ジンバルのマスアンバランス測定装置および方法
【課題】 サーボ動作による雑音成分の影響を受けず、かつ、供試体のジンバルにデザー波形を印加しても、正確で定量的な測定手段を持ったジンバルのマスアンバランス測定装置を提供する。
【解決手段】 ジンバルを備えたシーカを搭載する回転テーブルを備えた測定装置で行われ、前記シーカの機軸に対する前記ジンバルの角度を、デザー振動波形を重畳した状態で一定角方向に向けた状態とし、前記回転テーブルを旋回させることにより得られるジンバル駆動トルク指令値を取得し、これをフーリエ級数解析する。
【解決手段】 ジンバルを備えたシーカを搭載する回転テーブルを備えた測定装置で行われ、前記シーカの機軸に対する前記ジンバルの角度を、デザー振動波形を重畳した状態で一定角方向に向けた状態とし、前記回転テーブルを旋回させることにより得られるジンバル駆動トルク指令値を取得し、これをフーリエ級数解析する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は誘導飛翔体シーカの組立を完了したジンバル部に、最終的に生じたマスアンバランスを定量的に測定し、評価する装置に関するもので、マスアンバランスの総合調整実施段階においても使用される測定装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
誘導飛翔体シーカのジンバル部のマスアンバランスを測定する装置として、特許文献１（特開平４−７６４３１号公報）に記載されるものがある。特許文献１に記載される装置は、供試体のジンバルを機軸方向に向けるコマンドを与えたとき、ジンバルの角度制御動作において発生しているジンバルトルクモータに与えるトルクコマンドの電圧、又は、電流波形を、供試体を取り付けた旋回台を３６０度旋回させて取得し、得られた正弦波を直接観測し、その振幅と位相関係から、マスアンバランス量と重心位置ズレの方向を得ていた。
【０００３】
上記のような、マスアンバランス測定装置について図６を参照して説明する。
【０００４】
図６において、供試体であるシーカ６０１は、ジンバル６０１ａの方向が機軸に対する角度が「０」となるように制御されている。シーカ６０１からは、トルカ出力６１０が出力される。この時、トルカ出力６１０にはマスアンバランスによって発生するトルクを打ち消すための成分が含まれている。
【０００５】
旋回台６０２は測定において、ゆっくりと回転テーブル６１２を回転させる。トルカ電圧検出部６０４では、トルカ出力６１０を、トルク値ＴCに変換する。一方、旋回台６０２からは、回転テーブル６１２の旋回角度を示す旋回角出力６１１が出力され、回転角検出部６０３で旋回角θに変換される。
【０００６】
トルク値ＴCは、その時の旋回角θに対する値として、ＲＡＭ６０５に書き込まれ、回転テーブル６１２が一回転した時点で、計算機キーボード６０６の操作により、計算機入出力バス６０６を経由して計算機６０７に取り込まれて、旋回角θに対するトルク値ＴCがグラフとして計算機デスプレイ６０８に表示される。
【０００７】
図７は、計算機デスプレイ６０８に表示された波形の一例を示す図である。
【０００８】
図７に示されるように、計算機デスプレイ６０８には、マスアンバランスによって発生するトルクを打ち消すマスアンバランストルク成分振幅Ａを持つ正弦波の成分とシーカ６０１のサーボ回路動作に起因するオフセット電圧Ｂが重畳されたトルカ出力波形７０１が表示される。
【０００９】
計算機６０７は、プログラムにより、トルカ出力波形７０１のマスアンバランストルク成分振幅Ａと、その振幅が最大となる発生角θPを探索する。
【００１０】
図８は、図７に示したマスアンバランストルク成分振幅Ａが最大となる点における、ジンバル６０１ａの重心位置の関係を示している。図８において、供試体機軸方向７０４が重力方向と逆方向に一致させた旋回台６０４の基準方向７０３に対して回転角がθPとなった場合、重心位置の方向αと、回転角θPの和は、必ず旋回台６０４の基準方向７０３から、（３／２）πの角度となり、このことから、重心位置の方向αは、波形より得られたθPにより、
【００１１】
【数１】
【００１２】
となり、マスアンバランストルク成分振幅Ａは、ｍｇＬの値に一致し、従って、マスアンバランストルク成分振幅Ａと、振幅が最大となる発生角θPにより、マスアンバランスの発生状態を定量的に得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平４−７６４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
供試体となる製品の能力向上に伴い、マスアンバランスの発生量を低減することの要求が高いものとなっている。また、サーボ帯域の拡大により、測定すべき波形が雑音レベルと同程度となっている。これらにより、図７に示したトルカ出力波形７０１に含まれるアンバランスによる成分の測定を、サーボ動作による雑音成分に埋もれた状態で測定を行わなければならない。
【００１５】
また、マスアンバランスの検出において、ジンバルフリクションの影響を排除するため、従来の方法では測定に支障を来たすデザー波形をジンバル駆動に印加しなければならない。これらにより、以下のような課題が発生する。
【００１６】
第１の課題は、トルク量を測定するために観測するトルカ出力波形７０１に含まれるサーボ動作雑音のため、得られた波形から、マスアンバランストルク成分振幅Ａの値、及び、振幅が最大となる発生角θPの読み取りが困難であり、結果として、正確な測定ができないということである。
【００１７】
第２の課題は、より正確なマスアンバランスの測定のため、フリクションの影響を取り除くため、供試体のジンバルにデザー波形による振動を加える動作をしようとすると、トルカ出力波形７０１にアンバランス成分に比べて、遥かに大きなデザー波形による成分が重畳されるため、マスアンバランス成分であるマスアンバランストルク成分振幅Ａと振幅が最大となる発生角θPの読み取りが事実上、不可能になるということである。
【００１８】
本発明は、サーボ動作による雑音成分の影響を受けず、かつ、供試体のジンバルにデザー波形を印加しても、正確で定量的な測定手段を持ったジンバルのマスアンバランス測定装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明のジンバルのマスアンバランス測定装置は、ジンバルを備えたシーカを搭載する回転テーブルと、
測定開始タイミングを示す測定制御信号を出力する測定制御部と、
前記測定制御信号に示されるタイミングにより、一定の周期と振幅を示すデザー波形を前記シーカに対する角度指令に重畳させる首ふり角度指令値を生成する角度コマンド発生部と、
前記首ふり角度指令値および前記測定制御信号に応じて、前記デザー波形の周期の整数倍で前記回転テーブルが１回転する時間となるように旋回角を逐次更新し指定する旋回指令出力、および旋回動作の開始および１回転したことをそれぞれ示す旋回開始信号および旋回完了信号を生成する旋回コマンド発生部と、
前記旋回指令出力に応じて前記回転テーブルを回転させるとともに該回転テーブルの旋回角度を示す角度センサ出力を生成する旋回台と、
前記シーカが出力する前記ジンバルを駆動するトルクを示すジンバル駆動トルクモニタ出力をスケール変換して数値化することによりジンバル駆動トルク指令値ＴCとするトルク信号検出部と、
前記角度センサ出力を数値化して旋回角θとする旋回角度検出部と、
前記旋回完了信号が入力されるまで、前記ジンバル駆動トルク指令値ＴCと旋回角θとを対応させて、
【００２０】
【数２】
【００２１】
の積分演算を行い、フーリエ係数ａ1、ｂ1を求めるフーリエ係数解析部と、
前記フーリエ係数ａ1、ｂ1について、
【００２２】
【数３】
【００２３】
の計算を行い、マスアンバランストルク最大値｜Ｔc｜とジンバルの重心位置のズレ方向の角度を示すαを求めるマスアンバランスベクトル演算部とを備える。
【００２４】
本発明の他の形態によるジンバルのマスアンバランス測定装置は、
ジンバルを備えたシーカを搭載する回転テーブルと、
測定開始タイミングを示す測定制御信号を出力する測定制御部と、
前記測定制御信号に示されるタイミングにより、一定の周期と振幅を示すデザー波形を前記シーカに対する角度指令に重畳させる首ふり角度指令値を生成する角度コマンド発生部と、
前記首ふり角度指令値および前記測定制御信号に応じて、前記デザー波形の周期の整数倍で前記回転テーブルが１回転する時間となるように旋回角を逐次更新し指定する旋回指令出力、および旋回動作の開始および１回転したことをそれぞれ示す旋回開始信号および旋回完了信号を生成する旋回コマンド発生部と、
前記旋回指令出力に応じて前記回転テーブルを回転させるとともに該回転テーブルの旋回角度を示す角度センサ出力を生成する旋回台と、
前記シーカが出力する前記ジンバルを駆動するトルクを示すジンバル駆動トルクモニタ出力をスケール変換して数値化することによりジンバル駆動トルク指令値ＴCとするトルク信号検出部と、
前記角度センサ出力を数値化して旋回角θとする旋回角度検出部と、
前記旋回完了信号が入力されるまで、前記ジンバル駆動トルク指令値ＴCと旋回角θとを対応させて、
【００２５】
【数４】
【００２６】
の積分演算を行い、フーリエ係数ａ1、ｂ1を求め、
前記フーリエ係数ａ1、ｂ1について、
【００２７】
【数５】
【００２８】
の計算を行い、マスアンバランストルク最大値｜Ｔc｜とジンバルの重心位置のズレ方向の角度を示すαを求める計算機とを備える。
【００２９】
本発明のジンバルのマスアンバランス測定方法は、ジンバルを備えたシーカを搭載する回転テーブルを備えた測定装置で行われるジンバルのマスアンバランス測定方法であって、
前記シーカの機軸に対する前記ジンバルの角度を、デザー振動波形を重畳した状態で一定角方向に向けた状態とし、前記回転テーブルを旋回させることにより得られるジンバル駆動トルク指令値を取得し、これをフーリエ級数解析することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
第１の効果は、フーリエ級数の基本波成分のみを抽出するための積分演算により、供試体のサーボ動作で発生する雑音成分を平均化抑圧できることである。
【００３１】
第２の効果は、フーリエ級数の基本波成分のみを抽出するため、サーボ動作で避けがたい供試体のジンバル駆動トルク波形に含まれるオフセット成分を完全に除去できことである。
【００３２】
第３の効果は、ジンバル駆動トルク波形に基本波に対して整数分の一の周期を持っていた場合は、フーリエ係数算出演算により、完全に除去できることから、マスアンバランス測定の誤差の原因となるジンバルのフリクションの影響を少なくするために充分な振幅による振動のデザー波形をジンバルに加えることができることである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明によるマスアンバランス測定装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した実施形態における供試体のジンバルにおけるとジンバル重心ズレ位置とマスアンバランストルク発生量との関係を示す図である。
【図３】供試体のマスアンバランスを測定する測定系の構成を示すブロック図である。
【図４】本実施形態の動作を示す波形図である。
【図５】本発明の他の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図６】マスアンバランス測定装置を説明するための図である。
【図７】図６中の計算機デスプレイ６０８に表示された波形の一例を示す図である。
【図８】図７に示したマスアンバランストルク成分振幅Ａが最大となる点における、ジンバル６０１ａの重心位置の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
次に、本発明による実施形態について図面を参照して説明する。
【００３５】
図１は本発明によるマスアンバランス測定装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。図２は、図１に示した実施形態における供試体のジンバルにおけるとジンバル重心ズレ位置とマスアンバランストルク発生量との関係を示す図である。図３は、供試体のマスアンバランスを測定する測定系の構成を示すブロック図である。図４は、本実施形態の動作を示す波形図である。
【００３６】
図１において、角度コマンド発生部１００は、測定制御部１１８で発生した測定制御信号１１２中の測定開始タイミング信号により、フリクションの影響を抑えるために必要となる一定の周期と振幅を持つデザー波形を生成し、供試体機軸に対する角度指令「０」の指令値に重畳して首振角度指令値
【００３７】
【数６】
【００３８】
として、供試体であるシーカ１０１へ出力すると同時に旋回コマンド発生部１０３に出力する。
【００３９】
旋回コマンド発生部１０３は、首振角度指令値
【００４０】
【数７】
【００４１】
と測定制御信号１１２に基づきデザー波形の周期の整数倍で回転テーブル１１３が１回転する時間となるように旋回角を逐次更新し指定する旋回指令出力１１０を旋回台１０４へ出力する。
【００４２】
また、旋回コマンド発生部１０３は旋回台１０４が旋回を開始するときに、旋回開始信号１１７を発生し、また、１回転した点の旋回角を発生した時点では、旋回完了信号１１６を発生して、フーリエ係数解析部１０６及び、マスアンバランスベクトル演算部１０７に出力する。
【００４３】
旋回台１０４は、この旋回指令出力１１０に従って、供試体を固定した回転テーブル１１３を旋回させる動作をする。供試体であるシーカ１０１は、ジンバル１０１ａを駆動するトルクを示すジンバル駆動トルクモニタ出力１０９を生成し、該ジンバル駆動トルクモニタ出力１０９は、トルカ信号検出部１０９でジンバル駆動トルク指令値ＴCにスケール変換され数値化されて、フーリエ係数解析部１０６に出力される。
【００４４】
旋回台１０４は、回転テーブル１１３の旋回角度を検出する機能を備えるもので、該旋回角度を示す角度センサ出力１１１は、旋回角度検出部１０５において数値化されて、旋回角θとしてフーリエ係数解析部１０６の入力端に出力される。
【００４５】
フーリエ係数解析部１０６では、旋回完了信号１１６が入力される時点まで、旋回角θと、この時に入力されたジンバル駆動トルク指令値ＴCを対応表の形式で蓄えて、
【００４６】
【数８】
【００４７】
の積分演算を行い、旋回完了信号１１６が入力された時点でフーリエ係数ａ1、ｂ1としてマスアンバランスベクトル演算部１０７に出力する。
【００４８】
旋回開始信号１１７が入力された時点で、フーリエ係数解析部１０６の積分演算結果はクリアされる。
【００４９】
マスアンバランスベクトル演算部１０７では、旋回完了信号１１６が入力された時点で、フーリエ係数ａ1、ｂ1を入力し、これらの値により、
【００５０】
【数９】
【００５１】
の計算を行い、マスアンバランストルク最大値｜Ｔc｜とジンバルの重心位置のズレ方向の角度を示すαを表示部１０８に出力する。
【００５２】
表示部１０８では、入力された｜Ｔc｜とαにより、表示部１０８の画面上に、これらの値の数値を表示する。また、測定指令１１５に基づき、測定者の便宜のため、必要に応じて、測定によって得られた旋回台１０４の旋回角θを横軸にしたマスアンバランストルクＴｕの抽出波形に相当する
【００５３】
【数１０】
【００５４】
の式による波形と、トルカ信号検出部１０２から出力されるジンバル駆動トルク指令値ＴCをグラフ化して表示する。
【００５５】
操作者は、操作部１１４を操作することにより、表示部１０８及び、測定制御部１１８に対し、測定指令１１５を出力する。測定制御部１１８は、測定指令１１５に基づき、測定開始タイミングを示す測定制御信号１１２を角度コマンド発生部１００及び旋回コマンド発生部１０３に出力する。
【００５６】
次に、図１に示したマスアンバランス測定装置の動作を説明する。
【００５７】
図１に示すマスアンバランス測定装置は、角度コマンド発生部１００が、供試体であるシーカ１０１に対して、供試体内のジンバル部１０１ａのフリクションの影響を抑えるために必要となる一定の周期と振幅を持つデザー波形を生成し、供試体機軸に対して角度指令「０」の指令値に重畳して首振角度指令値
【００５８】
【数１１】
【００５９】
として出力する。一方、この首振角度指令値
【００６０】
【数１２】
【００６１】
は、同時に旋回コマンド発生部１０３に供給される。旋回コマンド発生部１０３では旋回台１０４をデザー波形の周期の整数倍の時間で１回転するための旋回角速度ωで旋回台１０４が旋回するように旋回指令出力１１０を出力する。
【００６２】
図２において、旋回角、つまり、重力方向に一致する旋回台１０４の基準方向である旋回台基準方向２０３から、旋回台１０４が旋回して、供試体機軸方向２０４との角度がθとなった場合、仮に、ジンバル１０１ａの重心位置２０１が、ジンバル回転軸２０２からの距離がＬで、その方向が供試体機軸方向２０４からαであるとすると、ジンバル回転部分の全質量がｍである場合には、重力加速度ｇにより、
【００６３】
【数１３】
【００６４】
のマスアンバランストルクＴUが発生する。この式が示す通り、旋回角θに対するマスアンバランストルクＴUは、位相がαだけ進んだ、振幅がｍｇＬの値を持つ正弦波である。
【００６５】
供試体であるシーカ１０１の角度制御を行うための制御ブロック図の一例を図３に示している。
【００６６】
図３において、首振角度指令値
【００６７】
【数１４】
【００６８】
に対するジンバル首振角θGとの差分を得る加算機能３０１と、その差分に基づいてジンバルを首振角度指令値
【００６９】
【数１５】
【００７０】
に一致させるためにジンバルを動かすために適切なジンバル角速度指令
【００７１】
【数１６】
【００７２】
を得る
角度制御利得要素３０７と、ジンバル角速度指令
【００７３】
【数１７】
【００７４】
に対する機軸に対するジンバルの角速度との差分を得る加算機能３０２と、その差分に基づいてジンバルをジンバル角速度指令
【００７５】
【数１８】
【００７６】
に一致させ、動かすために適切なトルクモータへのジンバル駆動トルク指令ＴCを得るための角速度制御利得要素３０３と、ジンバル駆動トルク指令ＴCにより、ジンバルを回転させるためのトルクを発生するトルクモータ３１１により構成され、ジンバルは、マスアンバランストルク加算要素３０４で表現されている通り、トルクモータ３１１で発生したトルクに、マスアンバランストルクＴｕが加わりジンバルに加わる。
【００７７】
このトルクによって、ジンバルはジンバル系伝達関数３０５に従った応答により、ジンバル角速度
【００７８】
【数１９】
【００７９】
を生じ、その結果として、ジンバル角速度
【００８０】
【数２０】
【００８１】
の積分値として、ジンバル首振角度θGが変化することになる。ジンバル角速度
【００８２】
【数２１】
【００８３】
はタコメータ３０９により検出され、電気信号に変換され加算要素３０２に帰還される。ジンバル首振角度θGは、角度センサ３１０により検出され、電気信号に変換されて加算要素３０１に帰還される。
【００８４】
上記の構成により、供試体のジンバル系３０８は、首振角度指令値
【００８５】
【数２２】
【００８６】
に追従するようにジンバル首振角θGが変化することになる。このようにして、供試体であるシーカ１０１のジンバルの首振り角は、首振角度指令値
【００８７】
【数２３】
【００８８】
に従う動作をするが、シーカ１０１からは、この追従動作において発生するジンバル駆動トルク指令をジンバル駆動トルクモニタ出力１０９として出力する。
【００８９】
図３のブロック図から分かるとおり、
【００９０】
【数２４】
【００９１】
は、
【００９２】
【数２５】
【００９３】
の関係があることから、ジンバル駆動トルク指令ＴCは、
【００９４】
【数２６】
【００９５】
で表すことができる。
【００９６】
ここで、首振角度指令値
【００９７】
【数２７】
【００９８】
を「０」に固定したことを考えると、マスアンバランストルクＴｕに対してのジンバル角速度
【００９９】
【数２８】
【０１００】
への応答についての伝達関数
【０１０１】
【数２９】
【０１０２】
は、
【０１０３】
【数３０】
【０１０４】
となるため、旋回台１０４の旋回速度を遅くすることによって、正弦波形である、マスアンバランストルクＴｕの周期が充分に長大きくなり、ジンバル角速度
【０１０５】
【数３１】
【０１０６】
を「０」に近づけることができることになり、（数式３）は、
【０１０７】
【数３２】
【０１０８】
の関係となって、ジンバル駆動トルクモニタ出力１０９には、マスアンバランストルクＴｕの逆相の波形を得ることができる。実際は、フリクションの影響を除去するためのデザー波形を、首振角度指令値
【０１０９】
【数３３】
【０１１０】
とするため、この波形によるジンバル角速度
【０１１１】
【数３４】
【０１１２】
の変化が重畳され、更に、サーボ回路動作によるオフセット成分を含む雑音成分が加算された波形がジンバル駆動トルクモニタ出力１０９に出力されることになる。
【０１１３】
上記のようにして、ジンバル駆動トルクモニタ出力１０９にはマスアンバランスによって発生する重力によるジンバルの回転軸周りに、旋回角θに対応するマスアンバランストルクを打ち消すためのトルク指令分が加算したものとして供試体から出力されることになる。
【０１１４】
トルカ信号検出部１０２は、ジンバル駆動トルクモニタ出力１０９の信号をジンバル駆動トルク指令値ＴCにスケール変換してフーリエ係数解析部１０６に出力する。一方、旋回角度検出部１０５は、旋回台１０４から出力される角度センサ出力１１１を角度データに変換し、旋回台１０４の旋回角θとしてフーリエ係数解析部１０６のもう一方の入力端に出力する。
【０１１５】
フーリエ係数解析部１０６では、得られた旋回台１０４の旋回角θと、その時に発生しているジンバル駆動トルク指令値ＴCを元に、
【０１１６】
【数３５】
【０１１７】
の積分演算を行い、もともとのマスアンバランストルクＴｕによって発生した（数式１）の成分に対応する正弦波のフーリエ係数ａ1、ｂ1を求める。
【０１１８】
ここで、オフセット等の直流成分と、連続した周期性を持つ波形は、ｋを整数とした場合、フーリエ級数により、
【０１１９】
【数３６】
【０１２０】
で表すことができる。従って、一般的には、ジンバル駆動トルク指令値ＴCは、周期性の無いサーボ動作雑音等の成分Ｎ（ｔ）が、（数式７）に示す周期性を持った成分に加わった波形として考えることができるため、
【０１２１】
【数３７】
【０１２２】
で表すことができる。
【０１２３】
ここで、フリクションの影響を抑えるために一定の周期と振幅を持つデザー波形を生成し、供試体機軸に対して角度指令「０」の指令値に重畳した、首振角度指令値
【０１２４】
【数３８】
【０１２５】
によるジンバル駆動トルク指令値ＴCに含まれる成分は、マスアンバランストルクＴｕによって発生した波形の周波数の整数倍に選ばれており、デザー波形の歪みによる高調波成分を含んでマスアンバランストルクＴｕの周波数成分への重なりの無い周期性のある波形として扱え、（数式８）右辺の第２項の成分に含まれ、かつ、マスアンバランストルクＴｕの成分に対応するフーリエ係数ａ1、ｂ1には含まれないことになる。
【０１２６】
従って、前記の（数式６ａ）及び、（数式６ｂ）の演算結果は、それぞれ、
【０１２７】
【数３９】
【０１２８】
となり、マスアンバランストルクＴｕの成分に対応するフーリエ係数ａ1、ｂ1と、サーボ動作雑音等の雑音成分Ｎ(t)による、成分ｎa、ｎbが加算された結果となる。
【０１２９】
ここで、ｎa、ｎbは、（数式９ａ）、（数式９ｂ）から分かる通り、旋回台１０４の１回転する時間に相当する時間Ｔを充分に大きくすることにより、平均化され無視できる程度に小さくすることができ、周期関数成分のフーリエ係数ａ1、ｂ1として扱える。つまり、旋回台１０４の１回転する時間を、実用上ｎa、ｎbを無視できる程度に大きくした場合、（数式９ａ）、（数式９ｂ）の結果は、デザー波形の成分を含まないマスアンバランストルクＴｕにより発生したジンバル駆動トルク指令値ＴCのフーリエ係数ａ1、ｂ1として扱うことができ、また、（数式１）と（数式５）の関係から、
【０１３０】
【数４０】
【０１３１】
の関係を持つことを意味している。この（数式１０）の左辺側は、
【０１３２】
【数４１】
【０１３３】
で表すことができるため、
【０１３４】
【数４２】
【０１３５】
の関係があることが分かる。
【０１３６】
このようにして、フーリエ係数解析部１０６で得られたフーリエ係数ａ1、ｂ1は、マスアンバランスベクトル演算部１０７に出力される。
【０１３７】
マスアンバランスベクトル演算部１０７では、（数式１１ｂ）、（数式１１ｃ）の関係を用いて、フーリエ係数ａ1、ｂ1の値から、
【０１３８】
【数４３】
【０１３９】
の計算を用いて、マスアンバランストルク最大値｜ＴC｜とジンバルの重心位置のズレ方向を示す供試体機軸方向２０４からの角度αを得る。
【０１４０】
ここで、角度αの値域はジンバルの重心位置方向を示す角度であることから（−π）から（π）の範囲でなければならないが、通常、（数式１２ｂ）により得られる計算結果の値域は、通常（−π／２）から（π／２）の範囲に限定されているため、この場合は、
ｂ１が正の場合、
【０１４１】
【数４４】
【０１４２】
ａ1が正でｂ1が負の場合、
【０１４３】
【数４５】
【０１４４】
ａ1とｂ1が共に負の場合、
【０１４５】
【数４６】
【０１４６】
の計算により値域を（−π）から（π）の範囲に拡張する。
【０１４７】
このようにして得られた、マスアンバランストルク最大値｜ＴC｜とジンバルの重心位置のズレ方向を示す供試体機軸方向２０４からの角度αは、マスアンバランスベクトル量｜ＴC｜＜αとして表示部１０８に出力される。
【０１４８】
表示部１０８ではマスアンバランスベクトル量を操作者に測定結果として表示することにより、供試体ジンバル部１０１ａに生じているマスアンバランス量を操作者が定量的に知ることができる。
【０１４９】
以上の動作を、図４を用いてさらに詳細に説明する。
【０１５０】
図４において、図１に示した旋回台１０４の旋回角θが変化した時、シーカ１０１のジンバル部１０１ａのマスアンバランス成分は、図4の４０１に示すように重心位置方向角αだけ位相が進んだ振幅がｍｇＬの値を持つ正弦波となる。
【０１５１】
この場合、シーカ１０１から出力されるジンバル駆動トルクモニタ出力１０９の波形は、サーボ動作により、マスアンバランス成分を打ち消すことにより生じる図4の４０１と等しい逆相の波形に、首振角度指令値
【０１５２】
【数４７】
【０１５３】
として、供試体であるシーカ１０１に入力されているデザー波形による駆動トルクおよび、サーボ動作におけるオフセット成分と雑音が加わり、図4の４０２に示す波形となる。この波形４０２は、フーリエ係数解析部１０６における演算で、フーリエ係数ａ1、ｂ1が得られ、マスアンバランスベクトル演算部１０７において、
【０１５４】
【数４８】
【０１５５】
とαの値が得られる。この
【０１５６】
【数４９】
【０１５７】
とαは、ジンバル駆動トルクモニタ出力１０９の波形の基本波成分の振幅と位相に相当するため、旋回角θに対する三角関数
【０１５８】
【数５０】
【０１５９】
で表すことができ、この波形は、図4の４０３で示すものとなる。
【０１６０】
このようにして、供試体に発生している図4の波形４０１に示されるマスアンバランストルク成分は、ジンバル駆動トルクモニタ出力１０９の波形である図4の４０２に示す波形から、デザーの波形とオフセット及び、雑音成分が除去されて、図4の４０３の波形として抽出されたことになり、前記の式（数式５）の関係から、この、図4の４０３の波形の逆相が、図4の４０１のマスアンバランス成分に一致していることになる。
【０１６１】
以上説明したように、本実施形態においては、フーリエ係数解析部１０６において、得られた旋回台１０４の旋回角θと、その時に発生しているジンバル駆動トルク指令値ＴCを元にフーリエ係数解析部１０６でマスアンバランストルクＴｕの成分に対応するフーリエ級数の基本波成分のみを抽出している。
【０１６２】
また、マスアンバランス測定の誤差の原因となるジンバルのフリクションの影響を少なくするために必要となる充分な振幅による振動を基本波周期、つまり、回転テーブル１１３を１回転させる時間に対して整数分の一の周期でデザー波形としてジンバルに加えることができる角度コマンド発生部１００と旋回コマンド発生部１０３を備えているので、以下に記載するような正確にマスアンバランスの測定を行うための以下の効果を奏する。
【０１６３】
本発明の他の実施形態として、その基本的構成は上記の通りであるが、図１に示したフーリエ係数解析部１０６、マスアンバランスベクトル演算部１０７、操作部１１４及び、表示部１０８の持つ機能は、プログラムによる処理への置き換えが可能であるため、この部分を計算機に構成を置き換えて、図５に示す構成とすることができる。
【０１６４】
図５において、トルカ信号検出部１０２からのジンバル駆動トルク指令ＴC、旋回角度検出部１０５からの旋回角θ、旋回コマンド発生部１０３からの旋回完了信号１１６及び、旋回開始信号１１７は、計算機インターフェース５０５に入力され、計算機入出力バス５０４を経由して計算機５０１に取り込まれる。
【０１６５】
これらの信号を基に、計算機５０１では、プログラム処理により、図１に示したフーリエ係数解析部１０６、マスアンバランスベクトル演算部１０７及び、表示部１０８で行っている演算処理及び、表示処理を行って、計算機デスプレイ５０３に出力する。計算機デスプレイ５０３は、計算機５０１におけるプログラム処理により得られた
｜ＴC｜とαを画面上に表示する。
【０１６６】
本構成の操作者による測定指示は、計算機キーボード５０２により、計算機５０１に取り込まれ処理に反映されると同時に、計算機入出力バス５０４と計算機インターフェース５０５を経由して測定指令１１５を測定制御部１１８に出力する。
【０１６７】
図５におけるその他の部分の構成は図１と同じであり、また、動作も図１におけるフーリエ係数解析部１０６、マスアンバランスベクトル演算部１０７、操作部１１４及び、表示部１０８の持つ機能は、プログラムによる処理への置き換えを行う構成であるため、置き換えた部分以外の構成の説明及び、図５の構成の動作説明は省略する。
【０１６８】
上記のように構成される本発明は、供試体である誘導飛翔体シーカのジンバルに生じているマスアンバランスを、供試体を回転テーブルに固定し、供試体の機軸に対するジンバル角を、デザー振動波形を重畳した状態で一定角方向に向ける角度制御動作を行わせた状態とし、回転テーブルを旋回させることにより得られるジンバルトルク指令値を取得し、これをフーリエ級数解析する。
【０１６９】
回転テーブルが１周する周期と同一の周期をもつ重力によるマスアンバランストルクを打ち消すトルクコマンドの波形に相当する基本波成分のみを抽出することにより、フリクションの影響をなくすために加えることによって生じた不要なデザー振動波形成分除去しつつ、サーボ動作雑音成分を抑制してジンバルに発生しているマスアンバランス量を評価軸周りのジンバル重心位置の方向角度とマスアンバランスを定量的、且、正確に得ることを特徴としている。
【符号の説明】
【０１７０】
１００ 角度コマンド発生部
１０１ シーカ
１０１ａ ジンバル
１０２ トルカ信号検出部
１０３ 旋回コマンド発生部
１０４ 旋回台
１０５ 旋回角度検出部
１０６ フーリエ係数解析部
１０７ マスアンバランスベクトル演算部
１０８ 表示部
１０９ ジンバル駆動トルクモニタ出力
１１０ 旋回指令出力
１１１ 角度センサ出力
１１２ 測定制御信号
１１３ 回転テーブル
１１４ 操作部
１１５ 測定指令
１１６ 旋回完了信号
１１７ 旋回開始信号
１１８ 測定制御部
２０１ 重心位置
２０２ ジンバル回転軸
２０３ 旋回台基準方向
２０４ 供試体機軸方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は誘導飛翔体シーカの組立を完了したジンバル部に、最終的に生じたマスアンバランスを定量的に測定し、評価する装置に関するもので、マスアンバランスの総合調整実施段階においても使用される測定装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
誘導飛翔体シーカのジンバル部のマスアンバランスを測定する装置として、特許文献１（特開平４−７６４３１号公報）に記載されるものがある。特許文献１に記載される装置は、供試体のジンバルを機軸方向に向けるコマンドを与えたとき、ジンバルの角度制御動作において発生しているジンバルトルクモータに与えるトルクコマンドの電圧、又は、電流波形を、供試体を取り付けた旋回台を３６０度旋回させて取得し、得られた正弦波を直接観測し、その振幅と位相関係から、マスアンバランス量と重心位置ズレの方向を得ていた。
【０００３】
上記のような、マスアンバランス測定装置について図６を参照して説明する。
【０００４】
図６において、供試体であるシーカ６０１は、ジンバル６０１ａの方向が機軸に対する角度が「０」となるように制御されている。シーカ６０１からは、トルカ出力６１０が出力される。この時、トルカ出力６１０にはマスアンバランスによって発生するトルクを打ち消すための成分が含まれている。
【０００５】
旋回台６０２は測定において、ゆっくりと回転テーブル６１２を回転させる。トルカ電圧検出部６０４では、トルカ出力６１０を、トルク値ＴCに変換する。一方、旋回台６０２からは、回転テーブル６１２の旋回角度を示す旋回角出力６１１が出力され、回転角検出部６０３で旋回角θに変換される。
【０００６】
トルク値ＴCは、その時の旋回角θに対する値として、ＲＡＭ６０５に書き込まれ、回転テーブル６１２が一回転した時点で、計算機キーボード６０６の操作により、計算機入出力バス６０６を経由して計算機６０７に取り込まれて、旋回角θに対するトルク値ＴCがグラフとして計算機デスプレイ６０８に表示される。
【０００７】
図７は、計算機デスプレイ６０８に表示された波形の一例を示す図である。
【０００８】
図７に示されるように、計算機デスプレイ６０８には、マスアンバランスによって発生するトルクを打ち消すマスアンバランストルク成分振幅Ａを持つ正弦波の成分とシーカ６０１のサーボ回路動作に起因するオフセット電圧Ｂが重畳されたトルカ出力波形７０１が表示される。
【０００９】
計算機６０７は、プログラムにより、トルカ出力波形７０１のマスアンバランストルク成分振幅Ａと、その振幅が最大となる発生角θPを探索する。
【００１０】
図８は、図７に示したマスアンバランストルク成分振幅Ａが最大となる点における、ジンバル６０１ａの重心位置の関係を示している。図８において、供試体機軸方向７０４が重力方向と逆方向に一致させた旋回台６０４の基準方向７０３に対して回転角がθPとなった場合、重心位置の方向αと、回転角θPの和は、必ず旋回台６０４の基準方向７０３から、（３／２）πの角度となり、このことから、重心位置の方向αは、波形より得られたθPにより、
【００１１】
【数１】
【００１２】
となり、マスアンバランストルク成分振幅Ａは、ｍｇＬの値に一致し、従って、マスアンバランストルク成分振幅Ａと、振幅が最大となる発生角θPにより、マスアンバランスの発生状態を定量的に得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平４−７６４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
供試体となる製品の能力向上に伴い、マスアンバランスの発生量を低減することの要求が高いものとなっている。また、サーボ帯域の拡大により、測定すべき波形が雑音レベルと同程度となっている。これらにより、図７に示したトルカ出力波形７０１に含まれるアンバランスによる成分の測定を、サーボ動作による雑音成分に埋もれた状態で測定を行わなければならない。
【００１５】
また、マスアンバランスの検出において、ジンバルフリクションの影響を排除するため、従来の方法では測定に支障を来たすデザー波形をジンバル駆動に印加しなければならない。これらにより、以下のような課題が発生する。
【００１６】
第１の課題は、トルク量を測定するために観測するトルカ出力波形７０１に含まれるサーボ動作雑音のため、得られた波形から、マスアンバランストルク成分振幅Ａの値、及び、振幅が最大となる発生角θPの読み取りが困難であり、結果として、正確な測定ができないということである。
【００１７】
第２の課題は、より正確なマスアンバランスの測定のため、フリクションの影響を取り除くため、供試体のジンバルにデザー波形による振動を加える動作をしようとすると、トルカ出力波形７０１にアンバランス成分に比べて、遥かに大きなデザー波形による成分が重畳されるため、マスアンバランス成分であるマスアンバランストルク成分振幅Ａと振幅が最大となる発生角θPの読み取りが事実上、不可能になるということである。
【００１８】
本発明は、サーボ動作による雑音成分の影響を受けず、かつ、供試体のジンバルにデザー波形を印加しても、正確で定量的な測定手段を持ったジンバルのマスアンバランス測定装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明のジンバルのマスアンバランス測定装置は、ジンバルを備えたシーカを搭載する回転テーブルと、
測定開始タイミングを示す測定制御信号を出力する測定制御部と、
前記測定制御信号に示されるタイミングにより、一定の周期と振幅を示すデザー波形を前記シーカに対する角度指令に重畳させる首ふり角度指令値を生成する角度コマンド発生部と、
前記首ふり角度指令値および前記測定制御信号に応じて、前記デザー波形の周期の整数倍で前記回転テーブルが１回転する時間となるように旋回角を逐次更新し指定する旋回指令出力、および旋回動作の開始および１回転したことをそれぞれ示す旋回開始信号および旋回完了信号を生成する旋回コマンド発生部と、
前記旋回指令出力に応じて前記回転テーブルを回転させるとともに該回転テーブルの旋回角度を示す角度センサ出力を生成する旋回台と、
前記シーカが出力する前記ジンバルを駆動するトルクを示すジンバル駆動トルクモニタ出力をスケール変換して数値化することによりジンバル駆動トルク指令値ＴCとするトルク信号検出部と、
前記角度センサ出力を数値化して旋回角θとする旋回角度検出部と、
前記旋回完了信号が入力されるまで、前記ジンバル駆動トルク指令値ＴCと旋回角θとを対応させて、
【００２０】
【数２】
【００２１】
の積分演算を行い、フーリエ係数ａ1、ｂ1を求めるフーリエ係数解析部と、
前記フーリエ係数ａ1、ｂ1について、
【００２２】
【数３】
【００２３】
の計算を行い、マスアンバランストルク最大値｜Ｔc｜とジンバルの重心位置のズレ方向の角度を示すαを求めるマスアンバランスベクトル演算部とを備える。
【００２４】
本発明の他の形態によるジンバルのマスアンバランス測定装置は、
ジンバルを備えたシーカを搭載する回転テーブルと、
測定開始タイミングを示す測定制御信号を出力する測定制御部と、
前記測定制御信号に示されるタイミングにより、一定の周期と振幅を示すデザー波形を前記シーカに対する角度指令に重畳させる首ふり角度指令値を生成する角度コマンド発生部と、
前記首ふり角度指令値および前記測定制御信号に応じて、前記デザー波形の周期の整数倍で前記回転テーブルが１回転する時間となるように旋回角を逐次更新し指定する旋回指令出力、および旋回動作の開始および１回転したことをそれぞれ示す旋回開始信号および旋回完了信号を生成する旋回コマンド発生部と、
前記旋回指令出力に応じて前記回転テーブルを回転させるとともに該回転テーブルの旋回角度を示す角度センサ出力を生成する旋回台と、
前記シーカが出力する前記ジンバルを駆動するトルクを示すジンバル駆動トルクモニタ出力をスケール変換して数値化することによりジンバル駆動トルク指令値ＴCとするトルク信号検出部と、
前記角度センサ出力を数値化して旋回角θとする旋回角度検出部と、
前記旋回完了信号が入力されるまで、前記ジンバル駆動トルク指令値ＴCと旋回角θとを対応させて、
【００２５】
【数４】
【００２６】
の積分演算を行い、フーリエ係数ａ1、ｂ1を求め、
前記フーリエ係数ａ1、ｂ1について、
【００２７】
【数５】
【００２８】
の計算を行い、マスアンバランストルク最大値｜Ｔc｜とジンバルの重心位置のズレ方向の角度を示すαを求める計算機とを備える。
【００２９】
本発明のジンバルのマスアンバランス測定方法は、ジンバルを備えたシーカを搭載する回転テーブルを備えた測定装置で行われるジンバルのマスアンバランス測定方法であって、
前記シーカの機軸に対する前記ジンバルの角度を、デザー振動波形を重畳した状態で一定角方向に向けた状態とし、前記回転テーブルを旋回させることにより得られるジンバル駆動トルク指令値を取得し、これをフーリエ級数解析することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
第１の効果は、フーリエ級数の基本波成分のみを抽出するための積分演算により、供試体のサーボ動作で発生する雑音成分を平均化抑圧できることである。
【００３１】
第２の効果は、フーリエ級数の基本波成分のみを抽出するため、サーボ動作で避けがたい供試体のジンバル駆動トルク波形に含まれるオフセット成分を完全に除去できことである。
【００３２】
第３の効果は、ジンバル駆動トルク波形に基本波に対して整数分の一の周期を持っていた場合は、フーリエ係数算出演算により、完全に除去できることから、マスアンバランス測定の誤差の原因となるジンバルのフリクションの影響を少なくするために充分な振幅による振動のデザー波形をジンバルに加えることができることである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明によるマスアンバランス測定装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した実施形態における供試体のジンバルにおけるとジンバル重心ズレ位置とマスアンバランストルク発生量との関係を示す図である。
【図３】供試体のマスアンバランスを測定する測定系の構成を示すブロック図である。
【図４】本実施形態の動作を示す波形図である。
【図５】本発明の他の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図６】マスアンバランス測定装置を説明するための図である。
【図７】図６中の計算機デスプレイ６０８に表示された波形の一例を示す図である。
【図８】図７に示したマスアンバランストルク成分振幅Ａが最大となる点における、ジンバル６０１ａの重心位置の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
次に、本発明による実施形態について図面を参照して説明する。
【００３５】
図１は本発明によるマスアンバランス測定装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。図２は、図１に示した実施形態における供試体のジンバルにおけるとジンバル重心ズレ位置とマスアンバランストルク発生量との関係を示す図である。図３は、供試体のマスアンバランスを測定する測定系の構成を示すブロック図である。図４は、本実施形態の動作を示す波形図である。
【００３６】
図１において、角度コマンド発生部１００は、測定制御部１１８で発生した測定制御信号１１２中の測定開始タイミング信号により、フリクションの影響を抑えるために必要となる一定の周期と振幅を持つデザー波形を生成し、供試体機軸に対する角度指令「０」の指令値に重畳して首振角度指令値
【００３７】
【数６】
【００３８】
として、供試体であるシーカ１０１へ出力すると同時に旋回コマンド発生部１０３に出力する。
【００３９】
旋回コマンド発生部１０３は、首振角度指令値
【００４０】
【数７】
【００４１】
と測定制御信号１１２に基づきデザー波形の周期の整数倍で回転テーブル１１３が１回転する時間となるように旋回角を逐次更新し指定する旋回指令出力１１０を旋回台１０４へ出力する。
【００４２】
また、旋回コマンド発生部１０３は旋回台１０４が旋回を開始するときに、旋回開始信号１１７を発生し、また、１回転した点の旋回角を発生した時点では、旋回完了信号１１６を発生して、フーリエ係数解析部１０６及び、マスアンバランスベクトル演算部１０７に出力する。
【００４３】
旋回台１０４は、この旋回指令出力１１０に従って、供試体を固定した回転テーブル１１３を旋回させる動作をする。供試体であるシーカ１０１は、ジンバル１０１ａを駆動するトルクを示すジンバル駆動トルクモニタ出力１０９を生成し、該ジンバル駆動トルクモニタ出力１０９は、トルカ信号検出部１０９でジンバル駆動トルク指令値ＴCにスケール変換され数値化されて、フーリエ係数解析部１０６に出力される。
【００４４】
旋回台１０４は、回転テーブル１１３の旋回角度を検出する機能を備えるもので、該旋回角度を示す角度センサ出力１１１は、旋回角度検出部１０５において数値化されて、旋回角θとしてフーリエ係数解析部１０６の入力端に出力される。
【００４５】
フーリエ係数解析部１０６では、旋回完了信号１１６が入力される時点まで、旋回角θと、この時に入力されたジンバル駆動トルク指令値ＴCを対応表の形式で蓄えて、
【００４６】
【数８】
【００４７】
の積分演算を行い、旋回完了信号１１６が入力された時点でフーリエ係数ａ1、ｂ1としてマスアンバランスベクトル演算部１０７に出力する。
【００４８】
旋回開始信号１１７が入力された時点で、フーリエ係数解析部１０６の積分演算結果はクリアされる。
【００４９】
マスアンバランスベクトル演算部１０７では、旋回完了信号１１６が入力された時点で、フーリエ係数ａ1、ｂ1を入力し、これらの値により、
【００５０】
【数９】
【００５１】
の計算を行い、マスアンバランストルク最大値｜Ｔc｜とジンバルの重心位置のズレ方向の角度を示すαを表示部１０８に出力する。
【００５２】
表示部１０８では、入力された｜Ｔc｜とαにより、表示部１０８の画面上に、これらの値の数値を表示する。また、測定指令１１５に基づき、測定者の便宜のため、必要に応じて、測定によって得られた旋回台１０４の旋回角θを横軸にしたマスアンバランストルクＴｕの抽出波形に相当する
【００５３】
【数１０】
【００５４】
の式による波形と、トルカ信号検出部１０２から出力されるジンバル駆動トルク指令値ＴCをグラフ化して表示する。
【００５５】
操作者は、操作部１１４を操作することにより、表示部１０８及び、測定制御部１１８に対し、測定指令１１５を出力する。測定制御部１１８は、測定指令１１５に基づき、測定開始タイミングを示す測定制御信号１１２を角度コマンド発生部１００及び旋回コマンド発生部１０３に出力する。
【００５６】
次に、図１に示したマスアンバランス測定装置の動作を説明する。
【００５７】
図１に示すマスアンバランス測定装置は、角度コマンド発生部１００が、供試体であるシーカ１０１に対して、供試体内のジンバル部１０１ａのフリクションの影響を抑えるために必要となる一定の周期と振幅を持つデザー波形を生成し、供試体機軸に対して角度指令「０」の指令値に重畳して首振角度指令値
【００５８】
【数１１】
【００５９】
として出力する。一方、この首振角度指令値
【００６０】
【数１２】
【００６１】
は、同時に旋回コマンド発生部１０３に供給される。旋回コマンド発生部１０３では旋回台１０４をデザー波形の周期の整数倍の時間で１回転するための旋回角速度ωで旋回台１０４が旋回するように旋回指令出力１１０を出力する。
【００６２】
図２において、旋回角、つまり、重力方向に一致する旋回台１０４の基準方向である旋回台基準方向２０３から、旋回台１０４が旋回して、供試体機軸方向２０４との角度がθとなった場合、仮に、ジンバル１０１ａの重心位置２０１が、ジンバル回転軸２０２からの距離がＬで、その方向が供試体機軸方向２０４からαであるとすると、ジンバル回転部分の全質量がｍである場合には、重力加速度ｇにより、
【００６３】
【数１３】
【００６４】
のマスアンバランストルクＴUが発生する。この式が示す通り、旋回角θに対するマスアンバランストルクＴUは、位相がαだけ進んだ、振幅がｍｇＬの値を持つ正弦波である。
【００６５】
供試体であるシーカ１０１の角度制御を行うための制御ブロック図の一例を図３に示している。
【００６６】
図３において、首振角度指令値
【００６７】
【数１４】
【００６８】
に対するジンバル首振角θGとの差分を得る加算機能３０１と、その差分に基づいてジンバルを首振角度指令値
【００６９】
【数１５】
【００７０】
に一致させるためにジンバルを動かすために適切なジンバル角速度指令
【００７１】
【数１６】
【００７２】
を得る
角度制御利得要素３０７と、ジンバル角速度指令
【００７３】
【数１７】
【００７４】
に対する機軸に対するジンバルの角速度との差分を得る加算機能３０２と、その差分に基づいてジンバルをジンバル角速度指令
【００７５】
【数１８】
【００７６】
に一致させ、動かすために適切なトルクモータへのジンバル駆動トルク指令ＴCを得るための角速度制御利得要素３０３と、ジンバル駆動トルク指令ＴCにより、ジンバルを回転させるためのトルクを発生するトルクモータ３１１により構成され、ジンバルは、マスアンバランストルク加算要素３０４で表現されている通り、トルクモータ３１１で発生したトルクに、マスアンバランストルクＴｕが加わりジンバルに加わる。
【００７７】
このトルクによって、ジンバルはジンバル系伝達関数３０５に従った応答により、ジンバル角速度
【００７８】
【数１９】
【００７９】
を生じ、その結果として、ジンバル角速度
【００８０】
【数２０】
【００８１】
の積分値として、ジンバル首振角度θGが変化することになる。ジンバル角速度
【００８２】
【数２１】
【００８３】
はタコメータ３０９により検出され、電気信号に変換され加算要素３０２に帰還される。ジンバル首振角度θGは、角度センサ３１０により検出され、電気信号に変換されて加算要素３０１に帰還される。
【００８４】
上記の構成により、供試体のジンバル系３０８は、首振角度指令値
【００８５】
【数２２】
【００８６】
に追従するようにジンバル首振角θGが変化することになる。このようにして、供試体であるシーカ１０１のジンバルの首振り角は、首振角度指令値
【００８７】
【数２３】
【００８８】
に従う動作をするが、シーカ１０１からは、この追従動作において発生するジンバル駆動トルク指令をジンバル駆動トルクモニタ出力１０９として出力する。
【００８９】
図３のブロック図から分かるとおり、
【００９０】
【数２４】
【００９１】
は、
【００９２】
【数２５】
【００９３】
の関係があることから、ジンバル駆動トルク指令ＴCは、
【００９４】
【数２６】
【００９５】
で表すことができる。
【００９６】
ここで、首振角度指令値
【００９７】
【数２７】
【００９８】
を「０」に固定したことを考えると、マスアンバランストルクＴｕに対してのジンバル角速度
【００９９】
【数２８】
【０１００】
への応答についての伝達関数
【０１０１】
【数２９】
【０１０２】
は、
【０１０３】
【数３０】
【０１０４】
となるため、旋回台１０４の旋回速度を遅くすることによって、正弦波形である、マスアンバランストルクＴｕの周期が充分に長大きくなり、ジンバル角速度
【０１０５】
【数３１】
【０１０６】
を「０」に近づけることができることになり、（数式３）は、
【０１０７】
【数３２】
【０１０８】
の関係となって、ジンバル駆動トルクモニタ出力１０９には、マスアンバランストルクＴｕの逆相の波形を得ることができる。実際は、フリクションの影響を除去するためのデザー波形を、首振角度指令値
【０１０９】
【数３３】
【０１１０】
とするため、この波形によるジンバル角速度
【０１１１】
【数３４】
【０１１２】
の変化が重畳され、更に、サーボ回路動作によるオフセット成分を含む雑音成分が加算された波形がジンバル駆動トルクモニタ出力１０９に出力されることになる。
【０１１３】
上記のようにして、ジンバル駆動トルクモニタ出力１０９にはマスアンバランスによって発生する重力によるジンバルの回転軸周りに、旋回角θに対応するマスアンバランストルクを打ち消すためのトルク指令分が加算したものとして供試体から出力されることになる。
【０１１４】
トルカ信号検出部１０２は、ジンバル駆動トルクモニタ出力１０９の信号をジンバル駆動トルク指令値ＴCにスケール変換してフーリエ係数解析部１０６に出力する。一方、旋回角度検出部１０５は、旋回台１０４から出力される角度センサ出力１１１を角度データに変換し、旋回台１０４の旋回角θとしてフーリエ係数解析部１０６のもう一方の入力端に出力する。
【０１１５】
フーリエ係数解析部１０６では、得られた旋回台１０４の旋回角θと、その時に発生しているジンバル駆動トルク指令値ＴCを元に、
【０１１６】
【数３５】
【０１１７】
の積分演算を行い、もともとのマスアンバランストルクＴｕによって発生した（数式１）の成分に対応する正弦波のフーリエ係数ａ1、ｂ1を求める。
【０１１８】
ここで、オフセット等の直流成分と、連続した周期性を持つ波形は、ｋを整数とした場合、フーリエ級数により、
【０１１９】
【数３６】
【０１２０】
で表すことができる。従って、一般的には、ジンバル駆動トルク指令値ＴCは、周期性の無いサーボ動作雑音等の成分Ｎ（ｔ）が、（数式７）に示す周期性を持った成分に加わった波形として考えることができるため、
【０１２１】
【数３７】
【０１２２】
で表すことができる。
【０１２３】
ここで、フリクションの影響を抑えるために一定の周期と振幅を持つデザー波形を生成し、供試体機軸に対して角度指令「０」の指令値に重畳した、首振角度指令値
【０１２４】
【数３８】
【０１２５】
によるジンバル駆動トルク指令値ＴCに含まれる成分は、マスアンバランストルクＴｕによって発生した波形の周波数の整数倍に選ばれており、デザー波形の歪みによる高調波成分を含んでマスアンバランストルクＴｕの周波数成分への重なりの無い周期性のある波形として扱え、（数式８）右辺の第２項の成分に含まれ、かつ、マスアンバランストルクＴｕの成分に対応するフーリエ係数ａ1、ｂ1には含まれないことになる。
【０１２６】
従って、前記の（数式６ａ）及び、（数式６ｂ）の演算結果は、それぞれ、
【０１２７】
【数３９】
【０１２８】
となり、マスアンバランストルクＴｕの成分に対応するフーリエ係数ａ1、ｂ1と、サーボ動作雑音等の雑音成分Ｎ(t)による、成分ｎa、ｎbが加算された結果となる。
【０１２９】
ここで、ｎa、ｎbは、（数式９ａ）、（数式９ｂ）から分かる通り、旋回台１０４の１回転する時間に相当する時間Ｔを充分に大きくすることにより、平均化され無視できる程度に小さくすることができ、周期関数成分のフーリエ係数ａ1、ｂ1として扱える。つまり、旋回台１０４の１回転する時間を、実用上ｎa、ｎbを無視できる程度に大きくした場合、（数式９ａ）、（数式９ｂ）の結果は、デザー波形の成分を含まないマスアンバランストルクＴｕにより発生したジンバル駆動トルク指令値ＴCのフーリエ係数ａ1、ｂ1として扱うことができ、また、（数式１）と（数式５）の関係から、
【０１３０】
【数４０】
【０１３１】
の関係を持つことを意味している。この（数式１０）の左辺側は、
【０１３２】
【数４１】
【０１３３】
で表すことができるため、
【０１３４】
【数４２】
【０１３５】
の関係があることが分かる。
【０１３６】
このようにして、フーリエ係数解析部１０６で得られたフーリエ係数ａ1、ｂ1は、マスアンバランスベクトル演算部１０７に出力される。
【０１３７】
マスアンバランスベクトル演算部１０７では、（数式１１ｂ）、（数式１１ｃ）の関係を用いて、フーリエ係数ａ1、ｂ1の値から、
【０１３８】
【数４３】
【０１３９】
の計算を用いて、マスアンバランストルク最大値｜ＴC｜とジンバルの重心位置のズレ方向を示す供試体機軸方向２０４からの角度αを得る。
【０１４０】
ここで、角度αの値域はジンバルの重心位置方向を示す角度であることから（−π）から（π）の範囲でなければならないが、通常、（数式１２ｂ）により得られる計算結果の値域は、通常（−π／２）から（π／２）の範囲に限定されているため、この場合は、
ｂ１が正の場合、
【０１４１】
【数４４】
【０１４２】
ａ1が正でｂ1が負の場合、
【０１４３】
【数４５】
【０１４４】
ａ1とｂ1が共に負の場合、
【０１４５】
【数４６】
【０１４６】
の計算により値域を（−π）から（π）の範囲に拡張する。
【０１４７】
このようにして得られた、マスアンバランストルク最大値｜ＴC｜とジンバルの重心位置のズレ方向を示す供試体機軸方向２０４からの角度αは、マスアンバランスベクトル量｜ＴC｜＜αとして表示部１０８に出力される。
【０１４８】
表示部１０８ではマスアンバランスベクトル量を操作者に測定結果として表示することにより、供試体ジンバル部１０１ａに生じているマスアンバランス量を操作者が定量的に知ることができる。
【０１４９】
以上の動作を、図４を用いてさらに詳細に説明する。
【０１５０】
図４において、図１に示した旋回台１０４の旋回角θが変化した時、シーカ１０１のジンバル部１０１ａのマスアンバランス成分は、図4の４０１に示すように重心位置方向角αだけ位相が進んだ振幅がｍｇＬの値を持つ正弦波となる。
【０１５１】
この場合、シーカ１０１から出力されるジンバル駆動トルクモニタ出力１０９の波形は、サーボ動作により、マスアンバランス成分を打ち消すことにより生じる図4の４０１と等しい逆相の波形に、首振角度指令値
【０１５２】
【数４７】
【０１５３】
として、供試体であるシーカ１０１に入力されているデザー波形による駆動トルクおよび、サーボ動作におけるオフセット成分と雑音が加わり、図4の４０２に示す波形となる。この波形４０２は、フーリエ係数解析部１０６における演算で、フーリエ係数ａ1、ｂ1が得られ、マスアンバランスベクトル演算部１０７において、
【０１５４】
【数４８】
【０１５５】
とαの値が得られる。この
【０１５６】
【数４９】
【０１５７】
とαは、ジンバル駆動トルクモニタ出力１０９の波形の基本波成分の振幅と位相に相当するため、旋回角θに対する三角関数
【０１５８】
【数５０】
【０１５９】
で表すことができ、この波形は、図4の４０３で示すものとなる。
【０１６０】
このようにして、供試体に発生している図4の波形４０１に示されるマスアンバランストルク成分は、ジンバル駆動トルクモニタ出力１０９の波形である図4の４０２に示す波形から、デザーの波形とオフセット及び、雑音成分が除去されて、図4の４０３の波形として抽出されたことになり、前記の式（数式５）の関係から、この、図4の４０３の波形の逆相が、図4の４０１のマスアンバランス成分に一致していることになる。
【０１６１】
以上説明したように、本実施形態においては、フーリエ係数解析部１０６において、得られた旋回台１０４の旋回角θと、その時に発生しているジンバル駆動トルク指令値ＴCを元にフーリエ係数解析部１０６でマスアンバランストルクＴｕの成分に対応するフーリエ級数の基本波成分のみを抽出している。
【０１６２】
また、マスアンバランス測定の誤差の原因となるジンバルのフリクションの影響を少なくするために必要となる充分な振幅による振動を基本波周期、つまり、回転テーブル１１３を１回転させる時間に対して整数分の一の周期でデザー波形としてジンバルに加えることができる角度コマンド発生部１００と旋回コマンド発生部１０３を備えているので、以下に記載するような正確にマスアンバランスの測定を行うための以下の効果を奏する。
【０１６３】
本発明の他の実施形態として、その基本的構成は上記の通りであるが、図１に示したフーリエ係数解析部１０６、マスアンバランスベクトル演算部１０７、操作部１１４及び、表示部１０８の持つ機能は、プログラムによる処理への置き換えが可能であるため、この部分を計算機に構成を置き換えて、図５に示す構成とすることができる。
【０１６４】
図５において、トルカ信号検出部１０２からのジンバル駆動トルク指令ＴC、旋回角度検出部１０５からの旋回角θ、旋回コマンド発生部１０３からの旋回完了信号１１６及び、旋回開始信号１１７は、計算機インターフェース５０５に入力され、計算機入出力バス５０４を経由して計算機５０１に取り込まれる。
【０１６５】
これらの信号を基に、計算機５０１では、プログラム処理により、図１に示したフーリエ係数解析部１０６、マスアンバランスベクトル演算部１０７及び、表示部１０８で行っている演算処理及び、表示処理を行って、計算機デスプレイ５０３に出力する。計算機デスプレイ５０３は、計算機５０１におけるプログラム処理により得られた
｜ＴC｜とαを画面上に表示する。
【０１６６】
本構成の操作者による測定指示は、計算機キーボード５０２により、計算機５０１に取り込まれ処理に反映されると同時に、計算機入出力バス５０４と計算機インターフェース５０５を経由して測定指令１１５を測定制御部１１８に出力する。
【０１６７】
図５におけるその他の部分の構成は図１と同じであり、また、動作も図１におけるフーリエ係数解析部１０６、マスアンバランスベクトル演算部１０７、操作部１１４及び、表示部１０８の持つ機能は、プログラムによる処理への置き換えを行う構成であるため、置き換えた部分以外の構成の説明及び、図５の構成の動作説明は省略する。
【０１６８】
上記のように構成される本発明は、供試体である誘導飛翔体シーカのジンバルに生じているマスアンバランスを、供試体を回転テーブルに固定し、供試体の機軸に対するジンバル角を、デザー振動波形を重畳した状態で一定角方向に向ける角度制御動作を行わせた状態とし、回転テーブルを旋回させることにより得られるジンバルトルク指令値を取得し、これをフーリエ級数解析する。
【０１６９】
回転テーブルが１周する周期と同一の周期をもつ重力によるマスアンバランストルクを打ち消すトルクコマンドの波形に相当する基本波成分のみを抽出することにより、フリクションの影響をなくすために加えることによって生じた不要なデザー振動波形成分除去しつつ、サーボ動作雑音成分を抑制してジンバルに発生しているマスアンバランス量を評価軸周りのジンバル重心位置の方向角度とマスアンバランスを定量的、且、正確に得ることを特徴としている。
【符号の説明】
【０１７０】
１００ 角度コマンド発生部
１０１ シーカ
１０１ａ ジンバル
１０２ トルカ信号検出部
１０３ 旋回コマンド発生部
１０４ 旋回台
１０５ 旋回角度検出部
１０６ フーリエ係数解析部
１０７ マスアンバランスベクトル演算部
１０８ 表示部
１０９ ジンバル駆動トルクモニタ出力
１１０ 旋回指令出力
１１１ 角度センサ出力
１１２ 測定制御信号
１１３ 回転テーブル
１１４ 操作部
１１５ 測定指令
１１６ 旋回完了信号
１１７ 旋回開始信号
１１８ 測定制御部
２０１ 重心位置
２０２ ジンバル回転軸
２０３ 旋回台基準方向
２０４ 供試体機軸方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジンバルを備えたシーカを搭載する回転テーブルと、
測定開始タイミングを示す測定制御信号を出力する測定制御部と、
前記測定制御信号に示されるタイミングにより、一定の周期と振幅を示すデザー波形を前記シーカに対する角度指令に重畳させる首ふり角度指令値を生成する角度コマンド発生部と、
前記首ふり角度指令値および前記測定制御信号に応じて、前記デザー波形の周期の整数倍で前記回転テーブルが１回転する時間となるように旋回角を逐次更新し指定する旋回指令出力、および旋回動作の開始および１回転したことをそれぞれ示す旋回開始信号および旋回完了信号を生成する旋回コマンド発生部と、
前記旋回指令出力に応じて前記回転テーブルを回転させるとともに該回転テーブルの旋回角度を示す角度センサ出力を生成する旋回台と、
前記シーカが出力する前記ジンバルを駆動するトルクを示すジンバル駆動トルクモニタ出力をスケール変換して数値化することによりジンバル駆動トルク指令値ＴCとするトルク信号検出部と、
前記角度センサ出力を数値化して旋回角θとする旋回角度検出部と、
前記旋回完了信号が入力されるまで、前記ジンバル駆動トルク指令値ＴCと旋回角θとを対応させて、
【数１】
の積分演算を行い、フーリエ係数ａ1、ｂ1を求めるフーリエ係数解析部と、
前記フーリエ係数ａ1、ｂ1について、
【数２】
の計算を行い、マスアンバランストルク最大値｜Ｔc｜とジンバルの重心位置のズレ方向の角度を示すαを求めるマスアンバランスベクトル演算部とを備える、ジンバルのマスアンバランス測定装置。
【請求項２】
ジンバルを備えたシーカを搭載する回転テーブルと、
測定開始タイミングを示す測定制御信号を出力する測定制御部と、
前記測定制御信号に示されるタイミングにより、一定の周期と振幅を示すデザー波形を前記シーカに対する角度指令に重畳させる首ふり角度指令値を生成する角度コマンド発生部と、
前記首ふり角度指令値および前記測定制御信号に応じて、前記デザー波形の周期の整数倍で前記回転テーブルが１回転する時間となるように旋回角を逐次更新し指定する旋回指令出力、および旋回動作の開始および１回転したことをそれぞれ示す旋回開始信号および旋回完了信号を生成する旋回コマンド発生部と、
前記旋回指令出力に応じて前記回転テーブルを回転させるとともに該回転テーブルの旋回角度を示す角度センサ出力を生成する旋回台と、
前記シーカが出力する前記ジンバルを駆動するトルクを示すジンバル駆動トルクモニタ出力をスケール変換して数値化することによりジンバル駆動トルク指令値ＴCとするトルク信号検出部と、
前記角度センサ出力を数値化して旋回角θとする旋回角度検出部と、
前記旋回完了信号が入力されるまで、前記ジンバル駆動トルク指令値ＴCと旋回角θとを対応させて、
【数３】
の積分演算を行い、フーリエ係数ａ1、ｂ1を求め、
前記フーリエ係数ａ1、ｂ1について、
【数４】
の計算を行い、マスアンバランストルク最大値｜Ｔc｜とジンバルの重心位置のズレ方向の角度を示すαを求める計算機とを備える、ジンバルのマスアンバランス測定装置。
【請求項３】
ジンバルを備えたシーカを搭載する回転テーブルを備えた測定装置で行われるジンバルのマスアンバランス測定方法であって、
前記シーカの機軸に対する前記ジンバルの角度を、デザー振動波形を重畳した状態で一定角方向に向けた状態とし、前記回転テーブルを旋回させることにより得られるジンバル駆動トルク指令値を取得し、これをフーリエ級数解析することを特徴とするジンバルのマスアンバランス測定方法。
【請求項１】
ジンバルを備えたシーカを搭載する回転テーブルと、
測定開始タイミングを示す測定制御信号を出力する測定制御部と、
前記測定制御信号に示されるタイミングにより、一定の周期と振幅を示すデザー波形を前記シーカに対する角度指令に重畳させる首ふり角度指令値を生成する角度コマンド発生部と、
前記首ふり角度指令値および前記測定制御信号に応じて、前記デザー波形の周期の整数倍で前記回転テーブルが１回転する時間となるように旋回角を逐次更新し指定する旋回指令出力、および旋回動作の開始および１回転したことをそれぞれ示す旋回開始信号および旋回完了信号を生成する旋回コマンド発生部と、
前記旋回指令出力に応じて前記回転テーブルを回転させるとともに該回転テーブルの旋回角度を示す角度センサ出力を生成する旋回台と、
前記シーカが出力する前記ジンバルを駆動するトルクを示すジンバル駆動トルクモニタ出力をスケール変換して数値化することによりジンバル駆動トルク指令値ＴCとするトルク信号検出部と、
前記角度センサ出力を数値化して旋回角θとする旋回角度検出部と、
前記旋回完了信号が入力されるまで、前記ジンバル駆動トルク指令値ＴCと旋回角θとを対応させて、
【数１】
の積分演算を行い、フーリエ係数ａ1、ｂ1を求めるフーリエ係数解析部と、
前記フーリエ係数ａ1、ｂ1について、
【数２】
の計算を行い、マスアンバランストルク最大値｜Ｔc｜とジンバルの重心位置のズレ方向の角度を示すαを求めるマスアンバランスベクトル演算部とを備える、ジンバルのマスアンバランス測定装置。
【請求項２】
ジンバルを備えたシーカを搭載する回転テーブルと、
測定開始タイミングを示す測定制御信号を出力する測定制御部と、
前記測定制御信号に示されるタイミングにより、一定の周期と振幅を示すデザー波形を前記シーカに対する角度指令に重畳させる首ふり角度指令値を生成する角度コマンド発生部と、
前記首ふり角度指令値および前記測定制御信号に応じて、前記デザー波形の周期の整数倍で前記回転テーブルが１回転する時間となるように旋回角を逐次更新し指定する旋回指令出力、および旋回動作の開始および１回転したことをそれぞれ示す旋回開始信号および旋回完了信号を生成する旋回コマンド発生部と、
前記旋回指令出力に応じて前記回転テーブルを回転させるとともに該回転テーブルの旋回角度を示す角度センサ出力を生成する旋回台と、
前記シーカが出力する前記ジンバルを駆動するトルクを示すジンバル駆動トルクモニタ出力をスケール変換して数値化することによりジンバル駆動トルク指令値ＴCとするトルク信号検出部と、
前記角度センサ出力を数値化して旋回角θとする旋回角度検出部と、
前記旋回完了信号が入力されるまで、前記ジンバル駆動トルク指令値ＴCと旋回角θとを対応させて、
【数３】
の積分演算を行い、フーリエ係数ａ1、ｂ1を求め、
前記フーリエ係数ａ1、ｂ1について、
【数４】
の計算を行い、マスアンバランストルク最大値｜Ｔc｜とジンバルの重心位置のズレ方向の角度を示すαを求める計算機とを備える、ジンバルのマスアンバランス測定装置。
【請求項３】
ジンバルを備えたシーカを搭載する回転テーブルを備えた測定装置で行われるジンバルのマスアンバランス測定方法であって、
前記シーカの機軸に対する前記ジンバルの角度を、デザー振動波形を重畳した状態で一定角方向に向けた状態とし、前記回転テーブルを旋回させることにより得られるジンバル駆動トルク指令値を取得し、これをフーリエ級数解析することを特徴とするジンバルのマスアンバランス測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１６９４２１（Ｐ２０１０−１６９４２１Ａ）
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９８４１（Ｐ２００９−９８４１）
【出願日】平成２１年１月２０日（２００９．１．２０）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２０日（２００９．１．２０）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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