FI91198B - Method for mechanical stabilization - Google Patents
Method for mechanical stabilization Download PDFInfo
- Publication number
- FI91198B FI91198B FI914944A FI914944A FI91198B FI 91198 B FI91198 B FI 91198B FI 914944 A FI914944 A FI 914944A FI 914944 A FI914944 A FI 914944A FI 91198 B FI91198 B FI 91198B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- piece
- connection
- ship
- support body
- gravity
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 29
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 title description 7
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 title description 7
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 23
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 16
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 14
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 2
- 101000604097 Xenopus laevis Homeobox protein notochord Proteins 0.000 claims 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 claims 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 claims 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 208000031872 Body Remains Diseases 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/12—Supports; Mounting means
- H01Q1/18—Means for stabilising antennas on an unstable platform
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Description
9119891198
Menetelmä mekaaniseen stabilointiinMethod for mechanical stabilization
Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä mekaanisen kappaleen stabilointiin 5 tukialustan liikkeistä riippumatta. Käyttämällä keksinnön mukaista menetelmää kappale pysyy ja pystytään pitämään halutussa asennossa maan vetovoimakent-tään nähden, vaikka kappaletta tukeva tukialusta kallistelee ja/tai liikkuu eri suuntiin. Eräs sovellus, 10 jossa menetelmän soveltaminen on erittäin tarpeellista, on laivan satelliittiantenni.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 for stabilizing a mechanical body 5 independently of the movements of the support base. Using the method according to the invention, the body remains and is able to be held in the desired position with respect to the ground's gravitational field, even if the support base supporting the body tilts and / or moves in different directions. One application 10 in which the application of the method is very necessary is a satellite dish of a ship.
Mekaaninen stabilointi suoritetaan nykyisin käytännössä useimmiten siten, että kappaleen tukialustaansa 15 aiheuttamat hitausmomentit ja tukialustan liikkeet kompensoidaan erilaisilla aktiivisilla toimilaitteilla niin, että kappale pysyy halutussa asennossa. Kappaleen kulloinenkin asento mitataan suhteessa maan vetovoima-kenttään ja poikkeama halutusta asennosta korjataan 20 ohjaamalla toimilaitteita poikkeaman poistamiseksi.In practice, mechanical stabilization is now most often carried out in such a way that the moments of inertia caused by the body on its support base 15 and the movements of the support base are compensated by various active actuators so that the body remains in the desired position. The current position of the body is measured in relation to the gravitational field of the ground and the deviation from the desired position is corrected by controlling the actuators to eliminate the deviation.
Tämän menetelmän ongelmana on saavutettavan stabiloin-tinopeuden rajallisuus. Kiihtyvyyksien ja tukialustan liikenopeuksien noustessa yli toimilaitteen ja sitä 25 ohjaavan laitteiston maksimivastenopeuden, kappale poikkeaa halutusta asennosta. Lisäksi toimilaitteiden ja mittausantureiden kalleus rajoittaa stabiloinnin käyttöaluetta.The problem with this method is the limited stabilization rate that can be achieved. As the accelerations and the movement speeds of the support base exceed the maximum response speed of the actuator and the equipment controlling it, the body deviates from the desired position. In addition, the high cost of actuators and measuring sensors limits the range of application for stabilization.
30 Toinen nykyisin käytössä oleva stabilointimenetelmä perustuu vauhtipyörän pyörintäakselin asentoa ylläpitävän hyrrävoiman hyväksikäyttöön. Kappale tuetaan tällöin painopisteensä yläpuolelta, jolloin maan vetovoima pyrkii vetämään kappaleen haluttuun asentoon.30 Another method of stabilization currently in use is based on the use of a vortex force to maintain the position of the axis of rotation of the flywheel. The piece is then supported above its center of gravity, whereby the gravity of the ground tends to pull the piece to the desired position.
35 Tämän menetelmän ongelmana on suurien sivuttaiskiih- tyvyyksien aiheuttama asennon muuttuminen sekä hyrrään kohdistuvien kiihtyvyyksien aiheuttama hyrräakselin kääntyminen.35 The problem with this method is the change in position caused by large lateral accelerations and the rotation of the vortex axis caused by the accelerations applied to the vortex.
2 Tämän keksinnön tarkoituksena on edellä esitettyjen epäkohtien poistaminen mitä suurimmassa määrin ja siten alalla vallitsevan tekniikan tason kohottaminen. Tämän tarkoituksen saavuttamiseksi keksinnön mukaiselle 5 menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, että - kappale tuetaan olennaisesti painopisteensä kohdalta siten, että kappaleeseen kohdistuvien kiityvyyksien aiheuttamat hitausmomentit kumoutuvat, että 10 - kappaleen asennon ylläpitämiseksi maan vetovoima- kentän suhteen ja kappaleen asentoa muuttamaan pyrkivien voimien, erityisesti kitkan vaikutuksen poistamiseksi mitataan kappaleen ja/tai tukirungon liiketilaa, ja että 15 - ylläpidetään mittaustulosten perusteella kappaleen asentoa olennaisesti kosketuksettomalla periaatteella toimivilla voimilla, jotka synnytetään tarvittaessa mittaustulosten perusteella.The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks as much as possible and thus to increase the state of the art in the art. To achieve this object, the method 5 according to the invention is mainly characterized in that - the body is supported substantially at its center of gravity so that the moments of inertia caused by the attachments to the body are canceled, and 10 - to maintain the position of the body with respect to the gravitational field of the body. to remove the movement space of the body and / or the support frame, and that 15 - on the basis of the measurement results, maintain the position of the body with forces acting on a substantially non-contact principle, generated, if necessary, on the basis of the measurement results.
20 Keksinnön mukainen menetelmä perustuu siis ensinnäkin siihen, että stabiloitava, toiminnallinen kappale, kuten satelliittiantenni tuetaan pienikitkaisesti painopisteestään tai läheltä painopistettään. Käytännössä tämä ei ole useinkaan mahdollista, erityisesti 25 satelliittiantennisovellutuksissa, joten painopiste voidaan siirtää menetelmän soveltamisen ja erityisesti toiminnallisen kappaleen toimintojen vaatimaan kohtaan kiinnittämällä toiminnalliseen kappaleeseen ainakin yksi vastapaino. Em. kokonaiskappale voidaan tällöin 30 tukea tukialustaan liittyvään tukirunkoon, jolla kokonaiskappaleen painopiste kohotetaan tukialustan pinnasta. Kokonaiskappaleen ollessa näin tuettu kaikensuuntaisten kiihtyvyyksien kokonaiskappaleeseen aiheuttamat hitausmomentit kumoutuvat. Kokonaiskap-35 paleella tarkoitetaan tässä yhteydessä siis sellaista yhdistelmää, joka käytännön vaatimuksista johtuen koostuu toiminnallisesta kappaleesta, kuten satelliittiantennista, jonka suuntaus on ylläpidettävä alle 3 91198 asteen tarkkuudella suunnattuna satelliittisuuntaan tukialustan liikkeistä huolimatta, ja yhdestä tai useammasta vastapainosta, joka vaaditaan rakenteellisesti edellä mainittujen toiminnallisen kappaleen 5 toimintojen aikaansaamiseksi.Thus, the method according to the invention is based, firstly, on the fact that the functional body to be stabilized, such as a satellite antenna, is supported with low friction from its center of gravity or close to its center of gravity. In practice, this is often not possible, especially in satellite antenna applications, so the focus can be shifted to the point required by the application of the method and in particular the functions of the functional body by attaching at least one counterweight to the functional body. Em. the whole body can then be supported 30 on a support frame associated with the support base, by means of which the center of gravity of the whole body is raised from the surface of the support base. When the whole body is thus supported, the moments of inertia caused by the accelerations in all directions in the total body are canceled out. Thus, in this context, a total body 35 means a combination of a functional body, such as a satellite dish, the orientation of which must be maintained with an accuracy of less than 3 91198 degrees in the satellite direction despite the movements of the support base, and one or more counterweights structurally required. 5 to achieve functions.
Edelleen keksinnön mukainen menetelmä perustuu siihen, että vaikka kappaleen tuenta tapahtuu pienikitkaisesti painopisteestä tai läheltä sitä tuentakohtaan syntyy 10 kitkasta, coriolisvoimasta yms. syistä syntyviä voimia, jotka pyrkivät muuttamaan kappaleen asentoa eli menetelmällä korjataan kappaleen asentoa muuttamaan pyrkivä ryömiminen. Tämä tapahtuu käyttämällä voimia, jotka saadaan aikaan kosketuksettomalla periaatteella.Furthermore, the method according to the invention is based on the fact that although the body is supported with low friction from or close to the center of gravity, forces due to friction, Coriolis force and the like are generated, which tend to change the position of the body, i.e. the method corrects creep. This is done by applying the forces provided by the non-contact principle.
15 Tämä on erityisen edullista sen vuoksi, että sen jälkeen, kun kappaleen asentoa muuttamaan pyrkivien voimien vaikutus on poistettu erityisesti korjaamalla kappaleen asento, ko. kappaleeseen ei kohdistu enää edellä mainittujen korjaukseen käytettyjen toimilait-20 teiden aiheuttamia tukireaktioita, jotka vaikuttaisivat kappaleen asentoon, esim. ko. kappaleen ja tukialustan välisillä tukireaktiovoimilla. Kosketukseton periaate, jolla kappaleen asentoa muuttamaan pyrkivien voimien vaikutus poistetaan tai kappaleen ryöminnän aiheuttamat 25 vähäiset asennonmuutokset korjataan, voidaan käyttää fluidisoidun väliaineen liikkeen aiheuttamaa voimaa, sähköisen magneettikentän muutoksen avulla aikaansaatavaa voimaa, suhteellisen asennon ja/tai liike-energian muutokseen perustuvaa voimaa, erityisesti 30 kappaleen yhteyteen sijoitetulla pyörivällä elimellä, kuten vauhtipyörällä. Ainakin edellä esitetyt, kosketuksettomalla periaatteella tarvittaessa aikaansaadut voimat eivät aiheuta tukireaktiovoimia kappaleen ja tukirungon välille silloin, kun ko. voimia ei ole 35 tarpeen käyttää muuttamaan kappaleen asentoa esim.This is particularly advantageous because, after the effect of the forces tending to change the position of the body has been eliminated, in particular by correcting the position of the body, e.g. the body is no longer subjected to support reactions caused by the above-mentioned actuators used for repair, which would affect the position of the body, e.g. with the support reaction forces between the body and the support base. The non-contact principle, which eliminates the effect of forces tending to change the position of a body or corrects minor changes in position due to body creep, can be applied by fluidized motion, force due to electric magnetic field change, relative position and / or kinetic energy, with a rotating member connected to it, such as a flywheel. At least the above-mentioned forces, applied on a non-contact principle, if necessary, do not cause support reaction forces between the body and the support frame when the it is not necessary to use the forces to change the position of the part e.g.
kitkan (tukipisteen tukilaakeroinnin aiheuttamien voimien) ja coriolisvoiman vaikutuksen poistamiseksi.to eliminate the effect of friction (forces caused by the support bearing of the fulcrum) and the Coriolis force.
44
Erityisesti fluidisoidulla väliaineella tarkoitetaan tässä yhteydessä nesteitä, kaasuja ja/tai partikkeleita, jotka on saatettu kappaleen yhteydessä olevalla ainakin yhdellä toimilaitteella liiketilaan, 5 jossa fluidisoidun väliaineen liiketilassa tapahtuvien muutosten aikaansaamilla voimilla mainittu kappaleen asennon korjaus toteutetaan. Tällöin siis kappaleeseen kohdistuu fluidisoidun väliaineen liiketilan aiheuttama reaktiovoima ja/tai törmäysvoima. Eräs erityisen 10 edullinen väliaine on ilma.By fluidized medium in particular is meant in this context liquids, gases and / or particles which have been brought into motion by means of at least one actuator connected to the body, in which said correction of the position of the body is effected by forces caused by changes in the motion of the fluidized medium. In this case, the body is subjected to the reaction force and / or the impact force caused by the motion space of the fluidized medium. One particularly preferred medium is air.
Keksinnön mukainen menetelmä mahdollistaa siis ns. hitaan ohjausjärjestelmän käytön, jolloin menetelmää toteuttava stabilointilaitteisto muodostuu huomattavas-15 ti halvemmaksi valmistaa kuin nykyiset järjestelmät, jotka perustuvat erityyppisten aktiivisten toimilaitteiden hyväksikäyttöön. Hidas ohjausjärjestelmä korjaa kappaleen asennon ryömimisen ohjaamalla toimilaitteiden toimintaa siten, että asentokorjaus saadaan aikaan. 20 Hitaalla ohjausjärjestelmällä tarkoitetaan tässä yhteydessä järjestelmää, jonka vastenopeus on ainakin dekadia pienempi kuin tukirungon maksimiliikenopeus. Eli jos esim. laivan runko heilahtelee pituusakselinsa ympäri (engl. roll) max. 2e/s niin hitaan ohjausjärjes-25 telmän vastenopeus on pienempi tai yhtäsuuri kuin 0,2°/s.The method according to the invention thus enables the so-called the use of a slow control system, which makes the stabilizing equipment implementing the method considerably cheaper to manufacture than current systems based on the use of different types of active actuators. The slow control system corrects the creep in the position of the part by controlling the operation of the actuators so that a position correction is achieved. 20 In this context, a slow control system means a system whose response speed is at least a decade lower than the maximum speed of movement of the support frame. That is, if, for example, the hull of a ship oscillates around its longitudinal axis (engl. Max) max. 2e / s the response speed of such a slow control system is less than or equal to 0,2 ° / s.
Oheisissa epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on lisäksi esitetty keksinnön mukaisen menetelmän eräitä 30 edullisia sovelluksia.The appended dependent claims further disclose some preferred embodiments of the method according to the invention.
Seuraavassa selityksessä keksinnön mukaista menetelmää havainnollistetaan yksityiskohtaisemmin oheisten piirustusten esittämiin sovellusesimerkkeihin viit-35 taamalla. Piirustuksissa li.In the following description, the method according to the invention is illustrated in more detail by reference to the application examples shown in the accompanying drawings. In the drawings li.
5 91198 kuva 1 esittää erästä keksinnön mukaisen menetel män sovellusta satelliittivastaanottoan-tennin stabilointiin laivassa kaaviollises-5 ti sivulta katsottuna, kuva 2 esittää kaaviollisesti laivan erilaisia liiketiloja erityisesti kuvan 1 mukaisessa satelliittivastaanottoantennin sijoitus-10 tilanteessa satelliittivastaanottoantenniin kohdistuvien voimien selvittämiseksi, kuva 3 esittää erästä sovellusta kosketuksettomal- la periaatteella toimivien, satelliitti-15 vastaanottoantenniin sijoitettujen toimi laitteiden ohjausjärjestelmän lohkokaaviosta, kuva 4 esittää esimerkkiä kuvan 1 mukaisen 20 satelliittiantennin vastapainon yhteyteen sijoitetusta puhallinjärjestelystä, jolla synnytetään fluidisoidun väliaineen, tässä tapauksessa ilman liiketilan muutoksen aiheuttama voima kappaleen (satelliit-25 tiantennin) asentoa muuttamaan pyrkivien voimien vaikutuksen poistamiseksi, kuva 5 esittää sähköisen magneettikentän hyväksi käyttöä kappaleen asentoa muuttamaan 30 pyrkivien voimien vaikutuksen poistamiseksi kosketuksettomalla periaatteella leikkaus-kuvantona (leikkaus V-V) kuvasta 1, kuva 6 esittää liike-energian hyväksikäyttöä 35 vauhtipyöräjärjestelyn avulla kappaleen asentoa muuttamaan pyrkivien voimien vaikutuksen poistamiseksi kosketuksettomalla periaatteella, ja 6 kuva 7 esittää erästä toista sovellusta, joka on modifioitu kuvan 1 mukaisesta esityksestä.5 91198 Fig. 1 shows an application of a method according to the invention for stabilizing a satellite receiving antenna on a ship in a schematic side view, Fig. 2 schematically shows different operating modes of a ship, especially in the satellite receiving antenna placement-10 according to Fig. 1, for determining the forces applied to a satellite receiving antenna Fig. 4 is a block diagram of a control system for actuators operating on the principle of a satellite-15 receiving antenna, Fig. 4 shows an example of a fan arrangement in connection with the counterbalance of the satellite antenna 20 of Fig. 1 generating a fluidized medium, in this case without a change of motion to eliminate the effect of the forces acting, the figure 5 shows the use of the position m of the part in favor of the electric magnetic field. Fig. 6 shows the utilization of kinetic energy by means of a flywheel arrangement 35 to remove the effect of the forces tending to change the position of the body by means of a flywheel arrangement, and Fig. 6 shows another embodiment which is modified. from the representation in Figure 1.
5 Kuvassa 1 on esitetty kaavamaisesti tukirunkona toimivaan laivaan 5 asennettava, toiminnallisen kappaleen muodostava antennijärjestely 1, erityisesti TV-satelliittivastaanottoantenni. Siihen on liitetty pyörityskoneisto 2 antennijärjestelyn 1 kääntämiseksi 10 ja kallistamiseksi. Edelleen antennijärjestelyyn 1 on liitetty vastapaino 7 siten, että kokonaiskappaleen painopiste ei muutu antennijärjestelyn 1 toiminnan vaatiman pyörityksen eikä kallistamisen seurauksena. Osista 1, 2 ja 7 koostuvaan stabiloitavaan toiminnal-15 liseen kappaleeseen on liitetty jäykästi vastapaino 3. Näin muodostunut kokonaiskappale 1, 2, 7, 3 on tuettu pienikitkaisella tuennalla 4 painopisteestään laivan 5 kanteen kiinnitettyyn tukikehikkoon 5a siten, että painopiste ja tuentakohta sijoittuu oleellisesti 20 laivan 5 kannen yläpuolelle niin, että vastapaino 3 on alaosastaan irti laivan 5 kannesta. Tuenta on tehty siten, että toiminnallinen kappale, eli erityisesti antennijärjestely 1 säilyttää suuntauksensa laivan 5 horisontaalisen keulasuunnan kanssa. Muuten tuenta 25 sallii kappaleen vapaan kääntymisen tukikehikkoon 5a ja siten tukirunkoon eli laivaan 5 nähden.Figure 1 schematically shows an antenna arrangement 1, in particular a TV satellite receiving antenna, to be installed on a ship 5 serving as a support frame. A rotating mechanism 2 is connected to it for turning and tilting the antenna arrangement 1. Furthermore, a counterweight 7 is connected to the antenna arrangement 1 so that the center of gravity of the whole body does not change as a result of the rotation or tilt required by the operation of the antenna arrangement 1. A counterweight 3 is rigidly attached to the stabilizable functional body consisting of parts 1, 2 and 7. The whole body 1, 2, 7, 3 thus formed is supported by a low-friction support 4 from its center of gravity to a support frame 5a attached to the deck of the ship 5 so that the center of gravity and support point above the deck of the ship 5 so that the counterweight 3 is detached from the deck of the ship 5 at its lower part. The support is made in such a way that the functional body, i.e. in particular the antenna arrangement 1, maintains its orientation with the horizontal bow direction of the ship 5. Otherwise, the support 25 allows the body to rotate freely relative to the support frame 5a and thus to the support frame, i.e. the ship 5.
Kitkasta, coriolisvoimasta tai muista syistä, kuten toiminnallisen kappaleen 1, 2 ja 7 asennon muutoksesta 30 suhteessa kokonaiskappaleeseen aiheutuvasta hitausmomentista johtuva kokonaiskappaleen asennon ryömiminen korjataan hitaaseen ohjausjärjestelmään (kuva 3) yhdistetyillä toimilaitteilla 6 eli tässä sovelluksessa (kuva 1) puhaltimilla, jotka on järjestetty vastapainon 35 3 yhteyteen erityisesti sen alaosaan kuvan 4 esit tämällä tavalla.Creep due to friction, Coriolis force or other reasons, such as the moment of inertia due to the change in position of the functional body 1, 2 and 7 with respect to the whole body, is corrected by actuators 6 connected to the slow control system (Fig. 3), i.e. in this application (Fig. 1) 3 in particular to its lower part as shown in FIG.
91198 791198 7
Kokonaiskappale 1, 2, 7, 3 ja sen tukikehikko 5a on asennettu tukirunkoon kuuluvan ja/tai siihen kiinnitetyn tuulisuojan eli ns. radomin 8 sisään tuulikuor-5 mien vaikutusten eliminoimiseksi. Edellä esitetyn kokonaisuuden eli kuvan 1 mukaisen järjestelyn sijoitus laivaan 5 on esitetty kuvassa 2 viitteellä p2, jolloin kuvassa 2 on lisäksi selvitetty kokonaiskappaleeseen 1, 2, 7, 3 vaikuttavat, laivan 5 liikkeestä johtuvat 10 voimat.The complete piece 1, 2, 7, 3 and its support frame 5a are mounted on a wind shield belonging to and / or attached to the support frame, i.e. a so-called inside radom 8 to eliminate the effects of wind loads. The arrangement of the above-mentioned entity, i.e. the arrangement according to Fig. 1, on the ship 5 is shown in Fig. 2 with reference p2, whereby Fig. 2 also explains the forces 10 acting on the overall body 1, 2, 7, 3 due to the movement of the ship 5.
Kuten tunnettua laiva 5 on samanaikaisesti monessa eri liiketilassa. Laiva keinuu poikittaissuunnassa tietyllä ominaistaajuudella f^. Tämä liike aiheuttaa poikittais-15 kiihtyvyyksiä, jotka toistuvat em. ominaistaajuudella.As is known, the ship 5 is simultaneously in many different modes of motion. The ship swings in the transverse direction at a certain characteristic frequency f ^. This motion causes transverse-15 accelerations that are repeated at the above-mentioned eigenfrequency.
Laiva keinuu myös pituussuunnassa ominaistaajuudella f2. Tämä liike aiheuttaa taajuudella f2 toistuvia kiihtyvyyksiä.The ship also swings longitudinally at the characteristic frequency f2. This movement causes repetitive accelerations at frequency f2.
20 Laivan kääntyessä paikallaan pisteen p^ ympäri kulmanopeudella Wi aiheutuu antennin 1 sijoituskohdalla pisteessä p2 keskipakoiskiihtyvyys w12r1, jossa on pisteiden p^ ja p2 välinen etäisyys.As the ship turns stationary around the point p1 at an angular velocity Wi, at the location of the antenna 1 at the point p2, a centrifugal acceleration w12r1 with a distance between the points p1 and p2 occurs.
25 Laivan 5 kulkiessa vakionopeudella kaarevaa rataa on hetkellinen normaalikiihtyvyys rataan nähden w2v, jossa w2 on laivan kulmanopeus ja v on aluksen kulku-nopeus .25 When a ship 5 is traveling at a constant speed on a curved line, the instantaneous normal acceleration with respect to the line is w2v, where w2 is the angular speed of the ship and v is the speed of the ship.
30 Laivan 5 nopeuden muuttuessa saadaan kiihtyvyys/hidas-tuvuus ay, joka on laivan kulkusuunnan suuntainen.30 When the speed of ship 5 changes, the acceleration / deceleration ay is obtained, which is parallel to the direction of travel of the ship.
Ohjausjärjestelmän lohkokaavio on esitetty kuviossa 3. Stabiloitavan kappaleen (tässä tapauksessa laivan 35 5 yhteydessä olevan kokonaiskappaleen 1, 2, 7, 3) asento mitataan kahden vaakasuoran toisistaan poikkeavan akselin suhteen. Mittaus tapahtuu kahdella inklinometrillä 8, 9, jotka mittaavat hetkellistä 8 kokonaiskiihtyvyyttä mittausakselinsa suhteen. Antureina toimivalta inklinometriltä saadaan mittaussignaalit Xi ja y]_. Laivan hyrräkompassilta 10 saadaan aluksen keulasuuntatieto h. Laivan lokianturilta tai 5 paikannuslaitteelta 11 (esim. GPS) saadaan laivan kulkunopeus.The block diagram of the control system is shown in Figure 3. The position of the body to be stabilized (in this case the whole body 1, 2, 7, 3 in connection with the ship 35 5) is measured with respect to two horizontal different axes. The measurement takes place with two inclinometers 8, 9, which measure the instantaneous total acceleration 8 with respect to its measuring axis. The measuring signals Xi and y] _ are obtained from the inclinometer acting as sensors. The ship's gyrocompass 10 provides the ship's bow direction information h. The ship's log sensor or 5 positioning device 11 (e.g. GPS) provides the ship's speed.
Laivan 5 poikittaisakselin suuntainen mittaussignaali on x^ (inklinometri 8). Mikäli antenni ei ole laivan 10 5 pitkittäisakselilla, korjataan signaali laivan keulasuunnan muutoksista johtuvien kiihtyvyyksien aiheuttamilta virheiltä summaamalla (elin 14) signaaliin suuntatiedosta h derivoidun kulmanopeustiedon w toinen potenssi 12 kerrottuna etäisyyden rx (kuvio 15 2) poikittaissuuntaisella komponentilla rx (elin 13).The measurement signal along the transverse axis of the ship 5 is x ^ (inclinometer 8). If the antenna is not on the longitudinal axis of the ship 10 5, the signal is corrected for errors caused by accelerations due to changes in the bow direction by summing (member 14) the second power 12 of the angular velocity information w derived from the direction information h multiplied by the transverse component of distance rx (Fig. 15 2).
Uusi signaali, X2, korjataan aluksen liikeradan muutoksista johtuvista sivuttaiskiihtyvyyksistä summaamalla (elin 15) siihen laivan keulasuunnan kulmanopeus w kerrottuna laivan nopeudella v. Näin 20 saatu signaali X3 alipäästösuodatetaan (elin 17) pitkällä aikavakiolla, joka asetetaan (elin 18) aluksen poikittaissuuntaisen keinumisliikkeen taajuuden jaksonpituuden monikerraksi, jolloin tämän keinunnan vaikutus mittaustulokseen minimoituu. Jakson pituus 25 saadaan esim. poikittaissuuntaista kiihtyvyyttä mittaavan kiihtyvyysanturin (elin 18) mittaussignaalista tai asetetaan vakioksi laivan ominaisuuksien perusteella. Alipäästösuodatettu signaali X4 syötetään säätäjälle 19, joka ohjaa ainakin yhtä toimilaitetta 30 20, joka toimii suunnassa X (kuvat 4-6).The new signal, X2, is corrected for lateral accelerations due to changes in the ship's trajectory by summing (member 15) the ship's forward angular velocity w multiplied by the ship's velocity v. multiple times, minimizing the effect of this swing on the measurement result. The length 25 of the period is obtained, for example, from the measurement signal of an acceleration sensor (member 18) measuring transverse acceleration or is set constant on the basis of the characteristics of the ship. The low-pass filtered signal X4 is fed to a controller 19 which controls at least one actuator 20 20 operating in the X direction (Figures 4-6).
Laivan keulasuunnan suuntaisen akselin suuntainen mittaussignaali on y^ (inklinometri 9). Mikäli antenni ei ole laivan poikittaisakselilla, laivan keulasuunnan 35 muutoksista johtuvien kiihtyvyyksien aiheuttamat virheet korjataan signaalista y^ summaamalla (elin 21) suuntatiedosta h derivoidun kulmanopeustiedon w 91198 9 toisella potenssilla kerrottuna etäisyyden r1 (kuvio 2) laivan pitkittäissuuntaisella komponentilla ry (elin 22) . Korjattu signaali y2 korjataan (elin 23) laivan nopeuden muutoksista johtuvien kiihtyvyyksien 5 aiheuttamilta virheiltä summaamalla siihen nopeus-tiedosta v derivoitu kiihtyvyystieto ay (elin 24) .The measurement signal along the bow axis of the ship is y ^ (inclinometer 9). If the antenna is not on the transverse axis of the ship, the errors caused by the accelerations due to changes in the bow direction 35 of the ship are corrected from the signal y ^ by summing (member 21) the angular velocity information w 91198 9 derived from the direction information h by the second power multiplied by the distance r1 (Fig. 2) The corrected signal y2 is corrected (member 23) for errors caused by accelerations 5 due to changes in the speed of the ship by summing the acceleration information ay (member 24) derived from the speed information v.
Näin saatu signaali y3 alipäästösuodatetaan (elin 25) pitkällä aikavakiolla, joka asetetaan aluksen pitkittäissuuntaisen keinumisliikkeen taajuuden f2 jakson-10 pituuden monikerraksi, jolloin tämän keinunnan vaikutus mittaustulokseen minimoituu. Jakson pituus saadaan esim. pituussuuntaista kiihtyvyyttä mittaavan kiihtyvyysanturin (elin 26) mittaussignaalista tai asetetaan vakioksi aluksen ominaisuuksien perusteella.The signal y3 thus obtained is low-pass filtered (member 25) with a long time constant set to a multiple of the period-10 length of the frequency f2 of the longitudinal rocking motion of the vessel, whereby the effect of this rocking on the measurement result is minimized. The length of the period is obtained, for example, from the measurement signal of an acceleration sensor measuring the longitudinal acceleration (member 26) or is set constant on the basis of the characteristics of the vessel.
15 Alipäästösuodatettu signaali y4 syötetään säätäjälle 27, joka ohjaa ainakin yhtä toimilaitetta 28, joka toimii suunnassa Y (kuvat 4-6).The low-pass filtered signal y4 is fed to a controller 27 which controls at least one actuator 28 operating in the Y direction (Figures 4-6).
Toimilaitteina 20, 28 käytetään esim. neljää laite-20 puhallinta 20a, 20b; 28a, 28b (kaksi molemmissa suunnissa X ja Y) , jotka asennetaan kuvan 4 mukaisesti vastapainon 3 yhteyteen sen alaosaan. Kuvan 3 yhteydessä selvitetty ohjausjärjestelmä ohjaa puhaltimia 20a, 20b; 28a, 28b niin, että korjausliike aloitetaan 25 ohjaamalla tuulettimia tietyn ajan, jolloin korjaava liike alkaa. Kun lähestytään haluttua asentoa, ohjataan puhaltimia vastakkaiseen suuntaan tietyn ajan, kunnes korjaava liike pysähtyy. Näiden kiihdytys- ja hidas-tusaikojen suhdetta säädetään PD-säätäjän D-termin 30 mukaan eli kappaleen liike pyritään pysäyttämään ja kiihdytyksen ja hidastuksen välistä aikaa P-termin mukaan (ei esitetty ammattilaiselle selvinä asioina). Ohjausjärjestelmässä huomioidaan mittaussignaalin alipäästösuodatus kuolleen ajan asetuksella. Puhaltimet 35 saavat siis aikaan reaktio- ja/tai törmäysperiaatteilla toimivat, kappaleeseen 1, 2, 7, 3 kohdistuvat voimat.As actuators 20, 28, for example, four fans 20a, 20b of device-20 are used; 28a, 28b (two in both directions X and Y), which are mounted according to Fig. 4 in connection with the counterweight 3 at its lower part. The control system explained in connection with Figure 3 controls the fans 20a, 20b; 28a, 28b so that the repair movement is started by controlling the fans for a certain time, at which time the repair movement begins. When the desired position is approached, the fans are guided in the opposite direction for a certain time until the corrective movement stops. The ratio of these acceleration and deceleration times is adjusted according to the D-term 30 of the PD controller, i.e. the movement of the part is stopped and the time between the acceleration and deceleration according to the P-term (not shown to the person as obvious). The control system takes into account the low-pass filtering of the measurement signal by setting the dead time. The fans 35 thus produce forces acting on the body 1, 2, 7, 3 on the basis of reaction and / or collision principles.
1010
Edellä kuvatusta ohjausjärjestelmästä, erityisesti sen mittausjärjestelmästä saatavat mittaussignaalit X4 ja Y4 antavat tuloksena sivuttaiskiihtyvyyksistä 5 korjatun kokonaiskappaleen asentotiedon. Ohjausjärjestelmä voidaan toteuttaa analogisilla elimillä, käyttäen digitaalista signaalinkäsittelyä mikroprosessorilla tai näiden yhdistelmällä. Komponenttivalinta kuuluu alan ammattilaisen osaamisen piiriin, joten sitä ei 10 lähemmin selvitetä tässä yhteydessä.The measurement signals X4 and Y4 obtained from the control system described above, in particular from its measuring system, give the position information of the whole body corrected for the lateral accelerations. The control system can be implemented with analog elements, using digital signal processing with a microprocessor or a combination thereof. Component selection is within the skill of the art, so it will not be explained in more detail in this context.
Kuvassa 4 on havaittavissa, että toimilaitteina 6 toimivat puhaltimet 20a, 20b; 28a, 28b on sijoitettu vastapainon 3 ulkoseinänä lie siten, että molemmat 15 parit ovat samalla viivalla tai suunnalla X tai Y, mitä tulee puhaltimien kautta virtaavan ilman liikesuuntaan. Suunnat X ja Y ovat kuvan 4 sovelluksessa samoinkuin kuvien 5 ja 6 mukaisina järjestetty kohtisuoraan toisiaan vastaan. On selvää, että myös muut 20 suuntien väliset kulmat saattavat tulla kyseeseen ja on pakkokin, mikäli suuntia on enemmän kuin kaksi. Puhaltimet on sijoitettu eräänlaiseen kehikkoon 29, jonka keskeinen aukko 30 toimii ilmavirtauksen kulkureittinä puhaltimien kautta joko kohti radomia 8 25 ja/tai radomin 8 suunnasta kohti aukkoa 30 ja siitä ulos vastapainon 3 yhteydestä (ks. nuoli 31, puhallin 20a) .It can be seen in Figure 4 that the fans 20a, 20b act as actuators 6; 28a, 28b are arranged as the outer wall lie of the counterweight 3 so that both pairs 15 are on the same line or in the direction X or Y with respect to the direction of movement of the air flowing through the fans. The directions X and Y are arranged perpendicular to each other in the embodiment of Fig. 4 as well as in Figs. 5 and 6. It is clear that other angles between the 20 directions may also be considered and are mandatory if there are more than two directions. The fans are housed in a kind of frame 29, the central opening 30 of which acts as an air flow path through the fans either towards the radom 8 25 and / or from the direction of the radome 8 towards the opening 30 and out of the counterweight 3 connection (see arrow 31, fan 20a).
Alan ammattilaiselle lienee selvää, että voidaan 30 käyttää myös ainoastaan kahta puhallinta, yksi kummassakin suunnassa X ja Y. Edelleen on selvää, että puhaltimien kautta tapahtuvan, fluidisoidun väliaineen virtauksen suuntaa voidaan vaihtaa.It will be apparent to one skilled in the art that only two fans can be used, one in each of the X and Y directions. It will further be appreciated that the direction of flow of the fluidized medium through the fans may be reversed.
35 Kuvassa 5 on esitetty keksinnön sovellus, jossa käytetään kuvaan 4 nähden analogista periaatetta soveltaen fluidisoidun väliaineen (ilman tms.) liiketilassa tapahtuvan muutoksen aiheuttamien voimienFig. 5 shows an embodiment of the invention in which a principle analogous to Fig. 4 is applied, applying the forces caused by the change in the state of motion of the fluidized medium (air, etc.).
IIII
91198 11 asemasta toimilaitteina 6 sähkömagneettisia elinpareja (neljä kappaletta) 32a, 32b; 33a, 33b suunnissa X ja Y (pareittain vastakkain vaikuttamassa molemmissa suunnissa X ja Y) . Elinparien 32a, 32b; 33a, 33b 5 kukin elin koostuu (esim. elinpari 32a, suunta X kuvassa 5) kestomagneetista 34 (ensimmäinen elin) ja sen kanssa yhteistoiminnassa, kosketuksettoman voiman aikaansaamiseksi järjestetystä sähkömagneetista 35 (toinen elin). On edullista erityisesti ohjausjärjes-10 telmältä (kuva 3) tulevien sähköisten viestien yksinkertaisen ohjauksen kannalta, että sähkömagneetit 35 on sijoitettu tukikehikon 5a ja/tai radomin 8 yhteyteen kiinteästi ja kestomagneetit 34 vastaavalle kohdalle vastapainoon 3.91198 instead of 11 actuators 6 electromagnetic pairs (four) 32a, 32b; 33a, 33b in the X and Y directions (in pairs acting in both directions X and Y). Elinparien 32a, 32b; 33a, 33b 5 each member consists (e.g. a pair of members 32a, direction X in Fig. 5) of a permanent magnet 34 (first member) and, in cooperation with it, an electromagnet 35 (second member) arranged to provide a non-contact force. It is particularly advantageous from the point of view of simple control of the electronic messages coming from the control system (Fig. 3) that the electromagnets 35 are fixedly connected to the support frame 5a and / or the radome 8 and the permanent magnets 34 at a corresponding position in the counterweight 3.
1515
Alan ammattimiehelle on selvää, että suunnissa X ja Y voi olla vaikuttamassa vain yksi elinpari 34, 35.It will be apparent to one skilled in the art that only one pair of members 34, 35 may be acting in the X and Y directions.
Elinparit voivat olla sijoitettuina kuvan 4 mukaisella tavalla vastapainon 3 alaosaan.The pairs of members can be arranged in the lower part of the counterweight 3 as shown in Fig. 4.
2020
Kuvassa 6 on esitetty perspektiivikuvantona liike-energian hyväksikäyttöön perustuva keksinnön sovellus.Figure 6 is a perspective view of an application of the invention based on the utilization of kinetic energy.
Se koostuu kahdesta parista (analogisesti kuvien 4 ja 5 mukaisesti) toimilaitteina 6 toimivia vauhtipyöriä 25 36a, 36b; 37a, 37b, joiden suhteellisen asennon ja/tai liike-energian (pyörimisnopeuden) muutoksilla saadaan aikaan haluttu muutos kappaleen asentoon.It consists of two pairs (analogously according to Figures 4 and 5) of flywheels 25 36a, 36b acting as actuators 6; 37a, 37b, whose changes in relative position and / or kinetic energy (rotational speed) provide the desired change in the position of the body.
Kuvassa 7 esitetyssä sovelluksessa radom 8 on järjes-30 tetty kohotettuun tukikehikkoon 5a kuuluvan välitason 5b yhteyteen. Tällöin vastapaino 3 on yhteydessä vapaasti ulkoilmaan laivan 5 kannen ja välitason 5b välissä. Tällöin esim. kuvan 4 mukaista sovellusta voidaan modifioida siten, että fluidisoitavana aineena 35 voidaan käyttää esim. vettä, joka poistetaan laivan 5 kantta pitkin.In the embodiment shown in Fig. 7, the Radom 8 is arranged in connection with an intermediate plane 5b belonging to the raised support frame 5a. In this case, the counterweight 3 communicates freely with the outside air between the deck of the ship 5 and the intermediate plane 5b. In this case, e.g. the application according to Fig. 4 can be modified so that, for example, water which is removed along the deck of the ship 5 can be used as the fluidizing agent 35.
1212
Edellä esitetystä käy ilmi, että keksintö on erittäin monitahoinen sisältäen sen tuntevalle alan ammattilaiselle useita keksinnön perusajatuksen puitteisiin 5 sijoittuvaa sovellusta. Erityisesti on huomautettava, että vaikka keksintö on edellä olevassa selityksessä havainnollistettu satelliittiantennisovelluksen avulla, menetelmää voidaan soveltaa kaikissa sellaisissa käyttökohteissa, joissa mekaanisen kappaleen stabiloin-10 ti on tarpeen. Kosketuksettomalla periaatteella aikaansaatavia voimia voidaan käyttää myös kappaleen asennon muuttamiseen tukirungon suhteen ja edelleen ko. muutoksen jälkeen asennon ylläpitoon keksinnön perusajatuksen mukaisesti.It is clear from the above that the invention is very complex, including for the person skilled in the art several applications within the basic idea of the invention. In particular, it should be noted that although the invention has been illustrated in the above description by means of a satellite antenna application, the method can be applied in all applications where stabilization of the mechanical body is necessary. The forces provided by the non-contact principle can also be used to change the position of the part with respect to the support frame and further in question. after the change to maintain the position in accordance with the basic idea of the invention.
lili
Claims (10)
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI914944A FI91198C (en) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | Mechanical stabilization procedure |
| AU25805/92A AU2580592A (en) | 1991-10-21 | 1992-09-21 | Method and arrangement for mechanical stabilization |
| PCT/FI1992/000245 WO1993008614A1 (en) | 1991-10-21 | 1992-09-21 | Method and arrangement for mechanical stabilization |
| US08/596,419 US5670967A (en) | 1991-10-21 | 1996-02-02 | Method and arrangement for mechanical stabilization |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI914944 | 1991-10-21 | ||
| FI914944A FI91198C (en) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | Mechanical stabilization procedure |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI914944A0 FI914944A0 (en) | 1991-10-21 |
| FI914944L FI914944L (en) | 1993-04-22 |
| FI91198B true FI91198B (en) | 1994-02-15 |
| FI91198C FI91198C (en) | 1994-05-25 |
Family
ID=8533326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI914944A FI91198C (en) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | Mechanical stabilization procedure |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| AU (1) | AU2580592A (en) |
| FI (1) | FI91198C (en) |
| WO (1) | WO1993008614A1 (en) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2127012C1 (en) * | 1997-06-20 | 1999-02-27 | Виноградов Лев Георгиевич | Shipboard radar antenna station |
| RU2125755C1 (en) * | 1997-10-02 | 1999-01-27 | Виноградов Лев Георгиевич | Self-stabilized antenna post of ship radar station |
| RU2126570C1 (en) * | 1997-10-31 | 1999-02-20 | Виноградов Лев Георгиевич | Stabilized antenna post of ship navigational radar |
| RU2125326C1 (en) * | 1997-10-31 | 1999-01-20 | Виноградов Лев Георгиевич | Stabilized mirror antenna for ship radar station |
| US10897072B2 (en) * | 2018-09-28 | 2021-01-19 | Robert N. Iannuzzi | Balance platform for mobile antenna |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3747418A (en) * | 1971-06-08 | 1973-07-24 | Singer Co | Fluidic inertial platform |
| US4020491A (en) * | 1974-10-07 | 1977-04-26 | B E Industries | Combination gyro and pendulum weight passive antenna platform stabilization system |
| US4596989A (en) * | 1983-02-14 | 1986-06-24 | Tracor Bei, Inc. | Stabilized antenna system having an acceleration displaceable mass |
-
1991
- 1991-10-21 FI FI914944A patent/FI91198C/en active
-
1992
- 1992-09-21 AU AU25805/92A patent/AU2580592A/en not_active Abandoned
- 1992-09-21 WO PCT/FI1992/000245 patent/WO1993008614A1/en not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1993008614A1 (en) | 1993-04-29 |
| FI914944A0 (en) | 1991-10-21 |
| FI914944L (en) | 1993-04-22 |
| FI91198C (en) | 1994-05-25 |
| AU2580592A (en) | 1993-05-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0526774B1 (en) | Electric motor having a spherical rotor and its application apparatus | |
| JP2668990B2 (en) | Structure damping device | |
| EP3542414B1 (en) | A stabilization arrangement for stabilization of an antenna mast | |
| US5638303A (en) | Non-contacting isolated stabilized microgravity platform system | |
| FI91198B (en) | Method for mechanical stabilization | |
| US6519084B1 (en) | Telescope and movement control device | |
| US4782700A (en) | Frame assembly and dither drive for a coriolis rate sensor | |
| JP2008228045A (en) | Satellite tracking antenna device | |
| US7325322B2 (en) | Electric park brake inclinometer | |
| JPH0761554B2 (en) | Laser beam collision point changing device | |
| GB2238381A (en) | Detecting verticality and maintaining level | |
| US5670967A (en) | Method and arrangement for mechanical stabilization | |
| JP3038707B1 (en) | Swing drive | |
| US8364289B2 (en) | Method and apparatus for moving a free-swinging load from a starting point to a target point | |
| JPH0428509B2 (en) | ||
| JPS607202A (en) | Stabilizer | |
| US6054702A (en) | Light-intensity regulating system for a centripetal opposed pendulous accelerometer orientation sensor | |
| JPH04300417A (en) | Magnetic bearing device | |
| WO2001092755A1 (en) | Oscillation controlling device and magnetic levitation device equipped with the same | |
| JPH08145682A (en) | Gimbal mechanism | |
| WO2019111335A1 (en) | Vibration control device | |
| JP2689618B2 (en) | Structure damping device | |
| JPH10325719A (en) | Sensor for inclination and acceleration | |
| CN121440441A (en) | A docking device and working machine | |
| JPH0633989Y2 (en) | Rate gyro for model |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BB | Publication of examined application |