NO301192B1 - Meridiansvingeranordning for å bestemme gyroskopiske retningsmomenter som påvirkes av forstyrrelser - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse gjelder en meridiansvinger i et gyroskop for bestemmelse av et gyroretningsmoment som påvirkes av forstyrrelser, idet svingeren særlig omfatter: a) en meridiansvinger som er festet opphengt og har horisontal spinnakse, b) et uttak som reagerer på utsvingsbevegelse av svingeren om en vertikal akse, c) en dreiemomentgiver for å frembringe et dreiemoment som motvirker det gyroskopiske retningsmoment, d) en regulator som påvirkes av signaler fra uttaket og frembringer en magnetiseringsstrøm for aktivering av dreiemomentgiveren for kompensasjon av det gyroskopiske retningsmoment, e) kretser for å frembringe utgående signaler som tilsvarer magnetiseringsstrømmen, f) et filter for veining av de utgående signaler i den hensikt å frembringe en estimatverdi for det gyroskopiske retningsmoment , g) kretser for å kvantisere de påvirkende forstyrrelser, og h) kretser for endring av veiningen av de utgående signaler i avhengighet av størrelsen av forstyrrelsene.

Fra DE-OS 19 41 808 og 19 41 809 er kjent en båndoppspent meridiansirkelsvinger i et gyroskop og hvor svingerens utsving registreres i forhold til en båndreferanse via et uttak og omvandles til et elektrisk signal. Dette signal føres over en forsterker og til en dreiemomentgiver som står i forbindelse med oppspenningsbåndet. Giveren virker direkte tilbake på svingeren og kompenserer det "retningsmoment" som virker på sirkelsvingeren via oppspenningsbåndet og som søker å dreie svingeren om båndaksen slik at dens såkalte normalspinnakse innstiller seg i retning nord. Aktiveringsstrømmen i dreiemomentgiveren vil være proporsjonal med retnihgsmoirtentet.

En viserinnretning for nordretningen er anordnet og styres av giverens aktiveringsstrøm. De omtalte patentskrifter benyt-ter en skrittmotor som viserinnretning, og denne er slik at båndopphenget kommer til å dreies så langt at aktiveringsstrøm-men blir null. Da ligger meridiansirkelsvingerens normalakse i nordretningen slik at retningsmomentet ikke lenger er til-stede. Båndopphenget er forbundet med en kikkert som da blir innstilt rett mot nord.

DE-OS 2 229 431 beskriver og viser en båndoppspent meridiansvinger hvor det på lignende måte dannes et elektrisk signal ved uttak, og dette signal styrer over en forsterker en skrittmotor som dreier en kikkert.. En posisjonsgiver er koblet til skrittmotoren, og signalet fra giveren går over en forsterker og styrer en dreiemomentgiver som er koblet til svingeren over dennes oppspenningsbånd.

Endelig viser DE-AS 21 24 357 et gyroskop hvor en sirkelsvinger er opphengt i en mellomramme i et spennbånd. Et uttak sørger også her for et vinkelsignal som står i forhold til svingerens utsving i forhold til en båndreferanse. En dreiemomentgiver gir et motmoment mot svingerens retningsmoment, og det avvikssignal som tas ut over uttaket forsterkes og føres tilbake til dreiemomentgiveren. Mellomrammen kan dreies ved hjelp av en skrittmotor. I denne gyroskopkonstruk-sjon føres avvikssignalet til et lager og kan etter innstilling av svingeren styre skrittmotoren via en koblingsinnretning for av- og påslag. En tilbakeføringskrets sørger for proporsjo-nalitet mellom skrittmotorens dreievinkel og det lagrede uttaks- eller avvikssignal.

Disse kjente gyroskopkonstruksjoner kan benyttes for relativt rask bestemmelse av sann nord. Meridiansirkelsvingerne er opphengt mest mulig forstyrrelsesfrie i en spennramme som står fast i forhold til bakken og er mest mulig beskyttet mot rystelser. Det er imidlertid ikke mulig å anordne slike gyro-skoper uten tilleggsutrustning i forstyrrbare omgivelser, så-som ombord i et fartøy.

Man har derfor konstruert filteranordninger hvor det skjer en filtrering av det signal som representerer avviket i forhold til nord, nemlig aktiveringsstrømmen for dreiemomentgiveren .

DE-OS 25 45 026 viser en båndoppspent svinger med uttak og dreiemomentgiver, hvor et signal proporsjonalt med giverens aktiveringsstrøm føres til en A/D-omvandler og digitaliseres. Digitalsignalet forløper over en fast taktfrekvens og føres til en beregningsenhet for rekursiv middelverdidannelse. Fra denne tas middelverdien direkte ut, men middelverdien føres også til filtrering. Ved den rekursive dannelse av middelverdien oppnås at det raskt blir stående til rådig-het en verdi for nordavviket, selv om denne første verdi kan være noe unøyaktig, hvoretter verdien gradvis forbedres over tid, og samtidig kan da lagerkapasiteten holdes begrenset.

En tilsvarende ordning vises og beskrives i

DE-OS 26 18 868. Der dannes imidlertid middelverdien av et fast antall digitalsignaler, nemlig de siste N signaler, idet N angir et fast heltall. Også denne middelverdi dannes re-kursivt.

Ved dannelse av middelverdier vil det være mulig å utføre en tilnærmet middelverdiberegning av også hvit støy, dvs. støy som er tilnærmet frekvensuavhengig. Ved meridian-sirkelsvingere av den foreliggende type, når de benyttes i forstyrrende omgivelser, dannes imidlertid ved akselerasjoner i båndopphenget relativt langsomt stigende og så på ny av-tagende endringer av dreiemomentgiverens aktiveringsstrøm, og disse endringer lar seg ikke eliminere ved middelverdidannelse. Videre blir den middelverdi som beregnes feilaktig på grunn av forstyrrelsene.

I DE-PS 31 31 110 er beskrevet og vist et gyroskop

med båndopphengt meridiansvinger, og i dette kompenseres svingerens retningsmoment av et motmoment. Motmomentet genereres i en dreiemomentgiver som står i forbindelse med opphengsbåndet, idet giveren virker på den ramme som svingeren er opphengt i. Dreiemomentgiveren fødes en forsterker fra et uttak som regi-strerer vinkelavvik for gyroskoprammen i forhold til en ytre referanse. For å undertrykke forstyrrelser som vil kunne opp-stå ved svingninger og bevegelser av gyroskopets hovedramme og som gir en slags "likerettervirkning", er det anordnet to orto-gonalt plasserte akselerasjonsmålere i gyroskopets hovedramme. Signalprosesseringskretser omfatter så en modell for dynamikken

i de forstyrrende momenter, slik at akselerasjonene kan refe-reres til forstyrrende momenter om svingerens spinnakser. Akse-lerasjonsmålernes signaler kobles så til denne modell som gir et momentsignal for de forstyrrende momenter. Dette signal kan så korrigere målingene som utføres med gyroskopet, når det gjelder svingerens retningsmoment.

I gyroskopet ifølge dette patentskrift måles akse-lerasjonen i båndopphenget. Dette krever en ytterligere akse-lerasjonsmåler, og den oppnådde måleverdi korrigeres så med hensyn til den forstyrrende påvirkning, ut fra en størrelse som bare oppnås ved hjelp av modellen.

DE-PS 31 31 111 viser og beskriver

et gyroskop for bestemmelse av nordretningen. I dette gyroskop befinner seg også en båndopphengt svinger, det er anordnet et uttak for feilsignaler, og det finnes en dreiemomentgiver på tilsvarende måte som beskrevet ovenfor. For å undertrykke forstyrrelser finnes videre et Kalman-filter som avbilder systemet med den retningslåste gyroskopsvinger og som fremkommer med et første filterinngangssignal som forskjellen mellom det signal som er ført til dreiemomentgiveren (aktiveringsstrømmen) og en estimatverdi for dette signal, fremkommet ved filtrering i Kalman-filteret. Ut fra Kalman-filteret fås videre et andre filterinngangssignal som forskjellen mellom avviket for meridiansvingeren i forhold til gyroskopets referanse, og et estimat for dette signal, fremkommet fra Kalman-filteret. Estimatet for aktiveringsstrømmen tjener da som mål for avviket av en gryo-

sjtupretexdiise ± iuiriiuxu tii nuxa.. vea aette oppnås ax. estiiiidt-verdien raskt nærmer seg en "sann" verdi og at forstyrrelser undertrykkes.

Det Kalman-filter som er beskrevet i dette patentskrift undertrykker imidlertid bare stokastisk fordelte forstyrrelser, og ikke forstyrrelser av den innledningsvis omtalte type, som stiger og synker relativt langsomt.

Fra DE-A-32 40 804 er kjent en meridiansvingeranordning med svingeren opphengt som en pendel og med horisontal spinnakse. Svingeren sitter i et pendellegeme som på sin side er kardang-leddopphengt i en kappe og holdt på plass i denne, selv om den kan innstilles trinnvis i vertikal stilling med den horisontale spinnakse intakt. Det gyroskopiske retningsmoment som søker å dreie spinnaksen til nordretningen kompenseres av et motvirkende dreiemoment som frembringes av en momentgiver på svingeren. Via en holdekrets styres dreiemomentgiveren av et uttak som reagerer på svingerens utslag om den vertikale akse, og momentgiverens aktiverings- eller magnetiseringsstrøm gir et mål på retningsmomentet og derved også på vinkelen mellom spinnaksen som holdes i forhold til referanseretningen, og nordretningen.

Den beskrevne anordning forutsetter kretser som reduserer støy og ytre forstyrrelser som påvirker målingene. For dette er det anordnet kretser som gir utgående signaler som tilsvarer magnetiseringsstrømmen, et filter som utfører veining av de utgående signaler for å frembringe estimatverdier for retningsmomentet, kretser for å kvantisere forstyrrelsene, og kretser for endring av den tillagte vekt av de utgående signaler, i avhengighet av størrelsen av forstyrrelsene. Som et mål på forstyrrelsene eller den påtrykte støy ligger de deriverte av de utgående signaler og absoluttverdien av disse deriverte til jrunn. Via et lavpassfilter bevirker absoluttverdiene nullstilling av de utgående signaler når signalene ut fra lavpassf ilteret Dverskrider en bestemt terskelverdi, derved signaliseres en forstyrrelse av måleverdien, og de utgående signaler forsinkes via et skiftregister før de påtrykkes en vurderingskrets på utgangen. Denne vurderingskrets tillegger forskjellig vekt av de utgående signaler, og vekttilleggingen bestemmes ut fra den deriverte av den flytende middelverdi av de ankommende signaler, slik at konstante måleverdier blir foretrukket i forhold til stigende eller fallende verdier.

Oppfinnelsens grunntanke er derved følgende: Målestørrelsen bør være konstant. Så lenge denne holdes vesentlig konstant, bare overlagret støy, kan den tillegges for-holdsvis stor vekt ved filtreringen. Under filtreringen forbedres gradvis estimatverdien for målestørrelsen over tid. Når imidlertid en forstyrrelse av den spesielle omtalte type foreligger tillegges målestørrelsen mindre vekt sa lenge støy- eller forstyrrelsespåvirkningen finner sted. I praksis kobles filteret under forstyrrelsens varighet helt ut, og den sist oppnådde estimatverdi holdes lagret helt til den relativt langsomme forstyrrelse eller støy på ny har dødd ut.

Målet med oppfinnelsen er ut fra dette at man ved en meridians vinger anordning av den art som er omtalt helt innledningsvis søker å unngå forfalskning av de frembrakte estimatverdier ved langsomt stigende og synkende forstyrrelser.

Dette mål nås med en svingeranordning med de trekk som fremgår av karakteristikken i det etterfølgende patentkrav 1, nemlig ved at

i) meridiansvingeren er båndopphengt, og at

j) det er anordnet kretser for å bestemme svingerens egensvingning i forhold til en tverrakse som står normalt på svingerens opphengsakse og dens spinnakse, som et mål for forstyrrelsene.

Det har vist seg at når forstyrrelsen har en langsom inn- og utsvingning blir bestemte egenresonanser for systemet stimulert, nemlig særlig svingninger om opphengsbåndets lengde-akse og om den tverrakse som står normalt på både båndaksen og svingerens spinnakse eller såkalte normalakse. Slike egensvingninger som f.eks. i et praktisk gyroskop kan ha en frekvens på omkring 2 Hz, tjener følgelig som en god indikator for lav-frekvent støypåvirkning.

Man kan anordne kretser for å danne variansen av disse egensvingninger, og variansen kan forsinkes i andre

kretser for adaptiv generering av en vektfunksjon for det filter som skal benyttes. Vektfunksjonen kan være empirisk utledet og spesiell for det aktuelle system og henge sammen med den forsinkede varians av egensvingningen.

Filteret kan været et Kalman-filter med kretser for tilstandsbedømmelse og kretser for beregning ifølge en kovariansligning, idet disse siste kretser styres av vektfunksjonen.

Foran Kalman-filteret kan det være anordnet et forfilter som omfatter et middelverdifilter og et integrasjonstrinn.

Middelverdiens kovarians for dannelse av kovariansligningen og vektfunksjonen kan føres til kretser for beregning eller bedømmelse av filtreringens godhet, hvorved det ved oppnåelse av en bestemt filtreringsgodhet kan finne sted et brudd i filtreringen og generering av en estimatverdi for dreiemomentgiverens aktiverings- eller magnetiseringsstrøm.

Utførelseseksempler på oppfinnelsen vil nå bli gjennomgått med støtte i de tilhørende tegninger, hvor fig. 1 viser en skjematisk og perspektivisk fremstilling av en

båndopphengt meridiansirkelsvinger i et gyroskop, fig. 2 viser et blokkdiagram av modellstrukturen for dette gyroskop,

fig. 3 viser et blokkdiagram for oppbyggingen av et adaptivt

filter for undertrykkelse av forstyrrelser, fig. 4 viser grunnoppbyggingen av en regnetidsbesparende utførelse av oppfinnelsens filteranordning, fig. 5 viser en variant av filteranordningen ifølge fig. 4, og fig. 6 viser en videre utførelsesform av oppfinnelsens filteranordning, noe annerledes enn filter-anordningene i henhold til fig. 4 og 5.

Fig. 1 viser skjematisk et hus eller en ramme 10

i et gyroskop, og i denne er en såkalt sirkulær meridiansvinger 12 oppspent med et bånd 16 i begge ender av en gjennomgå-ende aksel 14. Hensdsningstallet 18 indikerer svingerens normalakse, dvs. den dreie- eller spinnakse som går ut sentralt i

iuiuuiu i lx bvinycicus nuvcupiaii ^cijjciiuxjvuj.cci l ucllc, dvs. på svingerens sirkelskive. Denne akse vil også bli kalt a-spinnaksen. I normaltilstand ligger normalaksen horisontalt og i rett vinkel i forhold til den vertikale opphengsakse 20

som også kalles y-spinnaksen. Normalt på begge disse akser 18 og 20 går svingerens tverrakse 22 i dennes hovedplan, og denne kalles også gyroskopets eller svingerens 3-spinnakse. På fig. 1 er normalaksen 18 vist i båndets referanse- eller nullstilling, dvs. i en stilling hvor båndet 16 ikke er vridd. Et utsving av svingeren 12 om bånd- eller opphengsaksen 20 fra

nullstillingen er vist med en stiplet linje på fig. 1 og vil gi et avvik i det uttak 24 som er indikert med en pilviser mot en skala øverst til høyre på figuren. Utsvingsvinkelen i horisontalplanet er kalt a^. I uttaket 24 genereres et elektrisk uttaks- eller avvikssignal som forsterkes i en forsterker 2 6 og gir årsak til en aktiveringsstrøm i gyroskopets dreiemomentgiver 28 vist nederst på figuren. Giverens 28 anker står i direkte forbindelse med svingeren 12 og den nedre del av dennes aksel 14.

Som følge av jordrotasjonen påvirkes den sirkulære meridiansvinger 12 av et dreiemoment som her vil bli kalt retningsmoment, og dette moment søker å bringe svingerens 12 normalakse mot nord. Retningsmomentet virker mot momentet fra dreiemomentgiveren 28. Når svingeren 12 under påvirkning av retningsmomentet beveger seg ut fra sin nullstilling genereres imidlertid et avvikssignal i uttaket 24, og dette føres for-sterket tilbake til dreiemomentgiveren 2 8 slik at det dannes en reguleringssløyfe som hindrer utsvingstendensen. Svingeren 12 låses altså til sin posisjon ad elektrisk vei, idet posi-sjonen generelt kan betraktes som en referanseposisjon for gyroskopet.

I tillegg til bevegelse om opphengsaksen 20 kan svingeren også bevege seg om tverraksen 22, og dreievinkelen

om denne akse er angitt med 6. Endelig kan det foregå en bevegelse om en y-akse som går parallelt med normalaksen 18, gjennom opphengspunktet 30 for båndet 16, og denne y-akse har fått henvisningstallet 32 på fig. 1. Dreievinkelen om aksen

32 kalles y.

Den viste båndopphengte og retningslåste meridiansvinger inngår i et svingesystem med bestemte egensvingninger. På fig. 2 er vist en blokkmodell for et slikt system. Den båndopphengte svinger, antydet med stiplet kontur til venstre på fig. 2 akselereres i x- og y-retningen med referanse i opphengspunktet 30 (fig. 1), og akselerasjonene angis på sedvanlig måte som den 2.deriverte med hensyn på tiden: x hhv. y. Akselera-sjonene x og y er indikert som påtrykk og tegnet inn med piler til venstre på fig. 2. Videre påvirkes svingeren av et moment My om y-aksen. Akselerasjonene i x-retningen stimulerer egensvingning om tverraksen 22 eller )3-spinnaksen, og dette egen-eller resonansspinn er på figuren angitt med £3 og illustreres i blokken 34. £3 (0) og <5g(0) angir egensvingningens eller egenspinnets starttilstand. Ved et vilkårlig tidspunkt gjelder tilstandene S$ og £3 for svingeren 12, idet hele det sving-ende system eller gyroskopet er indikert med blokken 3 6 til høyre på fig. 2. Ut fra spinnblokken 34 er vist en parameter x som angir en modifisert akselerasjon som følger av svingningen. Denne parameter gir sammen med vinkelen y en "likerettervirkning", indikert med blokken 38. Fra denne blokk påtrykkes gyroskopet (blokk 36) en akselerasjon - mrxy* .

Svingeren 12 kommer til å bevege seg en vinkel a om opphengsaksen 20 og en vinkel ti om tverraksen 22, idet den såkalte nullvinkel mellom gyroskopets referanseretning (som tilsvarer y-aksen 32) og nord er a0 . Forskjellen mellom vinkelen a og nullvinkelen a0 er i modellen ført til et summerings-punkt 40, på fig. 2 vist ytterst til høyre. Fra summerings-punktet 4 0 fremkommer forskjellen som en utsvingsvinkela ^ som altså angir svingerens utsving i forhold til referanseretningen. Det er denne vinkel som ligger til grunn for awikssignalet 25 fra uttaket 24 (fig. 1) og som forsterkes i forsterkeren 26 og føres til dreiemomentgiveren 28. Denne er på fig. 2 indikert med blokken 42, kalt "kapasitiv" regulator. Ut fra regulator-blokken 42 kommer et moment M_ som virker på gyroskopets svinger 12 og påtrykkes blokken 36. Til gyroskopblokken føres også startvinklene a(0) og 3(0).

På fig. 2 symboliserer en blokk 44 spinnet om y-aksen 32, særlig egenspinnet eller egensvingningen som angis med . De forstyrrende påtrykk M og y virker også på spinnblokken 44, jg dessuten er vist tilført startverdiene for de respektive spinn eller svingninger om de to akser: S^{ 0), 5^(0), y(0) og I' (0) .

Det beskrevne system har som tidligere nevnt egensvingninger om tverraksen 22 og y-aksen 32. Disse egensvingninger eller egenspinn stimuleres av de påtrykte forstyrrende parametre i form av translatoriske akselerasjoner referert til opphengspunktet 30. Det har vist seg at egensvingningene særlig blir aktivert når det forekommer forstyrrelser som fører til en relativt langsom oppbygging og dempning av dreiemomentgiverens 28 aktiveringsstrøm i forhold til den konstante verdi. Dette gjelder særlig for <5^-svingningen om tverraksen 22. Amplituden for denne egensvingning vil følgelig være et godt

mål for det forstyrrende påtrykks dynamikk.

Fig. 3 viser et blokkdiagram over oppbyggingen av

en filteranordning som ifølge oppfinnelsen kan fastslå arten av forstyrrelser og undertrykke disse.

En målestørrelse, her dreiemomentgiverens 2 8 akti-veringsstrøm, avtastes og digitaliseres før den føres som inn-gangs størrelse Mg.(k) til filteranordningen, hvorved k er et fortløpende heltall og angir avtastingstakten. Denne inngangs-størrelse føres via et forfilter 46 til et tidsvariabelt filter 48 og samtidig via identifikasjonskretser 50 for å fast-legge arten av forstyrrelse. Fra kretsene 50 påvirkes parametergenererende kretser 52 som gir adaptive styreparametre for det tidsvariable filter 48. Både filteret 48 og kretsene 52 er slik konstruert at når en forstyrrelse identifiseres i kretsene 50 og samtidig føres gjennom forfilteret 46 til filteret 48, blir påtrykket tillagt null eller redusert vekt. Når det altså oppstår en forstyrrelse som overstiger en bestemt verdi og således fører til en forverring av det til da oppnådde estimat blir det tatt mindre hensyn til de inngangsverdier som foreligger mens forstyrrelsen påtrykkes. Det sist oppnådde estimat beholdes da. Etter at forstyrrelsen har dødd ut følger en ytterligere filtrering med utgangspunkt i den beholdte estimatverdi, for videre forbedring av de påfølgende estimatverdier.

Styreparametrene fra kretsene 52 benyttes samtidig for bestemmelse av godheten av resultatet fra filtreringen.

De genererte parametere føres da fra kretsene 52 til kretser for filterdatabehandling hvor det vurderes hvorvidt de data som kommer ut fra det tidsvariable filter 48 er gode eller mindre gode. Eventuelt avbrytes filtreringen og estimatverdien M_ føres ut når en foreskrevet "godhet" av det filtrerte resul-tat er oppnådd.

Fig. 4 viser en anvendelse av dette prinsipp på filtrering av et utgangssignal, nemlig aktiveringsstrømmen i dreiemomentgiveren 28, tilkoblet en båndopphengt meridiansvinger ifølge fig. 1. Den etterfølgende beskrevne regnetidsbesparende utførelsesform baserer seg på et Kalman-filter av lavest mulig orden.

Forfilteret 46 inneholder et middelverdifilter 56 avstemt på en av de dominante egenfrekvenser for svingeren 12, og etter dette filter følger et integrasjonstrinn 58. Utgangen fra integrasjonstrinnet går til et Kalman-filter 60 som omfatter 2.ordens kretser 62 for tilstandsbedømmelse og kretser 64 for kovariansberegning, for dannelse av en kovariansligning av 3.orden. Kovarianskretsene 64 gir de tidsvariable koeffisi-enter K^(k) og K-(k) for de tilstandsbedømmende kretser 62. Disse kretser gir ut en estimatverdi Mg(k) for giverens 28 aktiveringsstrøm.

Kalman-filteret er av en type som er beskrevet i den parallelle norske søknad 894192, innlevert 20.oktober 1989 og med tittel "Filter for å skille ut et ikke fluktuerende nyttesignal fra et støybeheftet målesignal".

Inngangsverdien føres altså samtidig til kretsene

50 for identifikasjon av forstyrrelsen, og i den utførelsesform som er vist på fig. 4 har kretsene 50 et variansfilter 66 for

5g-spinnet, dvs. egensvingningen for systemet om tverraksen 22. Variansfilteret 66 danner variansen av denne svingning av måle-signalet, dvs. summen av det kvadrerte avvik fra middelverdien. Filterlengden er avstemt slik at variansen blir et mål for

amplitudekvadratet av svingningen. Variansfilteret gir altså ut en verdi som blir et mål for SDp-s<p>innet, og modellmessig vil dette spinn på sin side være et mål for de opptredende forstyrrende påtrykk. Utgangssignalet fra variansfilteret føres via

et forsinkelsestrinn 68 ut som A5(k), og dette signal påtrykkes kretsene 52 for adaptiv parametergenerering.

Fra kretsene 52 føres vektfunksjonen r(k) som en

empirisk funksjon for den bestemte meridiansvinger og i av-

hengighet av den forsinkede varians A^(k). Vektfunksjonen r(k)

får mindre verdi desto større variansen er.

Vektfunksjonen r(k) påtrykkes kretsene 64 for kovariansberegning og bestemmer de tidsvariable filterparametre i en matrise P(k). Matrisen bestemmer på sin side koeffisientene K^(k) og K-(k) for kretsene 62 for tilstandsbedømmelse.

Kretsene 62 gir en estimatverdi M_(k) for målestør-

relsen som altså er dreiemomentgiverens 28 aktiveringsstrøm. Estimatverdien for den konstante målestørrelse representerer

en stadig bedre tilnærmelse jo lenger tiden går, dersom ingen forstyrrende påtrykk oppstår. Veiningen med vektfunksjonen r(k)

gjør at inngangsverdier som forekommer under en slik forstyrrelse ikke blir tatt hensyn til eller blir tillagt mindre vekt, ved estimeringen i Kalman-filteret 60.

Vektfunksjonen r(k) og filterparametermatrisen P(k)

gir et mål for hvor godt estimatet er. Verdiene føres så ut til kretser 73 for godhetsbedømmelse eller -beregning. Kretsene, vist som en blokk 73 på fig. 4, angir om filtreringen har vært tilstrekkelig god og styrer via bryterkretser 70 utgangen fra Kalman-filteret 60 og overføringen av estimatverdien M til filteranordningens utgang 72.

I den variant som er vist på fig. 5 er grunnoppbyggingen av filteranordningen tilsvarende den vist på fig. 4, og tilsvarende elementer har derfor samme henvisningstall. I varianten ifølge fig. 5 føres imidlertid ikke variansen av 8^-spinnet fra filteret 66 bare direkte via forsinkelsestrinnet 68 til kretsene 52, men samtidig føres signalet fra filteret 66 via et differensialfilter 74 til kretsene 52, idet signalet fra utgangen av filteret 74 angis som -A^ (k). Ved dette tas ikke bare hensyn til amplituden av S^.-svinget, men også til endr in-gene av amplituden.

Også i den utførelsesform som er vist på fig. 6 er grunnoppbyggingen den samme som den vist på fig. 4, og tilsvarende elementer har derfor også her samme henvisningstall. Imidlertid avviker denne variant ved at forstyrrelsene om samt-lige spinnakser er vist ført gjennom hver sin respektive kanal innenfor identifikasjonskretsene 50, og ikke bare grunnegen-svingningene, men også disses overharmoniske kommer i betrakt-ning. Et variansfilter 76 for y-spinnet og et variansfilter

■ 78 for <5^-spinnet gir altså etter forsinkelse i respektive trinn 80 og' 82 variansene A (k) hhv. A _v(k) til kretsene 52.

Claims (8)

1. Meridiansvingeranordning for å bestemme gyroskopiske retningsmomenter som påvirkes av forstyrrelser, omfattende: a) en meridiansvinger (12) som er festet opphengt og har horisontal spinnakse, b) et uttak (24) som reagerer på utsvingsbevegelse av svingeren om en vertikal akse, c) en dreiemomentgiver (28) for å frembringe et dreiemoment som motvirker det gyroskopiske retningsmoment, d) en regulator (42) som påvirkes av signaler fra uttaket (24) og frembringer en magnetiseringsstrøm for aktivering av dreiemomentgiveren (28) for kompensasjon av det gyroskopiske retningsmoment, e) kretser for å frembringe utgående signaler som tilsvarer magnetiseringsstrømmen, f) et filter (46, 48) for veining av de utgående signaler i den hensikt å frembringe en estimatverdi for det gyroskopiske retningsmoment, g) kretser (50) for å kvantisere de påvirkende forstyrrelser, og h) kretser (52) for endring av veiningen av de utgående signaler i avhengighet av størrelsen av forstyrrelsene, KARAKTERISERT VED at i) meridiansvingeren er båndopphengt, og at j) det er anordnet kretser (66, 68, 76, 78) for å bestemme svingerens (12) egensvingning i forhold til en tverrakse (22) som står normalt på svingerens opphengsakse (20) og dens spinnakse (18), som et mål for forstyrrelsene.

2. Anordning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at filteret er et Kalman-filter (60).

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, KARAKTERISERT VED et filter (66) for å danne variansen av egensvingningen.

4. Anordning ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at variansen av egensvingningen føres forsinket til parametergenererende kretser (52) for adaptiv dannelse av en vektfunksjon (r(k)) for filteret (60).

5. Anordning ifølge krav 4, KARAKTERISERT VED at vektfunksjonen (r(k)) avhenger av en empirisk utledet funksjon særegen for det aktuelle system, idet funksjonen avhenger av den forsinkede varians (A6(k) av egensvingningen.

6. Anordning ifølge krav 5, KARAKTERISERT VED at (a) filteret er et Kalman-filter (60) med kretser (62) for tilstandsbedømmelse og kretser (64) for kovariansberegning ved dannelse av en kovariansligning, og (b) kovarianskretsene (64) styres av vektfunksjonen (r(k)).

7. Anordning ifølge krav 6, KARAKTERISERT VED at detforan Kalman-filteret (60) er koblet et forfilter (46) som omfatter et middelverdifilter (56) og et integrasjonstrinn (58).

8. Anordning ifølge krav 6 eller 7, KARAKTERISERT VED at kovariansverdiene fra kretsene (64) for representasjon av kovariansligningen og vektfunksjonen (r(k)) føres til kretser (73) for godhetsberegning av filtreringen, idet det ved oppnådd tilstrekkelig filtreringsgodhet bevirkes et avbrudd av filtreringen ved hjelp av brytekretser (70), og på en utgang (72) etableres signaler for styring av dreiemomentgiverens (28) aktiveringsstrøm.