JPS63128224A - Controlling method for gyroscope - Google Patents

Controlling method for gyroscope

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JPS63128224A
JPS63128224A JP27495686A JP27495686A JPS63128224A JP S63128224 A JPS63128224 A JP S63128224A JP 27495686 A JP27495686 A JP 27495686A JP 27495686 A JP27495686 A JP 27495686A JP S63128224 A JPS63128224 A JP S63128224A
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JP
Japan
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feedback
current
amplifier
angular velocity
gyroscope
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Application number
JP27495686A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Asakawa
浅川 和雄
Hideki Yoshizawa
英樹 吉沢
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPS63128224A publication Critical patent/JPS63128224A/en
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Abstract

PURPOSE:To measure an azimuth with high accuracy by using a complete integral type power amplifier for inputting a feedback signal of current and position. CONSTITUTION:A power amplifier 23 drives a motor coil 14c by a current, by synthesizing a complete integral quantity of a difference between an angle command value gamma and a rotational angle theta by a complete integral part 20, an angular velocity theta' of an angular velocity feedback part 22, a rotational angle theta, and a current (i) of a plate motor. The amplifier 23 is provided with an operational amplifier OP1, a pair of transistors TR1, TR2, a capacitor C1 and an input resistance R7, therefore, a transmission characteristic of the amplifier OP1 uses a complete integral type, and to an input part of the amplifier OP1, the rotational angle theta, the angular velocity theta' and the current (i), and the complete integral value of a difference between the angle command value gammaand the rotational angle theta are applied with positive feedback, a negative feedback, and positive feedback, respectively. In such a way, by forming a transfer characteristic of the power amplifier 23 for driving an actuator, as a complete integral type, a measuring error by an electric characteristic of the actuator is prevented, and an azimuth can be measured with high accuracy without causing a delay.

Description

【発明の詳細な説明】 〔目 次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする問題点 問題点を解決するだめの手段(第1図)作用 実施例 (a)  一実施例の説明(第2図、第3図)(b) 
 他の実施例の説明(第4図)発明の効果 〔概 要〕 イナーシャルジャイロのジンバルをばねで支持し、ジン
バルの回転検出に応じてアクチュエータがジンバルの回
転位置を一定制御するジャイロスコープの制御方式にお
いて、アクチュエータを駆動するパワーアンプの伝達特
性を完全積分型とすることによって、アクチュエータの
電気的特性による計測誤差を防止し、且つフィードバッ
ク定数の設定を容易とするもの。
[Detailed Description of the Invention] [Table of Contents] Overview Industrial Field of Application Conventional Technology Problems to be Solved by the Invention Means for Solving the Problems (Fig. 1) Working Example (a) One Example Explanation (Figures 2 and 3) (b)
Description of other embodiments (Fig. 4) Effects of the invention [Summary] A gyroscope control method in which the gimbal of an inertial gyro is supported by a spring, and an actuator controls the rotational position of the gimbal at a constant level in response to detection of rotation of the gimbal. By making the transfer characteristics of the power amplifier that drives the actuator completely integral, measurement errors due to the electrical characteristics of the actuator are prevented and feedback constants can be easily set.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、自走ロボット等の移動体の走行方向(旋回角
速度)を検出するため移動体に搭載されるジャイロスコ
ープの制御方式に関し、特にイナーシャルジャイロのジ
ンバルをアクチュエータによって一定回転位置に保持す
ることで走行方向を検出するジャイロスコープの制御方
式に関する。
The present invention relates to a control method for a gyroscope mounted on a moving object such as a self-propelled robot to detect the running direction (turning angular velocity) of the moving object, and in particular to a method for holding the gimbal of an inertial gyro at a constant rotational position by an actuator. This invention relates to a gyroscope control method for detecting running direction.

例えば、FA(ファクトリ・オートメーション)やOA
(オフィス・オートメーション)の一つとして、物品等
を搬送するための自走車が用いられておシ、この自走車
に自律走行機能を持たせることが望まれている。
For example, FA (factory automation) and OA
As part of office automation, self-propelled vehicles are used to transport goods, etc., and it is desired that these self-propelled vehicles have an autonomous driving function.

この自律走行機能の実現には、自己位置計測手段が不可
欠であシ、この計測手段として、飛行体等で用いられて
いるジャイロスコープが有望である0 特に、イ、ナーシャルジャイロは安価で小型にでき、係
る移動体への適用に好適である。イナーシャルジャイロ
は、高速回転するロータ(慣性体)をジンバルで支持し
たものであシ、ジャイロを搭載した移動体が方向を変え
ても慣性体の回転軸の方向が一定に保持されることを利
用して方向検出を行なうものである。
To realize this autonomous driving function, self-position measuring means is essential, and gyroscopes used in aircraft etc. are promising as this measuring means. It is suitable for application to such moving bodies. An inertial gyro uses a gimbal to support a rotor (inertial body) that rotates at high speed, and takes advantage of the fact that the direction of the axis of rotation of the inertial body remains constant even if the moving object equipped with the gyro changes direction. direction detection.

このようなジャイロスコープにおいては、計測精度の向
上が求められている。
In such gyroscopes, improvement in measurement accuracy is required.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ジャイロスコープの計測精度を向上できるものとして、
第5図に示すものが特開昭60−253912号公報(
特願昭59−111796号)等で提案されている。
As something that can improve the measurement accuracy of gyroscopes,
The one shown in Fig. 5 is published in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-253912 (
This method has been proposed in Japanese Patent Application No. 59-111796).

この提案のジャイロスコープでは、イナーシャルジャイ
ロとしてのロータ10をスピン軸10)を介し支持した
ジンバル12を自走車等のフレーム15a 、15bに
対しトーションバー等のばね部材13a、13bで固定
してなるものである。
In this proposed gyroscope, a gimbal 12 supporting a rotor 10 as an inert gyro via a spin shaft 10) is fixed to frames 15a and 15b of a self-propelled vehicle with spring members 13a and 13b such as torsion bars. It is something.

この提案のジャイロスコープは、一般的なイナーシャル
ジャイロがジンバル12の章動軸13 a。
In this proposed gyroscope, a general inertial gyro has a nutation axis 13a of a gimbal 12.

13bをフレーム15a、15bに対し2回転可能に支
持せしめ、その回転出力で旋回角を計測するものに対し
2章動軸13a、13bをトーションバー等のばね部材
で構成し2章動軸13a。
13b is supported for two rotations on the frames 15a, 15b, and the turning angle is measured by the rotational output, whereas the second nutation shaft 13a is constructed of a spring member such as a torsion bar.

13bをフレーム15a、15bに対し回転させないよ
うにして、計測誤差の原因となる章動軸の回転摩擦をな
くしたものである。
13b is prevented from rotating relative to the frames 15a and 15b, thereby eliminating rotational friction of the nutation shaft that causes measurement errors.

この場合、旋回に対するロータ10の慣性力による反力
は、ジンバル12を介しトーションバー13a、13b
をねじシアジンバル12が回転する0 この時のジンバル12の発生トルクTは、ジャイロモー
メントをMj、自走車の旋回角速度をω(δ)とすると
In this case, the reaction force due to the inertial force of the rotor 10 against turning is transmitted through the gimbal 12 to the torsion bars 13a, 13b.
The screw shear gimbal 12 rotates at 0. The torque T generated by the gimbal 12 at this time is, assuming that the gyro moment is Mj and the turning angular velocity of the self-propelled vehicle is ω(δ).

T=Mj・ω       ・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・(1)となる。
T=Mj・ω ・・・・・・・・・・・・
......(1).

更ニ、ジンバル12の下部に磁石14a、14bを、フ
レーム15bにコイル14C,14dを設けて構成した
平面モータ14を設け、ジンバル12の回転角を検出す
るセンサ16の出力によシ平板モータ14を駆動し、ジ
ンバル120回転トルクと平板モータ14の回転トルク
をつシ合せて。
Further, a planar motor 14 is provided, which includes magnets 14a and 14b at the bottom of the gimbal 12, and coils 14C and 14d on the frame 15b, and the output of the sensor 16 that detects the rotation angle of the gimbal 12 is used to drive the planar motor 14. , and combine the rotational torque of the gimbal 120 and the rotational torque of the flat plate motor 14.

トーションバーiaa、tabがねじれないようにして
、トーションバーのばねとしての非線形やヒステリシス
特性による誤差や外乱によって生ずる振動による誤差を
防いで、高精度化を計っている0 この時、平板モータ14の発生トルクTは、平板モータ
14のトルク定数をB/ 、平板モータ14に流れる電
流をiとすると、  ′ T=Bl*i           ・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・ (2)であシアジンバル
12が回転しないように平板モータ14がサーボ制御さ
れるから。
The torsion bars iaa and tab are prevented from twisting to prevent errors due to the nonlinear and hysteresis characteristics of the torsion bars as springs and errors due to vibrations caused by external disturbances, thereby increasing precision. The generated torque T is calculated as follows, where the torque constant of the flat plate motor 14 is B/, and the current flowing through the flat plate motor 14 is i, 'T=Bl*i...
(2) Because the flat plate motor 14 is servo-controlled so that the shear gimbal 12 does not rotate.

Mj・ω=BIIIi ω=i−Bl/Mj   ・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・(3)となり、平板モータ14に流れ
る電流lによって。
Mj・ω=BIIIi ω=i−Bl/Mj ・・・・・・・・・・・・・・・
...(3), depending on the current l flowing through the flat plate motor 14.

ジャイロを搭載した移動体の旋回角速度ωが得られる。The turning angular velocity ω of a moving body equipped with a gyro can be obtained.

この時のサーボ制御は、従来の提案では、第5図の)の
ブロック図の如く行なわれていた。
In the conventional proposal, servo control at this time was carried out as shown in the block diagram of FIG. 5).

尚、第5図(B)において、Lは平板モータ14のイン
ダクタンス、Rは平板モータ14の抵抗、Jは可動部の
イナーシャ、Dは粘性制動係数、にはばね部材13a、
13bのばね定数、θは回転角度、ヒは角度指令値、 
K1.に2.に3は各々電流帰還ゲイン、速度帰還ゲイ
ン、回転角帰還ゲインであfi、に!1はパワーアンプ
の開ループゲインであシ。
In FIG. 5(B), L is the inductance of the flat plate motor 14, R is the resistance of the flat plate motor 14, J is the inertia of the movable part, D is the viscous damping coefficient, and the spring member 13a,
13b is the spring constant, θ is the rotation angle, H is the angle command value,
K1. 2. 3 is the current feedback gain, speed feedback gain, and rotation angle feedback gain, respectively, fi, and! 1 is the open loop gain of the power amplifier.

Sはラプラス演算子である。S is a Laplace operator.

図において、TFで示す部分がばね13bで支持された
平板モータ14の伝達特性であシ、ジャイロスコープ1
の機械的特性(イナーシャJ、粘性制動係数り、)ルク
定数Bl 、支持ばねのばね定数K)の他に、平板モー
タ14の電気的特性(インダクタンスL、抵抗R1逆起
電圧定数など)が含まれている系であった。
In the figure, the part indicated by TF is the transmission characteristic of the flat plate motor 14 supported by the spring 13b, and the gyroscope 1
In addition to the mechanical properties (inertia J, viscous damping coefficient, torque constant Bl, spring constant K of the support spring), the electrical properties of the flat plate motor 14 (inductance L, resistance R1, back electromotive force constant, etc.) are included. It was a system that was

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

このようなジャイロスコープにおいては、平板モータ1
4゛の電流値iからジンバル12の回転角速度(又は回
転トルク)を得るため9時間遅れがなければ正確に電流
値と回転角速度は対応する。
In such a gyroscope, a flat plate motor 1
In order to obtain the rotational angular velocity (or rotational torque) of the gimbal 12 from the current value i of 4°, the current value and rotational angular velocity will correspond accurately if there is no 9-hour delay.

しかしながら、検出回転角θに対し、平板モータ14の
インダクタンスL、抵抗R2逆起電力は時間遅れ要素と
なシ、測定誤差の原因となるという問題があった。
However, there is a problem in that the inductance L of the flat plate motor 14 and the counter electromotive force of the resistor R2 are time delay elements with respect to the detected rotation angle θ, and cause measurement errors.

又、帰還ゲインに1等を設定する際には、平板モータ1
4の電気的特性をいちいち正確に計測して。
Also, when setting the feedback gain to 1, the flat plate motor 1
Accurately measure the electrical characteristics of 4.

機械的特性も考慮して決定する必要があシ、量産時の調
整上問題があった。
Mechanical properties had to be taken into consideration when making the decision, which caused problems in adjustment during mass production.

更に、電流値からトルク換算をする際もこれらを考慮す
る必要があシ、換算過程も複雑となるという問題も生じ
ていた。
Furthermore, it is necessary to take these into account when converting the torque from the current value, which also creates a problem that the conversion process becomes complicated.

本発明は、アクチュエータの電気的特性が方向計測に影
響することがなく、高精度で作業の容易なジャイロスコ
ープの制御方式を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a gyroscope control method that is highly accurate and easy to work with, in which the electrical characteristics of an actuator do not affect direction measurement.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

第1図は本発明の原理説明図である。 FIG. 1 is a diagram explaining the principle of the present invention.

第1図(5)において、第5図(B)で示したものと同
一のものは同一の記号で示してあl)、ks/8は完全
積分型のパワーアンプ単体の伝達特性を示している。
In Fig. 1 (5), the same components as those shown in Fig. 5 (B) are indicated by the same symbols. ks/8 indicates the transfer characteristic of a single fully integrated power amplifier. There is.

尚、第5図(ロ)に比し、パワーアンプ(23)の入力
に関し回転角θが正帰還され、且つ角度指令値とと回転
角θとの差の積分値が正帰還されているが。
Note that, compared to FIG. 5(b), the rotation angle θ is fed back positively with respect to the input of the power amplifier (23), and the integral value of the difference between the angle command value and the rotation angle θ is fed back positively. .

これは本発明の原理に対して本質的でない。This is not essential to the principles of the invention.

即ち9本発明では少なくとも電流及び位置の帰還信号が
入力されるパワーアンプを完全積分型としたものである
That is, in the present invention, the power amplifier to which at least current and position feedback signals are input is of a completely integral type.

〔作 用〕[For production]

パワーアンプに平板モータを接続した時の伝達特性は第
1図(5)のPTに示す範囲となる。
The transfer characteristic when a flat plate motor is connected to the power amplifier falls within the range shown by PT in FIG. 1 (5).

この範囲でパワーアンプへの入力電圧Vpから電流出力
に関する伝達特性を求めると以下の様になる0 従って時間遅れの系となる。
If the transfer characteristic regarding the current output is determined from the input voltage Vp to the power amplifier in this range, it will be as follows.0 Therefore, it becomes a time-delayed system.

ここで、パワーアンプのゲインに6を可能な限シ大とす
ると(例えば100 dB ) 、 (4)式は。
Here, if the gain of the power amplifier is set to 6 as large as possible (for example, 100 dB), then equation (4) is obtained.

に近似できる。It can be approximated as

このことは、(4)式から(5)式への近似が成立する
範囲においては、第1図囚の系は第1図(B)の系と等
価となシ、第1図(5)のPTの部分は1./に+とい
う単純な比例ゲインとして示され、遅れ要素であるアク
チュエータの電気的特性(L、R,Bl)が系から除去
できる。
This means that to the extent that the approximation from equation (4) to equation (5) holds true, the system in Figure 1 is equivalent to the system in Figure 1 (B), and Figure 1 (5) is equivalent to the system in Figure 1 (B). The PT part of is 1. The electrical characteristics (L, R, Bl) of the actuator, which are delay elements, can be removed from the system.

従って、アクチュエータの電気的特性に影響されずに電
流iを制御できることになる。但し、パワーアンプの電
源電圧は平板モータの逆起電圧に比し、十分高いものと
する。
Therefore, the current i can be controlled without being affected by the electrical characteristics of the actuator. However, the power supply voltage of the power amplifier should be sufficiently higher than the back electromotive force of the flat plate motor.

この時のパワーアンプの帯域ωPはに1.パワーアンプ
の入力抵抗値R6(後述)、パワーアンプの帰還コンデ
ンサ容量C1によって決まシ。
The band ωP of the power amplifier at this time is 1. It is determined by the power amplifier's input resistance value R6 (described later) and the power amplifier's feedback capacitor capacitance C1.

となる。becomes.

例えば、  k、、=l/R6・CI=100dB 、
 k□=1の場合、  ωP=l □!l rad/ 
S (=15.9KHz ) 、!: ナル。
For example, k,,=l/R6・CI=100dB,
If k□=1, ωP=l □! l rad/
S (=15.9KHz),! : Naru.

これは実際のジャイロスコープの応答が100Hz程度
であることから、(5)式の近似は実用上誤差を生じな
い。
This is because the actual response of the gyroscope is about 100 Hz, so the approximation of equation (5) does not produce any errors in practice.

〔実施例〕〔Example〕

伸)一実施例の説明 第1図(5)に示したサーボ制御系のブロック図におけ
る角度指令値R(S)に対する回転角度θ(S)への伝
達関数は以下の如くなる。
(Ex) Description of one embodiment In the block diagram of the servo control system shown in FIG. 1(5), the transfer function from the angle command value R(S) to the rotation angle θ(S) is as follows.

一方、(4)式を(5)式に近似した第1図(B)の同
様の伝達関数は。
On the other hand, the similar transfer function in FIG. 1(B) in which equation (4) is approximated to equation (5) is:

となる。becomes.

従って、(7)式がSの4次項を含むのに対し、(8)
式が8の3次項までのため9時間遅れが少なくなる。
Therefore, while equation (7) includes a quartic term of S, (8)
Since the formula includes up to the third-order term of 8, the 9-hour delay is reduced.

このゲインkl、 k4の決定には、フィードバック系
に積分要素が含まれ、高周波でのゲインも大となシ、系
の発坂の可能性のあるため、安定な応答を得る必要があ
シ、この代表的なものとしてバターワース型の応答があ
る。
In determining the gains kl and k4, it is necessary to obtain a stable response because the feedback system includes an integral element, the gain is large at high frequencies, and there is a possibility of the system starting to slope. A typical example of this is the Butterworth type response.

これを得るには。To get this.

Sの3次の項 Sの2次の項 Sの1次の項 の関係を満たすようにに、〜に4を設定すればよい。cubic term of S Quadratic term of S linear term of S It is sufficient to set 4 to 4 so that the following relationship is satisfied.

ここで、ωCは所望のバターワース応答の帯域である0 例えば、1(l=1と設定すれば、以下の様に各帰還ゲ
インが定まる。
Here, ωC is the desired Butterworth response band 0. For example, if 1 (l=1) is set, each feedback gain is determined as follows.

このように、各帰還ゲインkl、 k4を設定するのに
、パワーアンプのゲインに6を十分大とすると。
In this way, in order to set each feedback gain kl, k4, if the gain of the power amplifier is set to 6, which is large enough.

4つの機械的パラメータD、 Bl、 K、 Jの計測
で済むことになる。
It is sufficient to measure the four mechanical parameters D, Bl, K, and J.

これに対し、第1図囚の近似しない系においては、帰還
ゲインを決めるのに更に平板モータ14のインダクタン
スし、抵抗Rの計測を必要とする。
On the other hand, in the non-approximate system shown in FIG. 1, it is necessary to measure the inductance of the flat plate motor 14 and the resistance R in order to determine the feedback gain.

このことは平板モータの電気的特性を考慮することなく
、帰還ゲインを設定でき、ゲイン設定が極めて容易に・
なる。
This means that the feedback gain can be set without considering the electrical characteristics of the flat plate motor, making gain setting extremely easy.
Become.

又、パワーアンプを完全積分型とすることによって、モ
ータの電気的特性による時間遅れ要素が第1図CB)の
如く省略されるので、計測精度を高めることができる。
Furthermore, by making the power amplifier a completely integral type, the time delay element due to the electrical characteristics of the motor can be omitted as shown in FIG. 1 (CB), so that measurement accuracy can be improved.

更に、電流iから回転トルクを求めるのに、電気的特性
を考慮しなくてよいから、トルク換算が簡単となる。
Furthermore, since there is no need to take electrical characteristics into account when determining the rotational torque from the current i, torque conversion becomes easy.

この実施例では、前述の特開昭60−253912号公
報で開示されたジャイロスコープの位置サーボ系に対し
、第1に回転角θが正帰還されている点と、第2に角度
指令値Yと回転角θとの差が完全積分されて正帰還され
ている点が異なる。
This embodiment differs from the position servo system of the gyroscope disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. 60-253912 in that firstly, the rotation angle θ is fed back positively, and secondly, the angle command value Y The difference is that the difference between the rotation angle θ and the rotation angle θ is completely integrated and fed back positively.

このようにしたのは、ジャイロスコープを自走車に搭載
した場合には、飛行体と相違して外乱振動が多い。従っ
て、ジャイロスコープのばね部材が振動することが考え
られ、しかもばねの反力もサーボ制御系で回転角に比例
した反力として負帰還されるため、ばねが共振すると振
動抑制の信号が発生できず、共振点付近で不安定になる
The reason for this is that when a gyroscope is mounted on a self-propelled vehicle, there are many disturbance vibrations, unlike when on a flying vehicle. Therefore, it is possible that the spring member of the gyroscope vibrates, and the reaction force of the spring is also negatively fed back as a reaction force proportional to the rotation angle in the servo control system, so if the spring resonates, a vibration suppression signal cannot be generated. , becomes unstable near the resonance point.

これを防止するため、ジンバル12の回転角信号を正帰
還し、制御上負帰還信号として与えられるばねの反力を
打ち消す作用を持たせている。これによシ、ばねの共振
の原因となる周波数成分を持ったトルクが平板モータ1
4によシ抑制されるため、ばねの共振を防止できる。
In order to prevent this, the rotation angle signal of the gimbal 12 is fed back positively to have the effect of canceling out the reaction force of the spring given as a negative feedback signal for control purposes. As a result, torque with a frequency component that causes resonance in the spring is applied to the flat plate motor 1.
4, the resonance of the spring can be prevented.

(8)式で言えば、Sの一次の項において角度帰還ゲイ
ンに3によってはね定数Kを打ち消し、共振を抑制して
いる。
In equation (8), in the first-order term of S, the repulsion constant K is canceled out by the angular feedback gain of 3, thereby suppressing resonance.

次に、定常偏差が生じると、高精度な計測が不可能とな
ることから、この角度指令値と回転角の差の積分量のフ
ィードバックは定常偏差を打ち消し、高精度の計測を可
能としている。
Next, if a steady deviation occurs, highly accurate measurement is impossible, so feedback of the integral amount of the difference between the angle command value and the rotation angle cancels the steady deviation and enables highly accurate measurement.

又、(8)式のSの二次の項において、角速度の帰還ゲ
インに2によって粘性制動係数りを制御できることがわ
かる。
Furthermore, it can be seen that in the second-order term of S in equation (8), the viscous damping coefficient can be controlled by adding 2 to the feedback gain of the angular velocity.

更に見かけのイナーシャがJ/L、で与えられることか
ら、この値を角度指令値と回転角の差の帰還ゲインに4
で制御できることもわかる。
Furthermore, since the apparent inertia is given by J/L, this value is used as the feedback gain of the difference between the angle command value and the rotation angle by 4.
It can also be seen that it can be controlled by

このようにして、移動体の旋回角速度すが2時間遅れな
く正確に電流iによって計測でき、しかもサーボ系の帰
還ゲインの設定も容易で且つ電流iからのトルク等の換
算も容易となる。
In this way, the turning angular velocity of the moving object can be accurately measured using the current i without a two-hour delay, and the feedback gain of the servo system can be easily set, and the torque etc. can be easily converted from the current i.

しかも、外乱に対し共振せず、且つ定常偏差を持たない
サーボ系のため一層高精度な計測ができる0 第2図は本発明のジャイロスコープの一実施例構成図で
ある。
Furthermore, since the servo system does not resonate with disturbances and has no steady-state deviation, it is possible to perform even more accurate measurements. FIG. 2 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the gyroscope of the present invention.

図中、第5図(5)で示したものと同一のものは同一の
記号で示してIJ)、  130 、131は各々ラジ
アル(十字)バネでオシ、各々章動軸13a、13bを
支持するもの、16aは歪ゲージであ99章動軸13b
を介するジンバル12の回転力(トルク)によるラジア
ルバネ131の変形量(即ち、ジンバル12の回転角)
を検出するもの、140は平板モータ14の可動部であ
シ2章動軸13bに固定され、コイル14C,14dが
設けられているもの、141は平板モータ14の固定部
でアシ、磁石が設けられているものである。
In the figure, the same parts as those shown in Fig. 5 (5) are indicated by the same symbols, and 130 and 131 respectively support the nutation shafts 13a and 13b with radial (cross) springs. 16a is a strain gauge and 99 nutation axis 13b
The amount of deformation of the radial spring 131 due to the rotational force (torque) of the gimbal 12 (i.e., the rotation angle of the gimbal 12)
140 is a movable part of the flat plate motor 14 fixed to the nutation shaft 13b and provided with coils 14C and 14d; 141 is a fixed part of the flat plate motor 14 provided with reeds and magnets. This is what is being done.

このジャイロスコープにおける。第5図(5)のものと
の相違は、ばね部材として十字バネ130 、131を
用いて章動軸13a、13bを支え、ジンバル120回
転角を十字バネ131に設けた歪ゲージ16aによって
検出するようにし2回転角を高精度に検出するようKし
たものである。
In this gyroscope. The difference from the one in FIG. 5 (5) is that cross springs 130 and 131 are used as spring members to support the nutation shafts 13a and 13b, and the rotation angle of the gimbal 120 is detected by a strain gauge 16a provided on the cross spring 131. It is designed so that two rotation angles can be detected with high precision.

又、平板モータの可動部140にコイル14C214d
を固定部141に磁石14a、14bを設けている。
In addition, a coil 14C214d is attached to the movable part 140 of the flat plate motor.
The fixed part 141 is provided with magnets 14a and 14b.

第3図は本発明によるジャイロスコープ制御回路の一実
施例構成図である。
FIG. 3 is a block diagram of an embodiment of a gyroscope control circuit according to the present invention.

図中、2は制御回路全体を示し、20は完全積分部であ
シ、プロセッサ(CPU)から成る制御部よシ抵抗R1
を介し与えられる角度指令値rと。
In the figure, 2 indicates the entire control circuit, 20 is a complete integration section, the control section consists of a processor (CPU), and the resistor R1.
and the angle command value r given via.

歪ゲージ16aから抵抗R1を介し与えられる回転角θ
との差をオペアンプOP3とコンデンサCで完全積分し
て出力するもの、21は回転角帰還部であシ、歪ゲージ
16aから抵抗R2を介して与えられる回転角θをオペ
アンプOP4で増幅するもの、22は角速度帰還部であ
シ、平板モータ14の一方のコイル14dを発電機とし
て用いて得た誘起電圧を角速度δとし、オペアンプOP
3で抵抗R4を介し与えられる角速度aを増幅し。
Rotation angle θ given from strain gauge 16a via resistor R1
21 is a rotation angle feedback section, and an operational amplifier OP4 amplifies the rotation angle θ given from the strain gauge 16a via the resistor R2. 22 is an angular velocity feedback section, in which the induced voltage obtained by using one coil 14d of the flat plate motor 14 as a generator is set as the angular velocity δ, and the operational amplifier OP
3 amplifies the angular velocity a given through the resistor R4.

回転角帰還部21の出力と加算して出力するもの。This is added to the output of the rotation angle feedback section 21 and output.

23はパワーアンプ部でアシ、完全積分部20の完全積
芥量、角速度帰還部22の角速度9回転角。
Reference numeral 23 indicates a power amplifier section, a complete accumulation amount of a complete integration section 20, and an angular velocity of 9 rotation angles of an angular velocity feedback section 22.

平板モータ14Cの電流iを合成して、平板モータ14
の他方のコイル14Cを電流駆動するものであシアプリ
アンプとしてのオペレージ冒ナルアンプOPIと、一対
のトランジスタTr l 、 Tr 2と、アンプOP
Iとトランジスタ’l’r l 、 Tr 2の出力と
の間に設けられたコンデンサC1と、入力抵抗R7を有
している。
By combining the current i of the flat plate motor 14C, the flat plate motor 14
An operating amplifier OPI, which drives the other coil 14C with current, serves as a pre-amplifier, a pair of transistors Tr l and Tr 2, and an amplifier OP.
It has a capacitor C1 provided between I and the output of the transistor 'l'r l and Tr 2, and an input resistor R7.

従って、パワーアンプの伝達特性は完全積分型となりて
おシ、オペアンプOPIの入力部には角度値が正帰還、
角速度値及び電流値が負帰還、及び角度指令値と角度値
の差の完全積分値が正帰還されている。
Therefore, the transfer characteristic of the power amplifier is a completely integral type, and the angle value is fed back positively to the input section of the operational amplifier OPI.
The angular velocity value and the current value are fed back negative, and the complete integral value of the difference between the angle command value and the angle value is fed positive feedback.

この実施例では、完全積分部20で角度指令値Yと回転
角θとの差の完全積分量が得られ、帰還ゲインに4は、
  1/R1@Cである。又2回転角帰還部21で回転
角θに帰還ゲインに3(= R3/R2’)が乗じられ
、角速度帰還部22では、角速度δに帰還ゲインに、(
=R5/R4)が乗じられる。従って。
In this embodiment, the complete integration unit 20 obtains the complete integration amount of the difference between the angle command value Y and the rotation angle θ, and the feedback gain of 4 is
1/R1@C. Further, in the rotation angle feedback section 21, the rotation angle θ is multiplied by a feedback gain of 3 (= R3/R2'), and in the angular velocity feedback section 22, the angular velocity δ is multiplied by a feedback gain of (
=R5/R4). Therefore.

積分量は正帰還1回転角は正帰還、角速度は負帰還とな
る。
The integral amount is positive feedback, one rotation angle is positive feedback, and the angular velocity is negative feedback.

又、電流帰還ゲインkx=Rsでアシ、電流は負帰還と
なる。
Further, when the current feedback gain kx=Rs, the current becomes a negative feedback.

ここで、角速度を得るのに、平板モータ14のコイル1
4dを用いているのは、歪ゲージ16Hの出力変化はア
ナログ的で小さく且つノイズが乗ることを考慮して、角
速度を得るのに、歪ゲージ16Hの検出回転角の微分値
をとることを止め。
Here, in order to obtain the angular velocity, the coil 1 of the flat plate motor 14
4d is used because the change in the output of the strain gauge 16H is analog, small, and has noise, so in order to obtain the angular velocity, the differential value of the rotation angle detected by the strain gauge 16H is not taken. .

平板モータ14の一方のコイル14dを発電機として用
いて誘起電圧で角速度を得ている。
One coil 14d of the flat plate motor 14 is used as a generator to obtain the angular velocity by an induced voltage.

このようにして、イナーシャルジャイロにおいて、ジン
バル12を一定角に保持したまま、高精度に且つ高帯域
まで移動体の角速度を計測できる0又、パワーアンプを
完全積分型としない場合には。
In this way, the inertial gyro can measure the angular velocity of a moving object with high accuracy and over a wide range while keeping the gimbal 12 at a constant angle.Also, in the case where the power amplifier is not a completely integrating type.

平板モータ14の端子間電位差をオペアンプでとシ逆起
電圧を求める構成をとる必要があシ、構成が複雑になる
が、完全積分型ならコンデンサのみで済む。
It is necessary to use an operational amplifier to determine the back electromotive force by measuring the potential difference between the terminals of the flat plate motor 14, which makes the configuration complicated, but if it is a completely integral type, only a capacitor is required.

(b)  他の実施例の説明 第4図は本発明の他の実施例説明図である。(b) Description of other embodiments FIG. 4 is an explanatory diagram of another embodiment of the present invention.

図中、1a、1bは各々ジャイロスコープであシ、第2
図に示したもの、2a、2bは各々制御回路でアシ、第
3図に示したもの、30は差動アンプで、制御回路2a
、2bの平板モータ駆動電流11 t i2の差をとる
もの、31はA/D (アナログ/デジタル)コンバー
タでアシ、差動アンプ30の差をデジタル値に変換する
ものである。
In the figure, 1a and 1b are gyroscopes,
The ones shown in the figure, 2a and 2b are control circuits respectively, and the one shown in FIG. 3, 30 is a differential amplifier, and the control circuit 2a
, 2b, and 31 is an A/D (analog/digital) converter that converts the difference between the differential amplifiers 30 into digital values.

運動体(移動体)にジャイロスコープ1を搭載した場合
に、特に走行ロボットの如きものでは。
When the gyroscope 1 is mounted on a moving object (mobile object), especially in a moving object such as a running robot.

運動体の旋回運動に加え、運動に伴う振動等の外乱がジ
ンバルに回転力として加わる。
In addition to the rotating motion of the moving body, disturbances such as vibrations accompanying the motion are applied to the gimbal as rotational force.

この外乱が運動体の旋回角検出の誤差となるため、この
実施例では、ジャイロスコープ1a、1bのロータを互
いに逆方向に回転させ、その時の各ジャイロスコープ1
a、1bの平板モータの電流t1. i2の差をとるこ
とによって外乱成分を取シ除き、精度良い旋回角速度の
検出を行なうようにしている。
Since this disturbance causes an error in detecting the turning angle of the moving body, in this embodiment, the rotors of the gyroscopes 1a and 1b are rotated in opposite directions, and each gyroscope 1
The current t1 of the flat plate motors a and 1b. By taking the difference in i2, disturbance components are removed and the turning angular velocity is detected with high accuracy.

上述の実施例では、ジャイロスコープとして第2図のも
ので説明したが、ばね部材やアクチュエータを他の周知
のもので構成するようにしてもよく、制御回路も第3図
のものに限られない。
In the above embodiment, the gyroscope shown in FIG. 2 is used, but the spring member and actuator may be constructed of other known components, and the control circuit is not limited to that shown in FIG. 3. .

以上本発明を実施例によシ説明したが9本発明は本発明
の主旨に従い種々の変形が可能であシ。
Although the present invention has been described above with reference to embodiments, the present invention can be modified in various ways according to the spirit of the present invention.

本発明からこれらを排除するものではない。These are not excluded from the present invention.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明した様に2本発明によれば、アクチュエータで
ジンバルを一定角に保持制御するジャイロスコープにお
いて、アクチュエータの電気的特性が方向計測に影響を
与えないから、遅れのない高精度の方位計測が可能とな
るという効果を奏する0 又、アクチュエータのサーボ制御系の帰還ゲインの設定
のための特性の計測数も減少し、容易に設定でき、コス
トダウンにも寄与するという効果をIn、J!にジャイ
ロスコープの出力としての電流から旋回角、トルク等を
求めるのも容易となるという効果を奏する。
As explained above, according to the present invention, in a gyroscope that uses an actuator to control and hold the gimbal at a constant angle, the electrical characteristics of the actuator do not affect direction measurement, so highly accurate direction measurement without delay is possible. In addition, the number of measurements of characteristics for setting the feedback gain of the actuator's servo control system is reduced, making it easy to set, and contributing to cost reduction. In addition, the turning angle, torque, etc. can be easily determined from the current output from the gyroscope.

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

第1図は本発明の原理説明図。 第2図は本発明の一実施例ジャイロスコープ構成図。 第3図は本発明の一実施例制御回路の構成図。 第4図は本発明の他の実施例説明図。 第5図は従来技術の説明図である。 図中、1・・・ジャイロスコープ。 2・・・制御回路。 10・・・ロータ。 12・・・ジンバル。 13a、13b++7(ネ部材。 14・・・アクチュエータ。 23・・・パワーアンプ部。 FIG. 1 is a diagram explaining the principle of the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram of a gyroscope according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a configuration diagram of a control circuit according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is an explanatory diagram of another embodiment of the present invention. FIG. 5 is an explanatory diagram of the prior art. In the figure, 1... gyroscope. 2...Control circuit. 10...Rotor. 12...Gimbal. 13a, 13b++7 (ne members. 14...actuator. 23...Power amplifier section.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 回転するロータ(10)を支持するジンバル(12)を
ばね部材(13a、13b)によって支持し、 該ジンバル(12)の回転を検出する検出手段(16、
16a)の出力に従ってアクチュエータ(14)が該ジ
ンバル(12)の回転位置を一定に制御するジャイロス
コープにおいて、 該アクチュエータ(14)を駆動するパワーアンプの伝
達特性を完全積分型としたことを 特徴とするジャイロスコープの制御方式。
[Claims] A gimbal (12) supporting a rotating rotor (10) is supported by spring members (13a, 13b), and detection means (16,
A gyroscope in which an actuator (14) controls the rotational position of the gimbal (12) at a constant level according to the output of the gyroscope (16a), characterized in that the transfer characteristic of the power amplifier that drives the actuator (14) is completely integral type. Gyroscope control method.
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