮させることができる。
As can be seen from the above explanation, by switching the gain, it is possible to avoid errors in changing the direction or speed of the gyro compass when the ship is sailing, and to shorten the time from startup to fixing the designated north. .

本発明は以上詳細に説明したように、船舶の出航前にあ
っては、ジャイロスピン軸を短時間で指北静定させるた
め、比例・微分演算部のゲインを大きくしてジャイロス
ピン軸の歳差運動の周期を短くシ、航行時にあっては、
ジャイロスピン軸の指度のふらつきを小さくするため、
前記ゲインを小さくしてそれに必要な歳差運動の周期と
する船舶用ジャイロコンパスとしたので、ジャイロを起
動してからジャイロスピン軸か指北静定するまでの時間
を短縮して、出航準備から出航までの所要時間を短くす
ることができる。したがって、船舶の起動性、特に、小
型船舶の出航を容易にすると共に、停泊中の運転を不要
として無用の動力消費を回避することができる。しかも
、電気的に必要な指北静定トルクを発生させるので、純
機械的にトルクを発生させるジャイロコンパスよりも装
置全体の小型化、軽量化か可能となり、ひいては、据付
はスペースも小さくできる効果がある。
As explained in detail above, the present invention increases the gain of the proportional/differential calculation section to fix the gyro spin axis to the north in a short time before the ship departs. By shortening the period of differential motion, during navigation,
In order to reduce the fluctuation of the finger speed of the gyro spin axis,
Since we have created a marine gyro compass that reduces the gain to achieve the necessary precession period, the time from starting the gyro until the gyro spin axis is fixed to the north is shortened, making it easier to prepare for sailing. The time required for departure can be shortened. Therefore, it is possible to facilitate the start-up of a ship, especially the departure of a small ship, and to avoid unnecessary power consumption by eliminating the need for operation while at anchor. Moreover, since it generates the necessary north static fixing torque electrically, the entire device can be made smaller and lighter than a gyro compass that generates torque purely mechanically, which in turn allows for smaller installation space. There is.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は電気式ジャイロコンパスの斜視図、第2図は指
北静定のためのシーケンスブロック図、第3図はジャイ
ロスピン軸の減衰する状態を示すブロック図、第4図は
ジャイロスピン軸の歳差運動の振動図である。 1−ジャイロコンパス、2−ジャイロケース、3−垂直
枠、3a−上部、3b、3C−上下部、4−垂直枠支持
用水平軸、5〜ジヤイロスピン軸、6−傾斜角検出器、
8−1〜ルクモータ、9−水平面、12−ジャイロ、1
3−懸吊線、14−垂直軸、15−ゲイン設定部、16
−制御回路、17−ゲイン切換え部、18=−比例・微
分演算部、19−水平枠、24−追従枠、26−水平枠
支持用水乎軸、β−傾斜角 特許出願人   川崎重工業株式会社
Figure 1 is a perspective view of the electric gyro compass, Figure 2 is a sequence block diagram for determining north direction, Figure 3 is a block diagram showing the state of attenuation of the gyro spin axis, and Figure 4 is the gyro spin axis. is an oscillation diagram of the precession of 1-gyro compass, 2-gyro case, 3-vertical frame, 3a-upper part, 3b, 3C-upper and lower parts, 4-horizontal axis for vertical frame support, 5-gyro spin axis, 6-tilt angle detector,
8-1~lux motor, 9-horizontal plane, 12-gyro, 1
3-suspension line, 14-vertical axis, 15-gain setting section, 16
-Control circuit, 17-Gain switching section, 18=-Proportional/differential calculation section, 19-Horizontal frame, 24-Following frame, 26-Water shaft for supporting horizontal frame, β-Inclination angle Patent applicant Kawasaki Heavy Industries, Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1) 高速回転するジャイロを収納したジャイロケー
スが、垂直枠の上部から懸吊線で支持されアいると共に
、ジャイロケースの垂直軸か回転自在となるよう前記垂
直枠の上下部で軸承され、かつ、上記垂直枠が前記垂直
軸に直交する垂直枠支持用水平軸を介して、この垂直枠
の外側の水平枠で軸承され、さらに、上記水平枠が、前
記垂直枠支持用水平軸に直交する水平枠支持用水平軸を
介して、この水平枠の外側の追従枠で軸承されていて、
前記ジャイロケースを含む垂直枠全体の重心が、回転自
在な前記垂直枠支持用水平軸とは\一致する位置に置か
れた状態で、地球の自転によりジャイロスピン軸が地球
の水平面となす傾斜角を、前記垂直枠に装着された傾斜
角検出器で電気的に検出し、その出力信号を比例・微分
演算部で演算し、その出力で前記水平枠に装着されたト
ルクモータを駆動することによって、前記垂直枠にトル
クを作用させて前記ジャイロスピン軸を指北させ、ジャ
イロスピン軸の動きを前記懸吊線が捩れないよう追従枠
によってサーボ追尾させる船舶用ジャイロコンパスにお
いて、 船舶の出航前にあっては、ジャイロスピン軸を短時間で
指北静定させるため、前記比例・微分演算部のゲインを
大きくしてジャイロスピン軸の歳差運動の周期を短(し
、また、船舶の航行時にあっては、ジャイロスピン軸の
指度のふらつきを小さくするために、前記ゲインを小さ
くしてそれに必要な歳差運動の周期とすることを特徴と
する船舶用ジャイロコンパスの指北静定方法。
(1) A gyro case housing a gyro that rotates at high speed is supported by a suspension line from the top of a vertical frame, and is supported at the top and bottom of the vertical frame so that the vertical axis of the gyro case can rotate freely, and , the vertical frame is supported by a horizontal frame outside the vertical frame via a vertical frame supporting horizontal axis perpendicular to the vertical axis, and further, the horizontal frame is perpendicular to the vertical frame supporting horizontal axis. It is supported by a follower frame outside this horizontal frame via a horizontal frame support horizontal shaft,
The inclination angle that the gyro spin axis makes with the horizontal plane of the earth due to the rotation of the earth when the center of gravity of the entire vertical frame including the gyro case is placed in the same position as the rotatable horizontal axis for supporting the vertical frame. is electrically detected by a tilt angle detector attached to the vertical frame, the output signal is calculated by a proportional/differential calculation section, and the output is used to drive a torque motor attached to the horizontal frame. , in a marine gyro compass in which a torque is applied to the vertical frame to point the gyro spin axis, and a movement of the gyro spin axis is servo-tracked by a tracking frame so that the suspension line is not twisted; In order to fix the gyro spin axis to the north in a short time, the gain of the proportional/differential calculation section is increased to shorten the period of precession of the gyro spin axis (and also to reduce the period of precession of the gyro spin axis). In order to reduce the fluctuation of the index of the gyro spin axis, the gain is made smaller to obtain a period of precession necessary for the precession period.
(2) 高速回転するジャイロを収納したジャイロケー
スが、垂直枠の上部から懸吊線で支持されていると共に
、ジャイロケースの垂直軸が回転自在となるよう前記垂
直枠の上下部で軸承され、かつ、上記垂直枠が前記垂直
軸に直交する垂直枠支持用水平軸を介して、この垂直枠
の外側の水平枠で軸承され、さらに、上記水平枠か、前
記垂直枠支持用水平軸に直交する水平枠支持用水平軸を
介して、この水平枠の外側の追従枠て軸承されていて、
前記ジャイロケースを含む垂直枠全体の重心が、回転自
在な前記垂直枠支持用水平軸とは\一致する位置に置か
れた状態で、地球の自転によりジャイロスピン軸が地球
の水平面となす傾斜角を、前記垂直枠に装着された(頃
斜角検出器で電気的に検出し、その出力信号を比例 微
分演算部で演算し、その出力でAij記水平水平枠着さ
れたトルクモータを駆動することムこよって、1)j1
記垂直枠にトルクを作用させて前記ジャイロスピン軸を
指北させ、ジャイロスピン軸の動きを前記(び吊線か捩
れないよう追従枠によってザーホ追尾させるJlf>舶
用ジャイロコンパスにおいて、 前記比例・微分演算部に異なる2種のゲインを出力する
ゲイン設定部と、前記2種のゲインのうちの1つを選択
するゲイン切換え部を有する制御回路を備えたことを特
徴とする船舶用ジャイロコンパスの指北静定制御装置。
(2) A gyro case housing a gyro that rotates at high speed is supported by a suspension line from the top of the vertical frame, and the vertical axis of the gyro case is rotatably supported at the top and bottom of the vertical frame, and , the vertical frame is supported by a horizontal frame outside the vertical frame via a vertical frame supporting horizontal axis perpendicular to the vertical axis; The outer follower frame of this horizontal frame is supported via a horizontal shaft for supporting the horizontal frame,
The inclination angle that the gyro spin axis makes with the horizontal plane of the earth due to the rotation of the earth when the center of gravity of the entire vertical frame including the gyro case is placed in the same position as the rotatable horizontal axis for supporting the vertical frame. is electrically detected by a bevel detector mounted on the vertical frame, its output signal is calculated by a proportional differential calculation section, and the output drives the torque motor mounted on the horizontal frame. Because of this, 1) j1
A torque is applied to the vertical frame to point the gyro spin axis north, and the movement of the gyro spin axis is tracked by the tracking frame so as not to twist the suspension line. A guide to a marine gyro compass, characterized in that it is equipped with a control circuit having a gain setting section that outputs two different types of gains to the section, and a gain switching section that selects one of the two types of gains. Static control device.
JP3869083A 1983-03-08 1983-03-08 North directing and statically determining method of gyrocompass for vessel, and its control device Pending JPS59163508A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3869083A JPS59163508A (en) 1983-03-08 1983-03-08 North directing and statically determining method of gyrocompass for vessel, and its control device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3869083A JPS59163508A (en) 1983-03-08 1983-03-08 North directing and statically determining method of gyrocompass for vessel, and its control device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS59163508A true JPS59163508A (en) 1984-09-14

Family

ID=12532290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3869083A Pending JPS59163508A (en) 1983-03-08 1983-03-08 North directing and statically determining method of gyrocompass for vessel, and its control device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS59163508A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6488310A (en) * 1987-09-30 1989-04-03 Furuno Electric Co Settling system for gyro compass
JP2010090754A (en) * 2008-10-06 2010-04-22 Noriyuki Irie Method and device for extracting energy through rotational difference between precession of rotor and rotation of earth
JP2014152622A (en) * 2013-02-05 2014-08-25 Noriyuki Irie Power generator utilizing rotation power of earth

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5619562A (en) * 1979-07-25 1981-02-24 Fujitsu Ltd Proximity alignment unit of magnetic head

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5619562A (en) * 1979-07-25 1981-02-24 Fujitsu Ltd Proximity alignment unit of magnetic head

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6488310A (en) * 1987-09-30 1989-04-03 Furuno Electric Co Settling system for gyro compass
JP2010090754A (en) * 2008-10-06 2010-04-22 Noriyuki Irie Method and device for extracting energy through rotational difference between precession of rotor and rotation of earth
JP2014152622A (en) * 2013-02-05 2014-08-25 Noriyuki Irie Power generator utilizing rotation power of earth

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6789437B2 (en) Apparatus for precision slewing of flatform-mounted devices
US3858328A (en) Means and techniques useful in gyros
JPS59163508A (en) North directing and statically determining method of gyrocompass for vessel, and its control device
CA1083389A (en) Gyroscopic instrument comprising stabilizing and control gyros mounted on a common shaft
US3935644A (en) Gyrocompass
US2968956A (en) Gyro compass
JP3030788B2 (en) Gyro compass
JPS58101506A (en) Simple compensator for shaking for mobile body mounting device
US5187870A (en) Gyro compass
JPH06132716A (en) Antenna posture controller
JP3185114B2 (en) Gyro compass
US3318161A (en) Control system for gyro-verticals
JPS6318123B2 (en)
US2510968A (en) Gyroscope
JP2704669B2 (en) Gyro compass
JPS6111773Y2 (en)
US1496087A (en) Gyroscopic compass
US2735191A (en) carter
JP2551788B2 (en) Gyro compass
US2817239A (en) Gyroscopic apparatus
US2728233A (en) Gyroscope
US3173215A (en) Aperiodic north-seeking gyro
US3197882A (en) Directional gyroscopic instrument
JPH0789060B2 (en) Gyro compass static method
JPS59163509A (en) Starting method of gyrocompass for vessel