SE455910B - Hastighetsreglersystem for gyroskop - Google Patents

Description

455 910 10 15 20 25 30 35 2 Fig. l är ett blockschema för föreliggande motorhastighetsreglersystem; Fig. 2 är ett detaljerat logikschema för den krets som visas i blockform i Fig. l; och Fig. 3 är ett tidsdiagram som visar signaler vid olika punkter i regler- systemkretsen.

I figurerna illustrerar Fig. l ett blockschema för föreliggande motor- hastighetsreglersystem. En motor 10, som kan vara en gyroskopmotor, har en ledning 12 ansluten till sin ingång för aktivering av motorn. En utgångsmotoraxel 13 illustreras med ett svänghjul 14 anslutet till densamma. Axeln eller svänghjulet kan ha ett magnetiskt element eller en magnetisk integrerat utformad konstruktion (ej visad) införlivad däri, så att en magnetisk detektor l6 kan detektera varje varv av axeln 13. Givetvis kan även optiska avkännings- eller liknande axelgivaranordningar användas såsom är välkänt för fackmannen på omrâdet. Varje varv av motoraxeln kommer att förorsaka alstring av en puls längs detektorledningen l8 och ger en första insignal till kretssystemet i hastighetsreglerkretsen enligt uppfinningen, som anges med 20. Hastighets- reglerkretsen 20 utvecklar en fyrkantsvågformad utsignal, som används för att reglera motorns 10 hastighet. Kretsutsignalen vid ledningen 12 är en fyrkantvåg med en nominell frekvens plus eller minus ett belopp proportionellt mot skillnaden i tid mellan den stigande kanten av en klockreferensfyrkantvåg och uppträdandet av en puls från detektorn 16. Pulsen från detektorn är en återkopplingssignal, som uppträder en gång per varv av motoraxeln 13. När denna puls från detektorn inträffar med samma hastighet som klockreferensen, har motorhastigheten synkroniserats korrekt. En skillnad mellan hastigheterna för klockreferensinsignalen och detektorpulserna ger en utsignalfrekvensförändring, som till slut ger hastighetskorrigering för bibehållande av konstant motorhastig- het. För det fall att motorn lO ingår i ett tvåaxligt gyroskop, optimerar krets- systemet 20 enligt uppfinningen .driftuppträdandet genom att synkronisera svänghjulsläget i en upprepbar orientering med avseende på klockpulsreferensen.

Det bör påpekas, att i den följande beskrivningen av uppfinningen vissa kretspunkter är angivna med en alfabetisk bokstav, som hänför sig till tidsdiagrammet i Fig. 3.

Vid ytterligare betraktande av kretsen 20, matas den pulsinsignal som uppträder längs ledningen 18 till en första anslutning 24 (punkt B) hos en startlstopp-omkopplingskrets 22. En klocksignal ges längs en ledning 26 till en andra ingång (punkt A) hos kretsen 22. Vid en typisk tillämpning av föreliggande uppfinning för ett tvåaxligt gyroskop kan klocksignalen vara 150 Hz. Framkanten av en klocksignal slår till omkopplingskretsen 22, som därigenom alstrar en "start“-signal längs en ledning 28, (punkt C), som är kopplad till den första l0 15 20 25 30 35 '455 910m 3 ingången hos en l2-bitars upp/ner-räknare 30. En pulsinsignal som föreligger vid 24 alstrar en "stopp"-signal vid utgångsledningen 32 (punkt C), som hindrar räknaren 30 från att räkna. En andra klockpulsgenerator är anordnad längs en ledning 42, varvid den andra klockan har en skild frekvens från den första. Vid tillämpning av föreliggande uppfinning på en tvâaxlig gyroskopmotor kan den andra klockan ha en frekvens på 9,8 MHz, medan den första klockan har 150 Hz.

Klocksignalen förs till en frekvensdelare 31, som är anordnad att generera ett pulståg med en frekvens, som är ungefär tre storleksordningar högre än den första klocksignalen. Vid användning för ett tvåaxligt gyroskop kan en sådan frekvens typiskt vara 150 kHz erhållen från en "dela-med-64"-operation. Om-i kopplingskretsen 22 bibehålls påkopplad under en tidsperiod mellan framkanten av klocksignalen längs ledningen 26 (punkt A) och framkanten av pulsinsignalen (punkt B) vid anslutningen 24, vilket motsvarar "inlåsnings"-vinkeln. Räknaren 30 översätter den tid omkopplingskretsen förblir påslagen, och således mäts "inlåsnings"-vinkeln genom hur många cykler av utsignalen från delaren 31 som går genom räknaren 30. Ett kvarhållningsregister 36 är anslutet via en ledning 34 till räknaren 30, så att räknevärdet kan buffras för senare behandling. Uttryckt på annat sätt översätts en "felsignal" som erhålls till följd av start/stopp- omkopplingen av kretsen 22 till ett räknevärde, som lagras i registret 36. Detta räknevärde, som motsvarar ett nominellt räknevärde inmatat via en ledning 70 plus eller minus en felsignal definierar en förinställning hos en uppräknare 40, som är ansluten till kvarhållningsregistret 36 via en ledning 38. Förinställningen bestämmer hur många cykler av en pulssignal vid en anslutning 47 som går genom räknaren 40 för att alstra en serie spillpulser längs en utgångsledning 48 (punkt D) hos räknaren 40. Signalen vid anslutningen 47 härrör från den andra klocksignalen vid en ledning 42 genom en frekvensdelare 44. En utgångsledning 46 ansluter utgången hos delaren 44 till anslutningen 47 hos räknaren 40. Typiskt kan, vid den som exempel diskuterade gyroskopmotortillämpningen, delaren 44 vara en dela-med-Z-krets av konventionell utformning. Räknaren 40 ges tillskott från det inmatade talet, tills den överskrider talområdet och alstrar spillpulser längs en ledning 48, som ansluter utgången hos räknaren 40 till ingången hos en räknarkontroll/pulsgenerator 50. Räknarkontroll/pulsgeneratorn 50 alstrar ett utsignalpulståg längs utgångsledningen 12 (punkt F), vilket har en frekvens lika med hälften av spillpulsalstringen längs ledningen 48. Räknarkontroll/pulsge- neratorn 50 synkroniserar även funktionen hos kretsen 22, räknaren 30, registret 36 och räknaren 40, såsom nu kommer att förklaras.

En "ladda"-signal alstras vid en utgångsledning 52 (punkt E) hos räknarkontroll/pulsgeneratorn 50 för varje spillpuls som uppträder längs led- ningen 48. Syftet med "ladda"-signalen är att medge överföring av ett kvarhållet l0 15 20 25 30 35 455 910 li räknevärde i registret 36 till uppräknaren 40 för att starta tidsstyrning av nästa cykelhalva av utsignalfrekvensen.

En ytterligare utsignal från räknarkontroll/pulsgeneratorn 50 föreligger längs ledningen 62 (punkt G) och tjänar som “klar"-signal för överföringskontroll- kretsen 60. Vid drift av kretsen finns en enda "klar"-puls för varannan spillpuls under varje period hos en utgångssignal. Detta tjänar till att hindra generering av en likströmskomponent i motorns 10 lindning. Vid mottagning av "klaW-signaler vid båda ingångarna hos överföringskontrollkretsen 60 genererar den en "aktivera"-signal längs ledningen 65 (punkt H), som tillåter överföring av ett räknevärde från räknaren 30 till kvarhållningsregistret 36. En utgångsledning 614, parallellkopplad med ledningen 65, genererar en "nollstälW-signal till en överföringskontrollkrets 56, varvid "nollställ"-signalen också är nödvändig för att nollställa kretsen 22 (via en ledning 66 och en ingång 68) och för att fullborda överföringen av ett räknevärde från räknaren 30 till kvarhållningsregistret 36. En ledning 70 är parallellkopplad med ledningen 64, så att närvaron av en "ladda"- signal på ledningen 70 förorsakar inmatning av ett internt förinställt räknevärde i räknaren 30 för varje cykel hos den första klockreferenssignalen. Överföringskon- tro-llkretsen 56 har en första ingång 67, som är kopplad till den första klockan för synkronisering av överföringskontrollkretsens 56 funktion. Vid synkronisering med den första klockan genererar överföringskontrollkretsen 56 "klar"-signalen vid ledningen 58 (punkt I), som mottas av den tidigare nämnda överföringskontroll- kretsen 60. Vid mottagande av båda "klar"-signalerna vid 58 och 62 (punkterna G och l) matas "aktivera"-signalen 65 till kvarhållningsregistret 36. _ Vid normal drift av det i Fig. 1 visade kretssystemet synkroniseras motoraxelns 13 rotationshastighet med frekvensen för den referens som ges av den första klockan. _ Av den ovannämnda diskussionen av Fig. l framgår således, att detektorn 16 alstrar en puls en gång per varv hos motorn 10. Den tidpunkt vid vilken denna puls inträffar jämförs med tidpunkten för uppträdandet av framkanten hos den första klockreferensen med fast frekvens. Tidsskillnaden ökas i räknaren 30 med den mycket högre frekvens som avlämnas av delaren 31.

Med varje cykel av den fasta frekvensen laddas räknaren 30 med ett förinställt räknevärde som svar på en "ladda"-signa1 längs 70, varvid den förvalda inmatningen motsvarar nominell motorhastighet. Räknaren 30 ökas sedan uppåt eller nedåt med ett belopp, som är proportionellt mot den detekterade tidsskillnad som genereras av kretsen 22. Det resulterande binära tal som föreligger i räknaren 30 överförs för lagring till kvarhållningsregistret 36 en gång per cykel av den första klocksignalen. Det lagrade talet överförs från registret 36 till räknaren 140 som förinställd insignal. Räknaren 40 räknar således från _10 l5 20 25 30 35 455 910 5 detta förinställda värde till fullständig räkning för att bilda frekvensen för utsignalen från räknarkontroll/pulsgeneratorn 50, som är proportionell mot tidsskillnaden mellan ingângspulsen vid anslutningen 24 och framkanten av den första klockreferensen. Utsignalen längs ledningen 12 driver denna lägesskillnad mot ett nolltillstând.

Fig. 2 i ritningarna illustrerar logiken för kretsen 20. Det bör noteras, att de med ett pilhuvud försedda ledningarna till de olika kretsarna anger anslutning av oanvända ledningar till en gemensam förspänning som kan vara en 5 volt matningsanslutning via ett spänningssänkande motstånd. Pulsinsignalen vid anslutningen 24 ställer en vippa 74 via en NAND-grind 72. Den stigande kanten hos den första klockreferensfyrkantvâgen ställer vippan 76 via en ledning 78. Med båda vipporna 70 och 76 ställda passerar de resulterande signalerna genom tre NAND-grindar allmänt angivna med 84. Framkanten hos den första klocksignal som inträffar får NAND-grindanslutningen 82 att bli "hög", och pulsinsignalen vid anslutningen 214 återför denna anslutning till det "låga" tillståndet. Den följd i vilken signalerna till NAND-grindarna 81; sker bestämmer om utsignalfrekvensen hos kretsen 20 kommer att ökas eller minskas.

Upp/ner-räknaren 30 utgörs av ett antal räknarmoduler, 31, 32 och 33, normalt tillverkade av integrerade kretsar. En sådan integrerad krets finns tillgänglig från många halvledartillverkare innefattande Motorola, National Semiconductor och Texas instrument, USA, och betecknas med handelsstandard- delnumret LS669. Räknaren 30 alstrar ett nominellt digitalt tal plus eller minus ett belopp proportionellt mot den felsignal som presenteras vid anslutningen 82.

Det nominella talet matas in i räknaren 30 vid en tidpunkt som följer efter den fallande kanten hos den första klockreferensfyrkantvàgen. Felsignalen uppträder nära den stigande kanten hos den första klockreferenssignalen och aktiverar räknaren 30 till att räkna "upp" eller "ner" från det värde som förinmatats.

Räknaren kommer att vara "upp", när den första klockreferenssignalen är "hög", eller närhelst den första klockreferensen ställer vippan 76 innan en puls uppträder vid pulsingângsanslutningen 24. När felsignalen går "låg", upphör räkningen och räknevärdet hålls kvar, tills nästa inmatning sker. Felsignalen från anslutningen 82 tillförs till räknaren 30 via en NAND-grind 86, som är synkroniserad till den första klockreferenssignalen för att förhindra inlâsning vid fel kant hos den första klocksignalen.

Utsignalen från räknaren 30 överförs till hållelement 88 och 90. Dessa hàllelement kan tillverkas i integrerad kretsform och finns tillgängliga från den tidigare nämnda källan och betecknas med delnumret LSl74. Överföringen av räknevärdet till hâllelementen sker vid samma tidpunkt som räknaren 30 laddas för att börja en ny felmätningscykel. l0 15 20 25 30 35 455 910. få' Uppräknaren #0 kan bestå av en räknarkedja bestående av tre räknar- komponenter 92, 94 och 96 anordnade i en integrerad krets och kommersiellt tillgängliga genom t.ex. de källor som tidigare angivits och med delnumret LSl63A. Räknaren 40 laddas med det räknevärde som kvarhålls i registret 36 med en hastighet av två gånger frekvensen hos den utsignal som uppträder längs ledningen 12. Klockpulsen till räknaren #0 är den signal som presenteras vid anslutningen #7 (Fig. l). Klockpulstillförseln till räknaren #0 är kontinuerlig och spärras aldrig. Ju större tal som matas in i räknaren 40, desto högre blir utsignalfrekvensen. Räknaren 40 ökar från förinställningsvärdet, såsom tidigare förklarats, tills räknaren spiller, vid vilken tidpunkt en laddningssignal genereras vid utgången av vippan 93 och sänds längs ledningen 52 för att återladda räknaren #0 från kvarhållningsregistret 36.

Utsignalen l00 från en vippa 95 driver inbördes förbundna vippor 102 och 104, som bildar överföringskontrollkretsen 60. Utsignalen 106 från en vippa 101; används för att synkronisera nollställningen av vipporna 71+ och 76 liksom laddningen av upp/ner-räknaren 30 och överföringen av ett räknevärde till kvarhållningsregistret 36. Dessa funktioner sker första gången som utsignalen 100 från vippan 95 går "hög" efter övergången "hög" till "låg" hos den första klockreferenssignalen. De nollställnings-, laddnings- och överföringsfunktioner som nämnts sker ungefär l80° på den första klockreferensvågformen från det ställe där felsignalen genereras och kräver att utsignalfrekvensen endast ändras med avseende på hela cykler för att hindra alstring av en likströmskomponent i lindningen hos motorn 10.

- För att fullständiga beskrivningen av Fig. 2 bör det nämnas, att överföringskontrollkretsen 56 utgörs av en NAND-grind 57 och en vippa 58, varvid NAND-grinden är anordnad på en tillgänglig integrerad krets som har standardbeteckningen LSOO, och kan fås från de tidigare angivna källorna.

När en spärrsignal föreligger längs ledningen l08, kommer systemet att befinna sig i en begynnelsefas, som används för att inkoppla effekt för att driva motorn lO till ett värde över synkroniseringshastigheten. När spärrsignalen längs ledningen 108 hålls "hög", hämmas effekten av en pulsinsignal vid anslutningen 21:, och utsignalfrekvensen tvingas till ett värde som är något högre än den nominella frekvensen genom inmatning av ett större tal än det nominella i upp/ner-räknaren 30. När signalen vid ledningen 108 är "låg", sluts slingan mellan utgång och ingång, och motorhastigheten synkronisera: med den första klockrefe- renssignalen.

Givetvis är uppfinningen inte begränsad till de precisa 'konstruktions- detaljer som visas och beskrivs häri, eftersom uppenbara modifieringar inses av fackmannen på området.

Claims (5)

10 15 20 25 30 35 455 910 7 PATENTKRAV

1. Hastighetsreglersystem för gyroskop innefattande en motor (10) för ett tvåaxligt gyroskop med ett gyrohjul (14) och med en axel för drivning av gyrohjulet (14), varvid motorn är anordnad att ha en hastighet som är propor- tionell mot frekvensen hos en ingångssignal, detekteringsorgan (16) för att alstra detekteringssignaler som svar på cyklisk rotation av motoraxeln (13), första räknarorgan (30) för att räkna under en feltídsperiod mellan början av en referensklocksignal och en detekteringssignal, varigenom räknevärdet motsvarar feltidsperioden, andra räknarorgan (140), som matas med räknevärdet från de första räknarorganen och inkrementeras därifrån för att generera spillpulser med en frekvens proportioneil mot feltidsperioden, och genereringsorgan (50) kopplade till utgången hos de andra räknarorganen ((10) för att generera insignalen för drivning av motorn (10), varigenom feltidsperioden reduceras till 0 för upprätthållande av konstant motorhastighet och fas med avseende på referensklocksignalen, k ä n n e t e c k rn a t av ett kvarhâllningsregister (36) inkopplat mellan de första (30) och andra (40) räknarorganen för lagring av räknevärdet hos de första räknarorganen (30) under en referensklockcykel och överföring av räknevärdet till de andra räknarorganen (40) vid slutet av en klockcykel, en omkopplingskrets (22) inkopplad mellan detekteringsorganen (16) och de första räknarorganen (30) för att initiera en räkning däri vid framkanten av referensklocksignalen och sluta räkningen vid uppträdandet av detekteringssigna- len, och överföringsorgan (56; 60) kopplade till utgången hos de andra räknar- organen (#0) för att styra inmatningen av räknevärdet i de andra räknarorganen (40).

2. System enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t av organ för inmatning av ett förinställt räknevärde ide första räknarorganen (30) för att åstadkomma en förutbestämd nominell frekvens hos spillpulserna.

3. System enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a t av att det är anordnat ett flertal frekvensdelare (31, 44) med en andra klocksignal vid dess ingångar, varvid frekvensdelarens utgång driver de första (30) resp. andra (#0) räknarorganen. 455 910 10 15 20 _ . g " lf.

System enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a t av att de första räknarorganen (30) är en upp/nedräknare.

5. System enligt något av patentkraven l till 3, k ä n n e t e c k n a t av att omkopplingskretsen (22) har sina ingångar (20, 26) kopplade till en referensklocksignal respektive detekteringsorganen (16), varvid omkopplingskretsen (22) slår till under en feltidsperíod som svar på uppträdandet av framkanten av referensklocksignalen och-slår från som svar pâ uppträdandet av detekteringssignalen, att de första räknarorganen (30) aktiveras under feltidsperioden för att inkrementera till ett räknevärde motsvarande feltidsperioden, att de andra räknarorganen (140) genererar pulser vid sina utgångar (48), sedan det räknevärde de innehåller fått dem att spilla, att genereringsorganen (50) genererar en pulssignal med frekvensen för spillpulserna erhållna från de andra räknarorganen (40), att utgången hos genereringsorganen (50) är kopplad till motorn (10) för att reducera feltidsperioden till 0 och därigenom få motorn att bibehålla konstant hastighet och fas med avseende på referensklocksignalen, och att överföringsorganen (60) har en ingång (62) kopplad till genererings- organen (50) och deras respektive utgångar (66, 70) är kopplade till omkopplings- kretsen (22) och de första räknarorganen (30) och de andra räknarorganen (140) för styrning av överföringen av signaler däremellan. »fx