KR19990018422A

KR19990018422A - System Stabilizer Using Gyroscope

Info

Publication number: KR19990018422A
Application number: KR1019970041598A
Authority: KR
Inventors: 천호정
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-08-27
Filing date: 1997-08-27
Publication date: 1999-03-15
Also published as: KR100207601B1

Abstract

본 발명은 자이로스코프를 이용한 시스템 안정화 장치에 관한 것으로, 자이로스코프를 이용한 시스템 안정화 장치는 제어대상의 적어도 방위각을 포함하는 각운동량을 감지하고, 기준입력과 감지된 각운동량과의 차이를 출력하는 자이로스코프; 자이로스코프에서 출력된 차이를 감소시키도록 제어량을 출력하는 시스템 제어기; 자이로스코프에서 감지된 방위각운동량은 자이로스코프의 고각의 위치에 따라 소정의 값만큼 감소된 값이므로, 감소된 각운동량에 따른 제어량을 보상하고, 자이로스코프의 고각이 ±90°일 때 시스템이 불안정하게 됨을 막기위해, 자이로스코프의 고각의 값에 따라 소정의 보상값을 출력하는 룩업테이블 보상기; 및 룩업테이블 보상기를 통해 보상된 제어량으로 제어대상을 구동하는 서보모터로 이루어진다.The present invention relates to a system stabilization apparatus using a gyroscope, a system stabilization apparatus using a gyroscope includes a gyroscope for detecting an angular momentum including at least an azimuth of a control object and outputting a difference between a reference input and a sensed angular momentum; A system controller for outputting a control amount to reduce the difference output from the gyroscope; Since the azimuth momentum detected by the gyroscope is reduced by a predetermined value depending on the position of the gyroscope's elevation, it compensates the control amount according to the reduced angular momentum and the system becomes unstable when the gyroscope's elevation is ± 90 °. A look-up table compensator for outputting a predetermined compensation value according to the gyroscope elevation value for preventing; And a servo motor for driving the control target with the control amount compensated by the lookup table compensator.

본 발명에 의하면, 코사인 보상시 특별한 라이브러리를 사용하지 않을 뿐 만 아니라 연산량이 감소하므로 실시간 처리가 가능하다.According to the present invention, not only does not use a special library for cosine compensation, but also reduces the amount of computation, thereby enabling real-time processing.

Description

System Stabilizer Using Gyroscope

본 발명은 안정화 장치에 관한 것으로, 특히 자이로스코프를 이용한 시스템 안정화 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a stabilization device, and more particularly to a system stabilization device using a gyroscope.

일반적으로 관성평면에서 외란을 제거 또는 차단하는 안정화 장치는 각속도 센서로서 자이로스코프(gyroscope, 이하 자이로라 약함)를 이용한다. 예를 들어, 항공기의 관성유도(inertial guidance)를 위해서 자이로는 항공기의 기체 내부에 장착되어 항공기를 예정방향이나 고도에 이르도록 제어하는데 사용된다.In general, the stabilization device to remove or block the disturbance in the inertial plane uses a gyroscope (weak gyro weak) as an angular velocity sensor. For example, for inertial guidance of an aircraft, a gyro is mounted inside the aircraft's aircraft and used to control the aircraft to reach a predetermined direction or altitude.

자이로는 관성평면에서 각속도 또는 각도를 감지하는 센서이다. 그런데, 이 센서는 고가이면서 내부에 복잡한 구조를 가지고 있어서, 사용하는데 많은 주의가 필요하다. 예를 들어, 정격이상의 외부 외란(disturbance)이 인가되면 자이로의 관성 휠(wheel)이 자동으로 구속되어(caging), 이 센서는 더 이상 동작하지 않게된다. 이 때, 이 센서를 다시 동작시키려면 전체 시스템을 리셋해주어야한다.Gyro is a sensor that detects angular velocity or angle in the inertia plane. By the way, this sensor is expensive and has a complicated structure inside, which requires much attention to use. For example, when an external disturbance above the rating is applied, the inertia wheel of the gyro is automatically caged, so that the sensor no longer operates. At this time, to operate this sensor again, the whole system must be reset.

이러한 자이로는 고각(elevation angle)의 위치에 따라 방위각속도에 대한 감지량이 1/cos(고각) 만큼 줄어들게 되고, 따라서 서보계의 전체이득도 그만큼 줄어들게 된다. 또한, 자이로가 ±90°일 때, 자이로가 감지하는 방위각속도가 무한대가 되고, 결과적으로 제어입력이 무한대가 되어 시스템은 제어가 불가능하게 된다. 그러므로, 자이로를 이용한 안정화 장치는 자이로의 고각의 위치에 따른 방위각속도의 감지량을 조절하기 위해 cos(고각) 만큼의 보상이 필요하다.The gyro reduces the amount of detection of the azimuth velocity by 1 / cos (elevation) according to the position of the elevation angle, thus reducing the overall gain of the servo system. In addition, when the gyro is ± 90 °, the azimuth velocity detected by the gyro becomes infinity, and as a result, the control input becomes infinity and the system becomes impossible to control. Therefore, the stabilization device using the gyro needs to compensate as much as cos (elevation) to adjust the sensing amount of the azimuth velocity according to the position of the gyro elevation.

그러나, 코사인 함수의 계산은 특별한 라이브러리를 필요로하거나 수치해석적인 방법과 같은 복잡한 연산과정이 필요하고, 특히 제어기인 마이크로프로세서가 고정 소수점 연산용이라면, 많은 부하가 걸리게 되어 실시간 처리가 어렵다. 마이크로프로세서가 부동 소수점용인 경우에도 고정 소수점용인 경우보다 연산속도가 빠르겠지만 역시 라이브러리나 수치해석적인 방법을 사용해야하므로 실시간 처리가 어렵다.However, the calculation of the cosine function requires a special library or a complicated computational process such as a numerical method. Especially, if the microprocessor as a controller is for fixed-point arithmetic, it is difficult to process in real time. Even if the microprocessor is for floating point, the computational speed will be faster than that for fixed point, but it is also difficult to process in real time because it must use a library or numerical method.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 코사인 함수의 계산값을 간단하게 룩업테이블화하여 직접 복잡한 계산을 거치지 않고서 빠른 시간내에 계산을 수행하여 실시간 처리가 가능하게하고, 특히, 고각이인 경우에도 시스템이 불안정해지지 않게하는 자이로스코프를 이용한 시스템 안정화 장치을 제공하는데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to simply look-up table the calculated value of the cosine function to perform the calculation in a short time without going through a complex calculation directly, in particular, the elevation is It is to provide a system stabilization device using a gyroscope that does not make the system unstable even if the.

도 1은 본 발명에 따른 자이로스코프를 이용한 시스템 안정화 장치에 관한 블록도이다.1 is a block diagram of a system stabilization apparatus using a gyroscope according to the present invention.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 자이로스코프를 이용한 시스템 안정화 장치는 상기 제어대상의 적어도 방위각을 포함하는 각운동량을 감지하고, 기준입력과 상기 감지된 각운동량과의 차이를 출력하는 자이로스코프; 상기 자이로스코프에서 출력된 차이를 감소시키도록 제어량을 출력하는 시스템 제어기; 상기 자이로스코프에서 감지된 방위각운동량은 상기 자이로스코프의 고각의 위치에 따라 소정의 값만큼 감소된 값이므로, 상기 감소된 각운동량에 따른 상기 제어량을 보상하고, 상기 자이로스코프의 고각이 ±90°일 때 상기 시스템이 불안정하게 됨을 막기위해, 상기 자이로스코프의 고각의 값에 따라 소정의 보상값을 출력하는 룩업테이블 보상기; 및 상기 룩업테이블 보상기를 통해 보상된 제어량으로 상기 제어대상을 구동하는 서보모터를 포함함이 바람직하다.In order to achieve the above technical problem, the system stabilization apparatus using a gyroscope according to the present invention includes a gyroscope for detecting an angular momentum including at least an azimuth of the control object and outputting a difference between a reference input and the sensed angular momentum; A system controller for outputting a control amount to reduce the difference output from the gyroscope; Since the azimuth momentum sensed by the gyroscope is a value reduced by a predetermined value according to the position of the elevation angle of the gyroscope, the control amount according to the reduced angular momentum is compensated, and the elevation angle of the gyroscope is ± 90 °. A lookup table compensator for outputting a predetermined compensation value according to a high angle value of the gyroscope to prevent the system from becoming unstable; And a servomotor for driving the control object with a control amount compensated by the lookup table compensator.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명에 따른 자이로스코프를 이용한 시스템 안정화 장치에 관한 블록도로서, 도 1에 따른 안정화 장치는 자이로(100), 시스템제어기(102), 룩업테이블 보상기(104), 서보모터(106) 및 제어대상(108)으로 이루어진다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. 1 is a block diagram of a system stabilization apparatus using a gyroscope according to the present invention. The stabilization apparatus according to FIG. 1 includes a gyro 100, a system controller 102, a lookup table compensator 104, and a servomotor 106. And control object 108.

자이로(100)는 조이스틱과 같은 입력수단을 통해 운용자가 지정한 기준입력과 출력단으로부터 피드백(feedback)되는 제어대상(108)의 방위각속도를 감지하여 그 차이량을 출력하고, 시스템제어기(102)는 예를 들어, 피아이디 제어기(Proportional Integrated Derivative Controller)와 같은 제어기로서, 자이로(100)가 출력하는 차이를 감소시키도록 제어값을 출력한다. 이 때 시스템제어기(102)로 입력되는 값은 자이로(100)에 의해 1/cos(고각) 만큼 감소된 값이므로, 룩업테이블 보상기(104)를 통해 상술한 감소된 제어값이 보상된다. 서보모터(106)는 보상된 제어값에 따라 제어대상(108)을 구동한다.The gyro 100 detects the azimuth velocity of the control target 108 to be fed back from the reference input and output terminal designated by the operator through an input means such as a joystick, and outputs the difference amount, and the system controller 102 outputs an example. For example, as a controller such as a Proportional Integrated Derivative Controller, a control value is output to reduce a difference output by the gyro 100. At this time, since the value input to the system controller 102 is reduced by 1 / cos (elevation) by the gyro 100, the above-described reduced control value is compensated through the lookup table compensator 104. The servomotor 106 drives the control target 108 according to the compensated control value.

한편, 그 동작은 다음과 같다. 자이로(100)는 기준입력과 제어대상(108)으로부터 피드백된 각속도의 차이가 출력되고, 시스템 제어기(102)를 통해 이 차이가 감소하도록 제어값이 출력된다. 룩업테이블 보상기(104)을 통해서는 자이로(100)에서 1/cos(고각) 만큼 감소된 제어량이 보상된다. 룩업테이블 보상기(104)는 다음과 같이 구성되어 메모리에 저장된 다음, 현재 자이로(100)의 고각의 위치에 따라 해당값이 독출되어 보상된다. 이득은 시행착오법(trial and error method)으로 구해지는데, 다음과 같은 값이 바람직하다. 고각의 단위는 각도(degree)이다.On the other hand, the operation is as follows. The gyro 100 outputs a difference between the reference input and the angular velocity fed back from the control target 108, and a control value is output to reduce the difference through the system controller 102. The lookup table compensator 104 compensates for the control amount reduced by 1 / cos (elevation) in the gyro 100. The lookup table compensator 104 is configured as follows and stored in a memory, and then the corresponding value is read and compensated according to the position of the elevation of the current gyro 100. The gain is obtained by the trial and error method. The following values are preferable. The unit of elevation is degrees.

고각Elevation |90~86|| 90 ~ 86 | |85~81|| 85 ~ 81 | |80~71|| 80 ~ 71 | |70~46|| 70 ~ 46 | |0~45|| 0 ~ 45 | 이득benefit 00 44 33 22 1One

이 경우, 자이로(100)의 고각이 ±90°인 경우에도 이득이 0이 되므로 시스템이 불안정하게 되지 않는다. 이렇게 보상된 값을 입력으로하는 서보모터(106)를 통해 제어대상(108)이 구동된다.In this case, even if the elevation of the gyro 100 is ± 90 °, the gain is zero, so that the system is not unstable. The control target 108 is driven through the servomotor 106 which inputs the compensated value.

본 발명에 의하면, 코사인 보상시 특별한 라이브러리를 사용하지 않을 뿐 만 아니라 연산량이 감소하므로 실시간 처리가 가능하다. 또한, 실수연산을 하지않으므로 정수연산만을 지원하는 프로세서인 경우 그 효과가 증대되고, 실수연산을 지원하는 프로세서인 경우에도 연산량이 거의 없으므로 코사인 연산수행의 부담을 줄임과 동시에 실시간 처리가 가능하다. 또한, 고각이 ±90°인 경우에도 시스템이 제어불능상태로 되지않는다.According to the present invention, not only does not use a special library for cosine compensation, but also reduces the amount of computation, thereby enabling real-time processing. In addition, since the processor does not perform real arithmetic, the effect is only increased when the processor supports only integer arithmetic, and the processor that supports real arithmetic has almost no computational amount, thereby reducing the burden of cosine arithmetic and real-time processing. In addition, the system does not become uncontrollable even when the elevation is ± 90 °.

Claims

In the system stabilization device to block the control object from disturbance in the inertial plane,

A gyroscope for sensing an angular momentum including at least an azimuth of the control object and outputting a difference between a reference input and the sensed angular momentum;

A system controller for outputting a control amount to reduce the difference output from the gyroscope;

Since the azimuth momentum sensed by the gyroscope is a value reduced by a predetermined value according to the position of the elevation angle of the gyroscope, the control amount according to the reduced angular momentum is compensated, and the elevation angle of the gyroscope is ± 90 °. A lookup table compensator for outputting a predetermined compensation value according to a high angle value of the gyroscope to prevent the system from becoming unstable; And

And a servomotor for driving the control object with a control amount compensated by the lookup table compensator.

The method of claim 1, wherein the lookup table compensator

The compensation value is 0 when the absolute value of the gyroscope elevation is 86 ° to 90 °, the compensation value is 4 when the absolute value of the elevation is 81 ° to 85 °, and the compensation value is 4 when the absolute value of the elevation is 71 ° to 80 °. 2. A system stabilization apparatus using a gyroscope characterized in that the compensation value is 2 when the value is 3, the absolute value of the elevation is 46 ° to 70 °, and the compensation value is 1 when the absolute value of the elevation is 0 ° to 45 °.