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JP2551788B2 - Gyro compass - Google Patents
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JP2551788B2 - Gyro compass - Google Patents

Gyro compass

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JP2551788B2
JP2551788B2 JP62272077A JP27207787A JP2551788B2 JP 2551788 B2 JP2551788 B2 JP 2551788B2 JP 62272077 A JP62272077 A JP 62272077A JP 27207787 A JP27207787 A JP 27207787A JP 2551788 B2 JP2551788 B2 JP 2551788B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、船舶等に利用されるジャイロコンパス、特
にその短期静定装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a gyro compass used for ships and the like, and particularly to a short-term static stabilizing device thereof.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第3図を参照して、本発明による短期静定装置が適用
され得るジャイロコンパスの一例として、日本特許第42
8317合のジャイロコンパスを説明する。
With reference to FIG. 3, as an example of a gyro compass to which the short-term static control device according to the present invention can be applied, Japanese Patent No. 42 is used.
Explain the 8317 gyro compass.

同図において、符号(A)は、ジャイロコンパス全体
を表し、(1)はジャイロケースで、このジャイロケー
ス(1)は誘導電動機により高速、かつ一定回転数にて
回転されるジャイロロータを内蔵し、その回転ベクトル
は南向き(北側より見て時計まわり)である。ジャイロ
ケース(1)は、上下に一対の垂直軸(2),(2′)
を突出して有し、これ等垂直軸(2),(2′)は、ジ
ャイロケース(1)の外側に配された垂直環(3)の対
応する位置に取付けられたボールベアリング(4),
(4′)の内輪に夫々嵌合する。上部垂直軸(2)に
は、懸吊線(5)の下端が固定され、その上端は懸吊線
取付台(5′)を介して垂直環(3)に取付けられる。
In the figure, reference numeral (A) represents an entire gyro compass, (1) is a gyro case, and this gyro case (1) has a built-in gyro rotor that is rotated at a high speed and a constant rotation speed by an induction motor. , The rotation vector is southward (clockwise when viewed from the north side). The gyro case (1) has a pair of vertical shafts (2) and (2 ') arranged vertically.
Projecting, and these vertical shafts (2), (2 ') are mounted on the ball bearings (4), which are mounted at corresponding positions of the vertical ring (3) arranged on the outside of the gyro case (1),
Fit into the inner rings of (4 ') respectively. The lower end of the suspension line (5) is fixed to the upper vertical shaft (2), and the upper end thereof is attached to the vertical ring (3) via the suspension line mount (5 ').

以上の構造により、ジャイロケース(1)の重量は垂
直軸(2),(2′)のボールベアリング(4),
(4′)のスラスト荷重とはならず、全て懸吊線(5)
が受け持つことになり、上記ボールベアリング(4),
(4′)の摩擦トルクを大幅に減少させることができ
る。垂直環(3)の東西に、ジャイロに指北トルクを与
えるための一対の液体安定器(6)が取付けられる。
Due to the above structure, the weight of the gyro case (1) is equal to that of the vertical shafts (2) and (2 ′) ball bearings (4)
The thrust load of (4 ') does not occur, and all suspension lines (5)
The ball bearing (4),
The friction torque of (4 ') can be greatly reduced. A pair of liquid stabilizers (6) for applying a finger north torque to the gyro are attached to the east and west of the vertical ring (3).

各液体安定器(6)は、第4図に示す如く、一種の連
通管であって、ジャイロの南北に配される壷(6−
1′),(6−1)、これ等のなかばを満たす高比重の
液体(6−2)、南北の壷(6−1),(6−1′)を
上方で連通する空気管(6−3)、およびそれ等を下方
で連通する液体管(6−4)よりなる。
As shown in FIG. 4, each liquid stabilizer (6) is a kind of communicating pipe, and is a pot (6-
1 '), (6-1), a liquid having a high specific gravity (6-2) that fills the inside of these, and an air pipe (6) that connects the north and south urns (6-1), (6-1') above. -3), and a liquid pipe (6-4) communicating with them below.

第5図に示す如く、ジャイロケース(1)の西側に
は、指北運動を制振させるためのダンピングウェイト
(7)が取付けられる。ジャイロケース(1)の東側に
は、ジャイロケース(1)と垂直環(3)の垂直軸
(2),(2′)まわりの偏角を検出する差動変圧器の
一次コイル(8−1)が、又、これと相対する垂直環
(3)の位置には作動変圧器の二次コイル(8−2)が
それぞれ取付けられ、追従ピックアップ(8)を構成す
る。垂直環(3)は、さらに、垂直軸(2),(2′)
およびジャイロスピン軸の双方に直行する東西の一より
外方に一対の水平軸(9),(9′)を突出して有し、
これ等水平軸(9),(9′)は、垂直環(3)の外側
に配された水平環(10)の対応する位置に取付けられた
ボールベアリング(11),(11′)の内軸に夫々嵌合す
る。水平環(10)は、さらに水平面内で、かつ上記水平
軸(9),(9′)と直交する位置に一対のジンバル軸
(12),(12′)を有する。これ等ジンバル軸(12),
(12′)は、水平環(10)の外側に位置する追従環(1
3)にとりつけられた一対のジンバル軸ボールベアリン
グ(14),(14′)に夫々嵌合する。
As shown in FIG. 5, a damping weight (7) for damping the finger north movement is attached to the west side of the gyro case (1). On the east side of the gyro case (1), the primary coil (8-1) of the differential transformer for detecting the deflection angle around the vertical axes (2) and (2 ') of the gyro case (1) and the vertical ring (3). ), And the secondary coil (8-2) of the working transformer is attached to the position of the vertical ring (3) opposite to this, and constitutes a follow-up pickup (8). The vertical ring (3) further has vertical axes (2) and (2 ').
And a pair of horizontal axes (9) and (9 ') projecting outward from one of the east and west, which is orthogonal to both the gyro spin axis,
These horizontal axes (9), (9 ') are inside the ball bearings (11), (11') mounted at corresponding positions of the horizontal ring (10) arranged outside the vertical ring (3). Fit on each shaft. The horizontal ring (10) further has a pair of gimbal axes (12) and (12 ') in a horizontal plane and at a position orthogonal to the horizontal axes (9) and (9'). These gimbal axes (12),
(12 ') is a follower ring (1
The gimbal shaft ball bearings (14) and (14 ') attached to 3) are fitted respectively.

追従環(13)は、第3図に示すように、上下に追従軸
(15),(15′)を有し、これ等追従軸(15),(1
5′)は盤器(16)の対応位置にある追従軸ボールベア
リング(17),(17′)に夫々嵌合する。
As shown in FIG. 3, the follower ring (13) has follower shafts (15) and (15 ') on the upper and lower sides, and these follower shafts (15) and (1
5 ') is fitted to the follower shaft ball bearings (17), (17') at corresponding positions of the board (16), respectively.

上方の追従軸(15)の軸端には、コンパスカード(1
8)が取付けられ、これと盤器(16)の対応する船首側
の位置に固設した基線(18B)とによって船首の方位角
が読みとられる。盤器(16)の下部には、方位サーボモ
ータ(19)が取りつけられ、その回転軸(19A)は、方
位ピニオン(20)を介して追従環(13)の下部にある方
位歯車(21)と結合する。盤器(16)の下部には、方位
発信器(22)が取付けられ、その回転軸(22A)は歯車
系を介して方位歯車(21)に噛み合わされ、方位信号を
電気信号に変換して外部に発信する。
At the end of the upper follower shaft (15), attach the compass card (1
8) is attached, and the azimuth angle of the bow is read by this and the base line (18B) fixed to the position of the corresponding bow side of the board (16). An azimuth servomotor (19) is attached to the lower part of the board device (16), and its rotation shaft (19A) is located below the follower ring (13) via the azimuth pinion (20). Combine with. An azimuth transmitter (22) is attached to the lower part of the board device (16), and its rotating shaft (22A) is meshed with the azimuth gear (21) through a gear system to convert the azimuth signal into an electric signal. Call outside.

水平環(10)以内、すなわち水平環(10)、垂直環
(3)、ジャイロケース(1)等を含めた部分は、通常
鋭感部と呼ばれている。鋭感部はジンバル軸(12),
(12′)のまわりに下の重い物理振子を構成し、これに
よって水平軸(9),(9′)は船体傾斜に関係なく、
常に水平面内に保持される。
The part within the horizontal ring (10), that is, the part including the horizontal ring (10), the vertical ring (3), the gyro case (1), etc., is usually called a sharp area. The sharp part is the gimbal axis (12),
A lower heavy physical pendulum is constructed around (12 '), so that the horizontal axes (9) and (9') are independent of the hull inclination.
Always kept in a horizontal plane.

ジャイロケース(1)の方位と垂直環(3)の方位と
に差があると、この差を両者の間に設けた追従ピックア
ップ(8)が検出し、電気信号に変換する。この電気信
号は、外部のサーボ増幅器(23)によって増幅され、方
位サーボモータ(19)に加えられる(方位サーボ系)。
方位サーボモータ(19)の回転は、回転軸(19A)、歯
車列、方位歯車(21)を通して追従環(13)に伝達さ
れ、さらに水平環(10)、水平軸(9),(9′)等を
介して垂直環(3)に伝えられ、垂直環(3)とジャイ
ロケース(1)との方位偏差が常にゼロに保たれるよう
になっている。
If there is a difference between the azimuth of the gyro case (1) and the azimuth of the vertical ring (3), the tracking pickup (8) provided between the two detects this difference and converts it into an electric signal. This electric signal is amplified by the external servo amplifier (23) and applied to the azimuth servo motor (19) (azimuth servo system).
The rotation of the azimuth servomotor (19) is transmitted to the follower ring (13) through the rotary shaft (19A), the gear train, and the azimuth gear (21), and further the horizontal ring (10), the horizontal shafts (9), (9 '). ) And the like, and is transmitted to the vertical ring (3) so that the azimuth deviation between the vertical ring (3) and the gyro case (1) is always kept at zero.

方位サーボ系の作用により、水平軸(9),(9′)
とジャイロスピン軸とは常に直交関係を保ち、かつ懸吊
線(5)の捩りトルクは一切ジャイロに加わることはな
い。すなわち、サーボ系を持った垂直軸(2),
(2′)、水平軸(9),(9′)およびジンバル軸
(12),(12′)の三つの軸の働きによって、ジャイロ
ケース(1)は船体の角運動により完全に絶縁されたこ
とになり、ジャイロスコープを構成する。
Horizontal axis (9), (9 ') by the action of azimuth servo system
And the gyro spin axis are always orthogonal to each other, and the torsion torque of the suspension wire (5) is not applied to the gyro at all. That is, the vertical axis (2) with the servo system,
The gyro case (1) is completely insulated by the angular motion of the hull by the action of the three axes (2 '), horizontal axes (9) and (9') and gimbal axes (12) and (12 '). That's right, and it constitutes a gyroscope.

上述したジャイロスコープに指北力、すなわちコンパ
スとしての機能を与えるのが上記した液体安定器(6)
である。
It is the above-mentioned liquid ballast (6) that gives the pointing force, that is, the function as a compass to the above-mentioned gyroscope.
Is.

次に、第4図を参照して、この液体安定器(6)の原
理を説明する。尚、第4図は、ジャイロの指北端が水平
面に対して角度θだけ上昇している場合の図である。船
が停止している場合を考えることにすれば、液体(6−
2)の液面は重力gの方向と直交する。よって、傾斜ゼ
ロの場合に比較して、図に於て斜線で示した部分の液体
が、北側の壷(6−1′)では減少し、南側の壷(6−
1)では増加する。今、水平軸(9),(9′)から両
壷(6−1),(6−1′)の中心までの距離をr1、両
壷(6−1),(6−1′)の断面積をS、液体(6−
2)の比重をρとすれば、傾斜部の液体の重量は、 S×r1 sinθ×ρ×g となる。
Next, the principle of the liquid stabilizer (6) will be described with reference to FIG. Note that FIG. 4 is a diagram in the case where the finger north end of the gyro is raised by an angle θ with respect to the horizontal plane. Considering the case where the ship is at rest, the liquid (6-
The liquid surface of 2) is orthogonal to the direction of gravity g. Therefore, compared with the case of zero inclination, the liquid in the shaded area in the figure decreases in the northern jar (6-1 ') and decreases in the southern jar (6-
It will increase in 1). Now, the distance from the horizontal axis (9), (9 ') to the center of both urns (6-1), (6-1') is r 1 , both urns (6-1), (6-1 ') The cross-sectional area of S, liquid (6-
If the specific gravity of 2) is ρ, the weight of the liquid in the inclined portion is S × r 1 sin θ × ρ × g.

上記重量アンバランスは、南北両方の壷(6−
1′),(6−1)で生じており、かつ水平軸(9),
(9′)からのモーメントアームはr1なので、結局、角
度θだけ傾斜している時の液体安定器(6)の作る水平
軸(9),(9′)まわりのトルクTHは、近似的に TH=2Sr1 2gρθ となる。
The above weight imbalance is due to both the north and south urns (6-
1 '), (6-1), and the horizontal axis (9),
Since the moment arm from (9 ′) is r 1 , the torque T H around the horizontal axes (9) and (9 ′) made by the liquid ballast (6) when tilted by the angle θ is approximately Therefore, T H = 2Sr 1 2 g ρθ.

ここで、 2Sr1 2gρ=K とおいて、Kを安定器定数と称している。すなわち、液
体安定器(6)は、ジャイロスピン軸の水平面に対する
傾斜に比例したトルクを、ジャイロの水平軸(9),
(9′)のまわりに加える作用を行うもので、これによ
って、ジャイロは指北力を有し、ジャイロコンパスとな
る。
Here, K is called a ballast constant, where 2Sr 1 2 gρ = K. That is, the liquid stabilizer (6) applies a torque proportional to the inclination of the gyro spin axis with respect to the horizontal plane to the gyro horizontal axis (9),
It exerts an action around (9 '), whereby the gyro has a finger north force and becomes a gyro compass.

一方、ダンピングウェイト(7)は、第5図に示す如
く、垂直軸(2),(2′)を含み、かつジャイロスピ
ン軸と直交する面内において垂直軸(2),(2′)よ
りr2(紙面に垂直方向)の距離を以ってジャイロケース
(1)に取りつけられる。この第5図は、指北側が水平
面に対して角度θだけ上昇して傾斜した状態のジャイロ
ケース(1)を西側より見た図である。質量mのダンピ
ングウェイト(7)に重力加速度gが作用して、鉛直方
向にm×gの力がこれに働く。この力を垂直軸(2),
(2′)に平行な成分mg cosθと、スピン軸に平行な成
分mg sinθとに分解して考える。この中で、垂直軸
(2),(2′)に平行な成分は、垂直軸ボールベアリ
ング(4),(4′)の負荷として作用するのみである
が、スピン軸に平行な成分は、垂直軸(2),(2′)
から距離r2を乗じて垂直軸(2),(2′)まわりのト
ルクとしてジャイロに作用することになる。このトルク
をTφと書き表わすことにすれば、Tφは近似的に次式
の如くなる。
On the other hand, as shown in FIG. 5, the damping weight (7) includes the vertical axes (2) and (2 '), and in the plane orthogonal to the gyro spin axis, the damping weight (7) is defined by the vertical axes (2) and (2'). Mounted on the gyro case (1) at a distance of r 2 (perpendicular to the paper surface). FIG. 5 is a view of the gyro case (1) as viewed from the west side in a state in which the north side of the finger rises and is inclined by an angle θ with respect to the horizontal plane. The gravitational acceleration g acts on the damping weight (7) of mass m, and a force of m × g acts on this in the vertical direction. This force on the vertical axis (2),
It is considered by decomposing into a component mg cos θ parallel to (2 ′) and a component mg sin θ parallel to the spin axis. Of these, the components parallel to the vertical axes (2) and (2 ') only act as loads on the vertical axis ball bearings (4) and (4'), but the components parallel to the spin axis are Vertical axis (2), (2 ')
Is multiplied by a distance r 2 from and acts on the gyro as a torque around the vertical axes (2) and (2 ′). If this torque is written as Tφ, Tφ is approximately given by the following equation.

Tφ=μ・θ 但しμ=mgr2 すなわち、ダンピングウェイト(7)は、ジャイロス
ピン軸の水平面に対する傾斜に比例したトルクを、ジャ
イロの垂直軸(2),(2′)のまわりに加える装置で
あり、これによってコンパスの指北運動を減衰させるこ
とができる。
Tφ = μ · θ where μ = mgr 2 That is, the damping weight (7) is a device that applies a torque proportional to the inclination of the gyro spin axis with respect to the horizontal plane around the gyro vertical axes (2) and (2 ′). Yes, this can attenuate the compass fingering movement.

第6図は上述した従来のジャイロコンパスにおいて、
ジャイロスピン軸の指北端の真北からの方位誤差φと傾
斜角θとを変数とし、且つそれ等の初期誤差φ0
対する指北運動をラプラス演算子及び伝達関数とによっ
てブロック図的に表わしたものである。同図において、
gは重力加速度、Rは地球半径、Ωは地球自転角速度、
Hはジャイロの角運動量、λはその地点の緯度、Kは指
北定数(安定器定数)、μはダンピング定数、Sはラプ
ラス演算子である。
FIG. 6 shows the conventional gyro compass described above,
The azimuth error φ from the true north of the finger north end of the gyro spin axis and the inclination angle θ are variables, and the finger north motions with respect to these initial errors φ 0 and θ 0 are represented by a Laplace operator and a transfer function. It is shown in. In the figure,
g is gravitational acceleration, R is earth radius, Ω is earth rotation angular velocity,
H is the angular momentum of the gyro, λ is the latitude at that point, K is the finger north constant (ballast constant), μ is the damping constant, and S is the Laplace operator.

今、方位誤差φがあると、この誤差φに地球の自転角
速度Ωの水平成分Ωcosλ(100)を乗じたものが角速度
入力としてジャイロの水平軸まわりの要素(101)に作
用して、初期傾斜角θと共にジャイロの傾斜角θを発
生させる。ジャイロスピン軸の傾斜角θによって垂直環
(3)も同様の傾斜となり、垂直環(3)に取付けられ
た液体安定器(6)も傾斜し、中の液体(6−2)が低
い方の壷に移動することによって、Kθなるトルクをジ
ャイロの水平軸のまわりに発生する。このトルクKθを
ジャイロの角運動量Hで除したものに、地球自転角速度
の垂直成分Ωsinλを加算したものが角速度入力として
ジャイロの垂直軸まわりの要素(102)に作用し、これ
に、初期方位誤差φを加えたものが方位誤差φとなっ
てループが閉じる。このループがジャイロコンパスの指
北ループである。このループは、ループ内に1/Sで表わ
される極が2個存在する為に、振動解となる。一方ジャ
イロ傾斜角θはダンピング定数μを乗じたトルクμθを
角運動量Hで除したものが、角速度入力としてジャイロ
の水平軸要素(101)に上記傾斜角θを減ずるように負
帰還され、上記指北ループの指北運動を減衰させる。こ
のループが減衰ループである。
Now, if there is an azimuth error φ, this error φ multiplied by the horizontal component Ωcosλ (100) of the earth's rotation angular velocity Ω acts as an angular velocity input on the element (101) around the horizontal axis of the gyro, and the initial inclination The tilt angle θ of the gyro is generated together with the angle θ 0 . The vertical ring (3) also has a similar inclination due to the inclination angle θ of the gyro spin axis, the liquid stabilizer (6) attached to the vertical ring (3) also inclines, and the liquid (6-2) inside is lower. By moving to the jar, a torque of Kθ is generated around the horizontal axis of the gyro. This torque Kθ divided by the angular momentum H of the gyro, plus the vertical component Ωsinλ of the Earth's rotation angular velocity, acts on the element (102) around the vertical axis of the gyro as an angular velocity input, and the initial bearing error The addition of φ 0 results in an azimuth error φ and the loop closes. This loop is the gyro compass finger north loop. This loop is an oscillating solution because there are two poles represented by 1 / S in the loop. On the other hand, the gyro tilt angle θ is obtained by dividing the torque μθ by multiplying the damping constant μ by the angular momentum H, and is negatively fed back to the horizontal axis element (101) of the gyro as an angular velocity input so as to reduce the tilt angle θ, and the above-mentioned finger Attenuate the north loop finger north movement. This loop is a damping loop.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

一般に、船舶用のジャイロコンパスにおいては、船舶
の増減速、旋回等の水平方向加速度によって、ジャイロ
コンパスに発生する加速誤差を防止する為に、その指北
運動周期を約90分とする(シューラーの条件)設計が行
われている。この為、ジャイロコンパスを起動した後、
それが真北に静定して使用可能となるまで、かなりの時
間を必要としている(これを静定時間と称している)。
Generally, in a gyro compass for a ship, the finger north movement cycle is set to about 90 minutes in order to prevent an acceleration error occurring in the gyro compass due to horizontal acceleration such as acceleration / deceleration and turning of the ship. Condition) Design is being done. Therefore, after starting the gyro compass,
It takes a considerable amount of time for it to settle to the north and become usable (this is called the settling time).

一般の船舶においては、上記静定時間は、ほとんどの
場合、運用上問題とはならないが、一部の特殊用途の船
においては、この長い静定時間が問題となる。
In most ships, the above-mentioned settling time is not a problem in operation, but in some special purpose ships, this long settling time becomes a problem.

従って、本発明は、上記静定時間を短縮し得る短期静
定装置を具備したジャイロコンパスを提供せんとするも
のである。
Therefore, the present invention is to provide a gyrocompass provided with a short-term settling device capable of shortening the settling time.

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

本発明によれば、スピン軸を略々水平にしたジャイロ
を内蔵するジャイロケース(1)と、該ジャイロケース
を三軸の自由度を以って支持する支持装置と、上記ジャ
イロのスピン軸の水平面に対する傾斜角を出力する機能
と、入力信号に比例して上記ジャイロケースの垂直軸線
まわりにトルクを加える機能とを有するジャイロコンパ
スにおいて、上記傾斜角に対応した信号を入力とする制
御装置(52)を設け、該制御装置においてジャイロコン
パスの起動後の所定の時間、上記傾斜角に対応した信号
を微分すると共に、その結果の微分信号を上記入力信号
とすることにより静定時間を短縮するようにしたジャイ
ロコンパスが得られる。
According to the present invention, a gyro case (1) having a gyro with a substantially horizontal spin axis, a supporting device for supporting the gyro case with three-axis degrees of freedom, and a spin axis for the gyro. In a gyro compass having a function of outputting a tilt angle with respect to a horizontal plane and a function of applying a torque around the vertical axis of the gyro case in proportion to an input signal, a control device which inputs a signal corresponding to the tilt angle (52 ) Is provided to differentiate the signal corresponding to the tilt angle for a predetermined time after activation of the gyro compass in the control device, and to shorten the settling time by using the resulting differentiated signal as the input signal. You can get the gyro compass you made.

〔作用〕[Action]

ジャイロコンパスの起動直後の所定の時間、加速度計
(50)の出力信号(50A)を微分した信号(51A)を垂直
トルカ(51)に加える。即ち、ジャイロスピン軸が上昇
しつつあるときは、その上昇速度が速くなるように、下
降しつつあるときは、その下降速度が更に速くなるよう
に制御することになり、この結果、ジャイロコンパスの
指北周期が短くなり、減衰も早くなるため、初期方位誤
差を短い時間でなくすことが出来、短時間でジャイロコ
ンパスの使用状態が確保できる。
A signal (51A) obtained by differentiating the output signal (50A) of the accelerometer (50) is applied to the vertical torquer (51) for a predetermined time immediately after the activation of the gyro compass. That is, when the gyro spin axis is rising, it is controlled so that its ascending speed becomes faster, and when it is descending, the descending speed is controlled so as to become faster, and as a result, the gyro compass Since the finger north cycle becomes shorter and the attenuation becomes faster, the initial heading error can be eliminated in a short time, and the usage state of the gyro compass can be secured in a short time.

〔実施例〕 第1図を参照して、本発明のジャイロコンパス(A)
の短期静定装置の一例を説明する。尚、同図に於て、第
3図と同一の部材には同一の符号を付し、それ等の説明
は省略する。
[Example] With reference to FIG. 1, a gyro compass (A) of the present invention
An example of the short-term static control device will be described. In the figure, the same members as those in FIG. 3 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

第1図に示す本発明の例と、第3図の従来例との異る
点は、第1図の本発明の例では垂直環(3)に、ジャイ
ロロータのスピン軸と平行な入力軸を有する加速度計又
は傾斜計(50)を取付けたこと、垂直環(3)とジャイ
ロケース(1)とに、入力電流に比例したトルクをジャ
イロケース(1)の垂直軸(2),(2′)のまわりに
加える垂直トルカ(51)を取付けたこと、加速度計(5
0)の出力信号(50A)(ジャイロスピン軸の水平面に対
する傾斜角に比例)を入力とし、上記垂直トルカ(51)
へ出力信号(51A)を供給する制御装置(52)を設けた
点である。
The difference between the example of the present invention shown in FIG. 1 and the conventional example of FIG. 3 is that the vertical ring (3) in the example of the present invention of FIG. 1 has an input shaft parallel to the spin axis of the gyro rotor. An accelerometer or inclinometer (50) having a vertical axis (2), (2) of the gyro case (1) is applied to the vertical ring (3) and the gyro case (1). ′) A vertical torquer (51) attached around the accelerometer (5
0) output signal (50A) (proportional to the tilt angle of the gyro spin axis to the horizontal plane) is input, and the vertical torquer (51)
This is the point where a control device (52) for supplying an output signal (51A) to is provided.

第1図に示す如く、制御装置(52)はオン・オフスイ
ッチ(61)を有し、このスイッチ(61)はタイマー装置
(62)からのモード切換信号によりオン・オフされ、出
力信号が制御される。尚、タイマー装置(62)はジャイ
ロコンパスのスイッチオン信号(SWA)、或いは、これ
と等価な信号によって、動作を開始し、あらかじめ設定
した短期静定時間を経過すると、スイッチ(61)をオフ
にする信号を出力する。このタイマー装置(62)の動作
している間を、短期静定モードと呼ぶことにする(これ
以降は航海モードである)。
As shown in FIG. 1, the control device (52) has an on / off switch (61), and the switch (61) is turned on / off by a mode switching signal from the timer device (62) to control the output signal. To be done. The timer device (62) starts operation by the gyro compass switch-on signal (SWA) or a signal equivalent to this, and turns off the switch (61) when a preset short-term settling time has elapsed. To output the signal. The period during which the timer device (62) is operating will be referred to as the short-term stationary mode (hereinafter, the navigation mode).

制御装置(52)は、短期静定モードにおいては、加速
度計(50)の出力信号(50A)を、制御アンプ(60)を
通して垂直トルカ(51)へ、制御信号(51A)として入
力している。制御アンプ(60)の伝達関数の一例は次式
で表わされる。
The control device (52) inputs the output signal (50A) of the accelerometer (50) to the vertical torquer (51) through the control amplifier (60) as the control signal (51A) in the short-term static control mode. . An example of the transfer function of the control amplifier (60) is expressed by the following equation.

τはその動揺フィルタの時定数、ηは微分時間、S
はラプラス演算子をそれぞれ示す。
τ f is the time constant of the oscillation filter, η is the differential time, S
Indicates the Laplace operator, respectively.

この例においては、制御装置(52)は基本的には、微
分器であって、ジャイロスピン軸の傾斜角(加速度計
(50)の出力信号(50A))の時間微分に比例したトル
クを、垂直トルカ(51)にポジティブフィードバックし
ている。即ち、ジャイロスピン軸が(例えば指北端が)
上昇しているときには、増々、その上昇速度を速くさ
せ、下降しているときは増々その下降速度を速くさせる
ことにより、指北運動の周期を早く(短縮)すると共
に、減衰作用をも強くすることが出来、静定時間の大幅
な短縮を可能とする。この短期静定モードをブロック線
図で表わしたものを、第2図に示す。この第2図に示す
本発明の例と、第6図に示す従来例との異なる点は、第
2図に於て点線で囲った部分が第6図の例に追加されて
いる点である。制御アンプ(60)の伝達関数を簡単のた
め、微分要素Sで代表させ、ジャイロの傾斜角θを検出
する加速度計(50)から垂直トルカ(51)までのゲイン
をηで表わしている。
In this example, the control device (52) is basically a differentiator, and produces a torque proportional to the time derivative of the tilt angle of the gyro spin axis (output signal (50A) of the accelerometer (50)). Positive feedback is given to the vertical ToruCa (51). That is, the gyro spin axis is (for example, the north end of the finger)
When rising, the rising speed is increased faster, and when it is falling, the falling speed is increased faster, thereby shortening (shortening) the cycle of the finger north movement and strengthening the damping action. It is possible to significantly reduce the settling time. A block diagram of this short-term static mode is shown in FIG. The difference between the example of the present invention shown in FIG. 2 and the conventional example shown in FIG. 6 is that a portion surrounded by a dotted line in FIG. 2 is added to the example of FIG. . For simplicity, the transfer function of the control amplifier (60) is represented by a differential element S, and the gain from the accelerometer (50) that detects the tilt angle θ of the gyro to the vertical torquer (51) is represented by η.

この第2図の方位誤差φの運動を表わす特性方程式を
計算すると次式となる。
When the characteristic equation representing the motion of the orientation error φ in FIG. 2 is calculated, the following equation is obtained.

(H−η)+μ+KΩcosλ・φ=0 これより、上記ηで示した短期静定モードを付加する
ことにより、ηはジャイロの角運動量Hを減ずるように
作用する。上式よりジャイロの指北運動周期Tは 又、減衰の度合いを表わす半周減衰率Fは となる。
(H- [eta]) + [mu] + K [Omega] cos [lambda] [phi] = 0 Therefore, by adding the short-term static definite mode indicated by [eta], [eta] acts to reduce the angular momentum H of the gyro. From the above formula, the gyro finger north movement cycle T is Also, the half-circumferential damping factor F, which indicates the degree of damping, is Becomes

即ち、短期静定モードにおいては、ηのトルクをジ
ャイロの垂直軸まわりに加えることにより、ジャイロ周
期Tを短かくできると共に、半周期減衰率Fを小さくす
ることが出来、結果として従来のジャイロコンパス静定
時間を大幅に短縮することが可能となる。
That is, in the short-term settling mode, by applying the torque η around the vertical axis of the gyro, the gyro cycle T can be shortened and the half-cycle damping rate F can be reduced, resulting in the conventional gyro compass. It is possible to significantly reduce the settling time.

尚、上式から明らかなように、指北運動を安定に保持
するには、 η<H とする必要がある。
As is clear from the above equation, η <H is required to keep the finger north movement stable.

又、ジャイロロータを起動する前に、方位サーボモー
タ(19)に電圧を加えて、追従環(13)を回転させ、正
しい船首方位に合せる方位スリューモードを付加するこ
とにより、更に静定時間を短縮できる。
In addition, before starting the gyro rotor, a voltage is applied to the azimuth servo motor (19) to rotate the follower ring (13), and the azimuth slew mode is added to match the correct heading. Can be shortened.

尚、上述は、本発明を第3図に示した加速度計及び垂
直トルカのないジャイロコンパスに適用した場合である
が、本発明は、上記に限定されることはなく、例えば加
速度計の機能、即ちスンピン軸の水平面に対する傾斜角
に対応した信号を出力し得ると共に、ジャイロの垂直軸
のまわりに入力信号に対応してトルクを加える機能を有
するジャイロコンパスであれば、それ等の機能を利用
し、即ち、新たに加速度計及び垂直トルカを設けること
なく、本発明の制御装置を付加するのみで、静定時間を
短縮したジャイロコンパスを得ることができる。
The above is the case where the present invention is applied to the accelerometer and the gyro compass without the vertical torquer shown in FIG. 3, but the present invention is not limited to the above, for example, the function of the accelerometer, That is, if a gyro compass capable of outputting a signal corresponding to the inclination angle of the sunpin shaft with respect to the horizontal plane and having a function of applying a torque corresponding to an input signal around the vertical axis of the gyro, those functions are utilized. That is, a gyro compass with a reduced settling time can be obtained only by adding the control device of the present invention without newly providing an accelerometer and a vertical torquer.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、上述した構造の短期静定モードを付
加することにより、簡単な構造且つ低コストで静定時間
の短いジャイロコンパスを得ることが出来る。ジャイロ
スピン軸の時間微分に対応した信号を垂直軸まわりのト
ルクとして与えることにより、簡単な演算によって短い
静定時間を達成できる。本来の指北トルク(水平軸まわ
り)を大きくする方法(指北周期を短くする)に比較し
(本方式は垂直軸まわりのトルク)、短期静定に要する
トルクが小さくて良い為、小型のトルカで良く、又、増
幅器としても低消費電力のものが使用可能である。
According to the present invention, a gyro compass having a simple structure, a low cost, and a short settling time can be obtained by adding the short-term settling mode having the above-described structure. By giving a signal corresponding to the time derivative of the gyro spin axis as a torque around the vertical axis, a short settling time can be achieved by a simple calculation. Compared with the method of increasing the original finger north torque (around the horizontal axis) (shortening the finger north cycle) (this method has a torque around the vertical axis), the torque required for short-term settling is small, so it is small. ToruCa can be used, and an amplifier with low power consumption can be used.

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

第1図は本発明によるジャイロコンパスの一実施例の斜
視図、第2図は第1図に示す本発明によるジャイロコン
パスの原理説明に供する伝達関数のブロック図、第3図
は本発明が適用され得る従来のジャイロコンパスの斜視
図、第4図は液体安定器の略線図、第5図はダンピング
ウエイトの原理説明図、第6図は第3図に示す従来例の
ジャイロコンパスの指北運動に関するブロック図をそれ
ぞれ示す。 図において、(1)はジャイロケース、(3)は垂直
環、(6)は液体安定器、(7)はダンピングウエイ
ト、(50)は加速度計、(51)は垂直トルカ、(52)は
制御装置をそれぞれ示す。
FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of a gyro compass according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a transfer function used for explaining the principle of the gyro compass according to the present invention shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a perspective view of a conventional gyro compass that can be used, FIG. 4 is a schematic diagram of a liquid ballast, FIG. 5 is an explanatory view of the principle of a damping weight, and FIG. 6 is a guide of the conventional gyro compass shown in FIG. Each block diagram regarding exercise is shown. In the figure, (1) is a gyro case, (3) is a vertical ring, (6) is a liquid stabilizer, (7) is a damping weight, (50) is an accelerometer, (51) is a vertical torquer, and (52) is The respective control devices are shown.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】スピン軸を略々水平にしたジャイロを内蔵
するジャイロケースと、該ジャイロケースを3軸の自由
度をもって支持する支持装置と、上記ジャイロのスピン
軸の水平面に対する傾斜角を出力する傾斜角出力機能
と、入力信号に比例して上記ジャイロケースの垂直軸線
周りにトルクを加えるトルカ機能とを有するジャイロコ
ンパスにおいて、上記傾斜角出力機能からの信号を入力
とし上記トルカ機能へ出力する信号を生成する制御装置
を設け、該制御装置はジャイロコンパスの起動後の所定
の時間、上記傾斜角の微分に対応した信号を生成し、そ
れに対応した上記トルクの方向は上記傾斜角を益々増加
させるものでありその比例定数の大きさηはジャイロの
角運動量Hより小さいことを特徴とするジャイロコンパ
ス。
1. A gyro case containing a gyro having a spin axis substantially horizontal, a support device for supporting the gyro case with three degrees of freedom, and an inclination angle of the spin axis of the gyro with respect to a horizontal plane. In a gyro compass having a tilt angle output function and a torquer function that applies torque around the vertical axis of the gyro case in proportion to an input signal, a signal that receives the signal from the tilt angle output function and outputs it to the torquer function For generating a signal corresponding to the differentiation of the tilt angle for a predetermined time after the activation of the gyro compass, and the direction of the torque corresponding thereto further increases the tilt angle. A gyro compass characterized in that the magnitude η of its proportionality constant is smaller than the angular momentum H of the gyro.
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