(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動形構造と、該振動形構造を一次モード振動共振として保持するための一次駆動手段及び二次駆動手段と、該振動形構造の振動を検出するための一次ピックオフ手段と二次ピックオフ手段とを有する振動形構造のジャイロスコープ用制御システムであって、
このシステムは、該一次駆動手段に加えられる駆動信号を制御可能に可変するための一次閉制御ループと、該二次ピックオフ手段におけるゼロ値を保持するために該二次駆動手段に加えられる駆動信号を制御可能に可変するための二次閉制御ループと、該一次及び二次閉制御ループ内のスケールファクタを能動的に調節するための手段とを含んでおり、
このスケールファクタ能動調節手段は、該二次制御ループからのレート応答信号を該一次モード振動の振幅を示す信号で除算するための手段と、該除算するための手段からの出力信号にフィルタをかけて、加えられたレートを示す出力を用意する手段と、該除算するための手段からの出力信号を受領して、それを用いて該一次閉制御ループの基準電圧設定レベルを積極的に調節するための可変スケールファクタループとを含んでおり、
これによって該制御システムのループ内スケールファクタを動的に調節する制御システム。
【請求項２】
請求項１記載の制御システムであって、該スケールファクタ能動調節手段は、選ばれた絶対しきい値レート値より上で加えられた回転レートについての一次モード振動振幅を減らすための手段を含んでいる制御システム。
【請求項３】
請求項２記載の制御システムであって、該選ばれた絶対しきい値レート値が、該二次閉制御ループのレート出力限界よりも小さい値に設定される制御システム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項記載の制御システムであって、
該一次閉制御ループは、該一次ピックオフ手段から受領した信号を復調するための手段と、該一次ピックオフと一次駆動との信号の相対的な位相を比較する位相ロックループと、該一次駆動手段に加えられた信号と該振動変形構造の動きとの間で９０°位相シフトを保持するために該位相ロックループにより調節される周波数をもつ電圧制御発振器と、該一次ピックオフ手段から受領した該復調された信号を固定の基準電圧レベルと比較するための自動利得制御ループと、該自動利得制御ループから受領した該出力信号を該電圧制御発振器により供給された周波数において再度変調して該一次駆動手段に加える該制御可能に可変された駆動信号を用意する変調器とを含んでいる制御システム。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項記載の制御システムであって、
該二次閉制御ループは、該二次ピックオフ手段から受領した信号を復調して該振動形構造のレートで誘起された動きの実成分と直交成分とに分けるための手段と、該実及び直交成分を別個にフィルタがけするループフィルタ用手段と、該二次駆動手段に加えるために該フィルタがけした信号成分を再度変調して加算するための手段とを含んでいる制御システム。
【請求項６】
請求項４または５記載の制御システムであって、該可変スケールファクタループは、該二次閉ループの該実成分ループフィルタ用手段からの復調された出力と、該一次ピックオフ手段からの復調された信号との間に接続されている制御システム。
【請求項７】
請求項６記載の制御システムであって、該可変スケールファクタループは、該可変スケールファクタループに加えられた入力信号の絶対値を固定基準電圧レベルに分割し、その出力が１以下に限定されるものとするための手段と、該出力にフィルタをかけて、該出力を該一次閉制御ループの自動利得制御ループに向けた固定基準電圧レベルのゼロレート電圧値をスケール合せして使用するための手段とを含んでいる制御システム。
【請求項８】
請求項７記載の制御システムであって、該二次閉制御ループと該可変スケールファクタループとの間に置かれていて、該二次閉制御ループの該実成分ループフィルタ用手段からの該復調された出力を該一次閉制御ループからの該復調された信号によって除算して、該加えられたレートに比例した出力信号を用意する手段を含み、この出力信号が該可変スケールファクタループの入力を形成している制御システム。
【請求項９】
請求項７記載の制御システムであって、該二次閉制御ループと該可変スケールファクタループとの間に置かれていて、該二次閉制御ループの該実成分ループフィルタ用手段からの該復調された出力を該可変スケールファクタループからの出力を形成している該基準電圧レベルによって除算して、該加えられたレートに比例する出力信号を用意する手段を含み、この手段の出力信号が該可変スケールファクタループの入力を形成している制御システム。
【請求項１０】
請求項８又は９記載の制御システムであって、該可変スケールファクタループへの入力を形成している該出力信号の一部を取りはずして、これをスケール合せしてかつフィルタにかけて該ジャイロスコープに加えられたレートを示す出力信号を用意する手段を含んでいる制御システム。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１項記載の制御システムであって、シリコンから作られた振動形構造を有している、振動形構造のジャイロスコープと共に使用される制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は振動形構造のジャイロスコープ（vibrating structure gyroscope）に係り、限定するわけではないが、とくにシリコンをマイクロ加工（マイクロマシン）で仕上げた振動形構造のジャイロスコープに関する。
【０００２】
【従来の技術】
振動形構造のジャイロスコープは既知であり、各種の異なる機械的振動構造を使用している。こういったものには、はり（beam）、音叉（tuning fork）、シリンダ、半球のシェル、及びリングであって、セラミック、金属もしくはシリコンで作られたものが含まれている。こういった既知のシステムでの共通な特徴（フィーチャ）は、機械的な振動構造で決まる自然周波数（natural frequency）で共振キャリヤモード振動を維持することが求められていることである。これが線形のモーメントを用意し、このモーメントはジャイロスコープが適当な軸の周りに回転されるときにコリオリの力（Coriolis force）を作り出す。
【０００３】
マイクロ加工技術の進展は、振動形構造のジャイロスコープを大量にしかも低コストでシリコンから作ることを可能にした。このようなジャイロスコープは車輌等（ビークル）の動的制御システムといった自動車応用のためとか車のナビゲーション（航法）のために開発されている。こういったマイクロ加工ジャイロスコープの性能特性は、±（プラスマイナス）１００°／秒といった典型的な最大規格レート（回転速度）範囲をもつ自動車用要件に適うように特殊仕様で仕上げられている（テイラードされている）。
【０００４】
このようなマイクロ加工した振動形構造のジャイロスコープは、本来丈夫で（rugged）かつ低コストのものであり、航空機のナビゲーションとか誘導弾（guided munition）といったもっと多くの需要のある応用で使用することにとって魅力あるものとしている。こういった応用は一般にジャイロスコープが回転レートについてかなり広い範囲にわたって動作することを求めている。自動車応用について開発されたジャイロスコープのレート範囲能力を拡大することは可能であるが、これは一般に雑音とかバイアスといった他の主要な性能パラメータの劣化を生じさせることになる。
【０００５】
従来形式の振動形構造のジャイロスコープで金属もしくはシリコンで作られた平面状のリングの振動形構造をもつものとか、あるいは円筒状（シリンダ形状）の振動形構造をもつものは良好が全体の性能を与えている。平面状のリングの振動形構造は一般に添付の図面の図１（ａ），１（ｂ）に模式的に示したようにcos ２θ）振動モードで駆動されている。一つのモードは、図１（ａ）に示すように、軸Ｐに沿って整列している半径方向のアンチノード（radial anti-node，波腹）を有しており、これが主（一次）モードとして励起される。このジャイロスコープがリングの面に垂直な軸の周りに回転されるときには、コリオリの力Ｆc が発生されて、これがエネルギーを二次モードに結合させてこのモードの半径方向のアンチノードは、図１（ｂ）に示すように、軸Ｓに沿って整列されている。力の大きさは式１により与えられ、ここでｍはモード質量（modal mass）、ｖは実効速度、Ωａｐｐは加えた回転レートである。
【０００６】
Ｆｃ＝２ｍｖΩａｐｐ                              …（１）
一次モード振動振幅は一般に固定レベルに維持される。これがまた速度ｖを固定レベルに維持し、したがって、発生されたコリオリの力が回転レートΩａｐｐに直接比例する。こういったコリオリの力により誘起された二次モード動きの振動は普通は一次及び二次モードの共振周波数を正確に整合させることによって強調される。この動きはそこで二次モードのＱ値（貯えられたエネルギーとエネルギーの消費レートとの間の関係の測度）によって増幅されて、強化された振動形構造のジャイロスコープの感度を与える。この開ループモードで動作するときは、ジャイロスコープのこの感度（スケールファクタと呼ぶ）は二次モードのＱ値に依存することになり、これが動作温度範囲にわたってかなり大きく（著しく）変ることがある。この依存性は力の帰還（閉ループ）モードでジャイロスコープを動作することによって除去できる。このモードでは、誘起された二次モードの動きが、回転レートに直接比例している加えられた力で能動的に（積極的に）ゼロ化される。
【０００７】
一般的な通常形式の閉ループ制御システムであって振動形構造のジャイロスコープ用のものが、添付の図面の図２に模式的に示されている。この通常形式の制御システムは、基本的には二つの独立したループで構成されている。すなわち一次ループ１は、一次ピックオフ手段２（これは振動している平面状のリング構造３からの出力についての動きの検出器として動作する。Pick-offは機械運動を信号に変える意の電子工学用語）と一次駆動手段４（これは構造３内で振動を作り出す強制入力として作用する）との間にあり、また二次ループ５は、二次ピックオフ手段６と二次駆動手段７との間に用意されている。
【０００８】
一次ピックオフ手段２からの出力信号８は増幅器９によって増幅されて、復調器１０と１１とによって復調される。復調された信号で復調器１０からのものは先ず位相ロックループ１２に送られて、そこで手段２と４とにおける一次ピックオフと一次駆動信号との間の相対的位相が比較されて、電圧制御発振器１３の周波数を調節して、手段４における加えられた駆動信号と構造３の共振器動作との間で９０°位相シフトを保つようにする。これが構造３の動きを最大共振に維持する。復調器１１からの復調された出力信号は自動利得制御ループ１４に加えられ、そこで自動利得制御ループ１４における一次ピックオフ手段２からの出力信号のレベルを固定基準レベルＶ0 と比較する。この信号Ｖ0 は電圧加算器１６に参照番号１５で加えられ、そこからの出力信号は自動利得制御ループ１４に供給される。出力電圧で自動利得制御ループ１４からのものは再復調器１７で再復調され（そこでの周波数は電圧制御発振器１３から供給されたものである）、その後、増幅器１８を経て一次駆動手段４に供給される。一次駆動電圧レベルは固定信号レベルを保つために調節され、したがって動きの振幅は一次ピックオフ手段２で一定に保たれる。
【０００９】
二次ループ５は、二次ピックオフ手段６から受領した信号が増幅器１９により増幅され、また復調器２０と２１とによって復調されて、レートで誘起された動きの実及び直交成分を分離するようにするものである。実成分は、一次モードの動きと同相のものである。直交成分は誤差項であり、これはモード周波数が正確に整合されていないことが原因となって生ずる。復調器２０から受領した復調されたベースバンド信号は直交ループフィルタ２２によってフィルタにかけられて、また復調器２１から受領した復調されたベースバンド信号は実ループフィルタ２３によってフィルタにかけられて、帯域幅と雑音に関して必要とされているシステム性能を達成するようにしている。ループフィルタ２２から受領した信号は再変調器２４で再変調されて、電圧加算器２５に向けて送られ、そこで再変調器２６による再変調の後にループフィルタ２３から受領した信号と加算される。この加算された出力信号で電圧加算器２５からのものが、増幅器２７を経て二次駆動手段７に加えられて、二次ピックオフユニット６でゼロを維持するようにする。実のベースバンド信号ＳＤ（実：real）は実ループフィルタ２３からの出力信号であり、これが再変調器２６で再変調される前に取り出され（テークオフされ）、出力フィルタ２８でスケール合せされてフィルタにかけられて、システムからのレート出力信号２９を作る。次のベースバンド信号ＳＤ（実）は振動している構造３に加えられた実の二次駆動信号に直接比例している。
【００１０】
この動作モードについては、レート出力Ωout が式２で与えられ、ここでＶ０は固定の一次モード振幅基準電圧設定レベルであり、ｗは一次モード共振周波数であり、ｋはモード質量とモード結合係数とを含んでいる定数であり、ｇｐｐｏは一次モードピックオフ利得であり、ｇｓｄは二次モード駆動器利得（ドライバゲイン）である。
【００１１】
Ωｏｕｔ＝ｋ・ＳＤ（real）・ｇｐｐｏ・ｇｓｄ／Ｖ０・ｗ        …（２）
【発明が解決しようとする課題】
この通常の（従来形式の）閉ループモードで動作しているジャイロスコープについて、レゾルブできる（分解能に相当する）最小検出可能な回転レート（速度）は二次モードピックオフ手段６の感度によって決められる。これは二次ピックオフ増幅器１９の電子雑音によって決められる。固定のピックオフ利得に対しては、振動形構造のジャイロスコープの分解能を強化するための唯一のやり方は、与えられた加えたレートによって生成された二次モードの動きを増すことであり、言い換えると、ループ内スケールファクタを増すことである。これは、一次モードの駆動レベルを増して、もっと大きな動きの振幅を与えることにより達成され、換言すると、一次モード振幅設定レベルＶ０を増すことである。実際には、いずれかの与えられた振動形構造のジャイロスコープ設計についての最大変位に対する制限が存在することになり、この制限は多数の要因（ファクタ）によって設定されてよく、この要因には利用可能な駆動力と、振動形構造の破断限界と、ピックオフ及び駆動手段における非直線性などが含まれており、またピックオフ及び駆動手段は通常は、誘導性か、容量性か、あるいは圧電トランスジューサかとなっている。
【００１２】
振動形構造のジャイロスコープが測定できる加えられた最大レートは、二次駆動手段７が二次モード動作でゼロを維持するための能力によって制限される。二次駆動手段７は誘起されたコリオリの力をゼロとするために力を加える。あるレベルを越えた回転レートに対しては、コリオリの力の振幅は、二次駆動がレート出力を飽和させる原因となっている動きをゼロとするのに十分な力を、これ以上加えることができないというものとなっている。典型的な従来形式の振動形構造のジャイロスコープについては、この飽和レベルは数百度／秒（二ないし三百度／秒）よりも小さな加えられた回転レートに対応している。与えられた二次駆動手段利得については、最大の測定可能な加えられたレートを増すことが可能である。これは一次モード振幅を減らすことによって達成され、この一次モード振幅は所与の回転レートについて誘起されたコリオリの力の振幅を減らしている。しかしながらこの解決は振動形構造のジャイロスコープの信号は雑音性能を劣化させ、その結果、望ましくない分解能の低減を生じさせる。
【００１３】
したがって、振動形構造のジャイロスコープ用の改良された制御システムについての必要性が存在し、このシステムはより大きな回転レート（速度）の測定を可能とし、その際に高い分解能を維持するものであることが求められている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明の一つの特徴（アスペクト）によると、振動形構造と、該振動形構造を一次モード振動共振として保持するための一次駆動手段及び二次駆動手段と、該振動形構造の振動を検出するための一次ピックオフ手段と二次ピックオフ手段とを有する振動形構造のジャイロスコープ用制御システムが用意されていて、
このシステムは、該一次駆動手段に加えられる駆動信号を制御可能に可変するための一次閉制御ループと、該二次ピックオフ手段におけるゼロ値を保持するために該二次駆動手段に加えられる駆動信号を制御可能に可変するための二次閉制御ループと、該一次及び二次閉制御ループ内のスケールファクタを能動的に調節するための手段とを含んでおり、
このスケールファクタ能動調節手段は、該二次制御ループからのレート応答信号を該一次モード振動の振幅を示す信号で除算するための手段と、該除算するための手段からの出力信号にフィルタをかけて、加えられたレートを示す出力を用意する手段と、該除算するための手段からの出力信号を受領して、それを用いて該一次閉制御ループの基準電圧設定レベルを積極的に調節するための可変スケールファクタループとを含んでおり、
これによって該制御システムのループ内スケールファクタを動的に調節する制御システムとなっている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
好ましいのは、該スケールファクタ能動調節手段は、選ばれた絶対しきい値レート値より上で加えられた回転レートについての一次モード振動振幅を減らすための手段を含んでいることである。
【００１６】
便利なのは、該選ばれた絶対しきい値レート値が、該二次閉制御ループのレート出力限界よりも小さい値に設定されることである。
【００１７】
好都合なのは、該一次閉制御ループは、該一次ピックオフ手段から受領した信号を復調するための手段と、該一次ピックオフと一次駆動との信号の相対的な位相を比較する位相ロックループと、該一次駆動手段に加えられた信号と該振動変形構造の動きとの間で９０°位相シフトを保持するために該位相ロックループにより調節される周波数をもつ電圧制御発振器と、該一次ピックオフ手段から受領した該復調された信号を固定の基準電圧レベルと比較するための自動利得制御ループと、該自動利得制御ループから受領した該出力信号を該電圧制御発振器により供給された周波数において再度変調して該一次駆動手段に加える該制御可能に可変された駆動信号を用意する変調器とを含んでいることである。
【００１８】
好ましいのは、該二次閉制御ループは、該二次ピックオフ手段から受領した信号を復調して該振動形構造のレートで誘起された動きの実成分と直交成分とに分けるための手段と、該実及び直交成分を別個にフィルタがけするループフィルタ用手段と、該二次駆動手段に加えるために該フィルタがけした信号成分を再度変調して加算するための手段とを含んでいることである。
【００１９】
便利なのは、該可変スケールファクタループは、該二次閉ループの該実成分ループフィルタ用手段からの復調された出力と、該一次ピックオフ手段からの復調された信号との間に接続されていることである。
【００２０】
好都合なのは、該可変スケールファクタループは、該可変スケールファクタループに加えられた入力信号の絶対値（モジュラス）を固定基準電圧レベルに分割し、その出力が１以下に限定されるものとするための手段と、該出力にフィルタをかけて、該出力を該一次閉制御ループの自動利得制御ループに向けた固定基準電圧レベルのゼロレート電圧値をスケール合せして使用するための手段とを含んでいることである。
【００２１】
好ましいのは、該二次閉制御ループと該可変スケールファクタループとの間に置かれていて、該二次閉制御ループの該実成分ループフィルタ用手段からの該復調された出力を該一次閉制御ループからの該復調された信号によって除算して、該加えられたレートに比例した出力信号を用意する手段を含み、この手段の出力信号が該可変スケールファクタループの入力を形成していることである。
【００２２】
代って、制御システムが次の手段、すなわち、二次閉制御ループと該可変スケールファクタループとの間に置かれていて、該二次閉制御ループの該実成分ループフィルタ用手段からの該復調された出力を該可変スケールファクタループからの出力を形成している該基準電圧レベルによって除算して、該加えられたレートに比例する出力信号を用意する手段を含み、この手段の出力信号が該可変スケールファクタループの入力を形成している。
【００２３】
便利なのは、制御システムが、該可変スケールファクタループへの入力を形成している該出力信号の一部を取りはずして、これをスケール合せしてかつフィルタにかけて該ジャイロスコープに加えられたレートを示す出力信号を用意する手段を含んでいることである。
【００２４】
好ましいのは制御システムが、シリコンから作られた振動形構造を有している、振動形構造のジャイロスコープと共に使用されることである。
【００２５】
実施例
この発明をよりよく理解するために、またこの発明が実際にどのように実行されるかを示すために、添付の図面を例として参照して説明して行くこととする。
【００２６】
振動形構造のジャイロスコープ用の制御システムであって、この発明の第一の実施例によるものは添付図面の図３に示されている。この発明のこの実施例では、一次ループ１と二次ループ２とが、図２に示した従来形式の通常の制御システムの一次ループ１と二次ループ２と非常に良く似ていて、図２と３との両方で共通の類似部品には同じ参照番号を付けることとし、詳細な説明は加えないこととする。さらに加えて、この発明の制御システムは、シリコンから作られた振動形構造３に応用されるとして示しまた記述しているが、このシステムはまた金属もしくは圧電セラミック材料から作られた振動形構造３にもまた応用できるものである。
【００２７】
前述したようにスケールファクタを調節することは問題をかかえていて、一旦設定がされると、スケールファクタは後に変えることができない。振動形構造のジャイロスコープのレート範囲を、レート性能が低くなることと妥協せずに拡張するためにはもっと大きな加えるレートでのループ内スケールファクタを能動的に（アクティブに、積極的に）調節することが必要である。この発明による制御システムは、一次及び二次閉制御ループ１，５内に手段３０を含み、ジャイロスコープにとって低い回転レートで最適分解能を維持しながら大きな加えられた回転レートを測定することができるようにしている。この目的のために、スケールファクタ能動調節手段３０は、選定された絶対しきい値レートの値を越える加えられた回転レートについての一次モード振動振幅を減らすための手段を含んでいる。加えられたレートは正または負である。絶対しきい値レートΩThの値は便宜的に二次ドライブ手段７の正規出力限界の僅かに下の値に設定される。
【００２８】
一次モード振幅は、このしきい値より下の加えられたレートに対しては、一定値に維持される。コリオリの力によって誘起された二次モード動作は加えられたレートに直接比例し、二次駆動手段７を用いて通常のやり方でゼロとされる。加えられたレートがしきい値を越えるときは、一次モード振幅は減らされて、それにより二次ループスケールファクタを減少する。このレート範囲では、二次駆動が一定の、最大の、レベル付近に維持されて、一次モード振幅は加えられたレートに逆比例して変化する。このことは一次モード振幅基準電圧設定レベルＶAGC を次のやり方で調節することにより達成される。
【００２９】
ＶＡＧ ∝  １／ΩＡｐｐ                            …（３）
（注、ΩＡｐｐは図中ではΩＡｐｐとしてある）全動作範囲にわたり線形レート出力を得るためには、一次モード振幅を用いて正規化された二次駆動レベルを用いることが必要である。レート出力Ωout は、
Ωｏｕｔ＝ｋ・ＳＤ（real）・ｇＰＰＯ・ｇＳＤ／ＶＰＰＤ・ｗ    …（４）
により与えられ、ここでＶＰＰＤは一次モード振幅を示す一次ピックオフ信号である。
【００３０】
このことを実行に移して、拡張されたレート範囲能力を用意するためには、図３に示すように、スケールファクタ調節手段３０が用意されてそれが二次閉ループ５と一次閉制御ループ１との間に接続される。手段３０は、二次閉制御ループ５と可変スケールファクタループ３１との間に置かれた手段３４を含んでいて、復調された出力３２として二次閉制御ループ２の実成分ループフィルタ用手段２３から得たものを、一次閉制御ループ１からの復調された信号成分３３によって除算して、加えられたレートに比例している出力信号３５を用意するようにしている。出力３５は可変スケールファクタループ３１への入力を形成し、ループ３１は手段３０の一部となっていて、また出力３５は一次ピックオフ信号３３の自動利得制御ループ１４に供給される電圧基準レベル１５のスケール合せのために使用される。この出力信号３５はまたスケール合せとフィルタがけとを手段３６によってされて、最終出力信号Ωｏｕｔを作り、これがジャイロスコープへ加えられるレートを示している。
【００３１】
これに代って、添付図面の図４に示すように、スケールファクタを能動的に調節するための手段３０は、制御システムの基本的な機能を変更せずに、一次閉制御ループ１の復調された他の信号成分３３の代りに入力電圧１５を用いて実施されてもよい。こうして図４に示すように、手段３４が、二次制御閉ループ５と可変スケールファクタループ３１との間に置かれていて、二次閉制御ループ５の実成分ループフィルタ用手段２３からの復調された出力３２を可変スケールファクタループ３１からの出力を形成している基準電圧レベル１５によって除算するようにしていて、この手段が加えられたレートに比例している出力直流信号３５を用意し、この出力信号が可変スケールファクタループ３１への入力を形成している。信号３５はまた参照番号３６のところでスケール合せがされ、フィルタにかけられて、最終出力信号３７（Ωｏｕｔ）を用意し、これがジャイロスコープに加えられるレートを示すものとなっている。
【００３２】
可変スケールファクタループ３１の機能は図５に模式的に示されている。可変スケールファクタループ３１に加えられた入力信号３５（Ωｏｕｔ）の一部（モジュラス）は参照番号３８のところで分割されて、ΩＴＨを示している固定電圧基準レベルと、１以下に限定されている出力値Ｘと一緒にされる（参照番号３９）。この基準レベルはしきい値レート値ΩTHを設定して、最大の実駆動振幅を実効的に制限し、この振幅が二次駆動手段７に加えられることになる。出力Ｘはそこで参照番号４０のところで使用されてＶQ 、すなわち自動利得制御基準電圧レベルＶＡＧＣ（入力１５）のゼロレート値、をスケール合せする。ブロック４０からの出力４１はループフィルタ４２内でフィルタがけされて、求められている動的応答を用意して、その後に自動利得制御ループ１４に加えられる。
【００３３】
可変スケールファクタループフィルタ動作はこの制御システムの動的性能を決める際に重要な役割を有している。可変スケールファクタループ３１の帯域幅は、二次（実）制御ループ５のものと比較すると、一般に低いものであるので、一次振幅はしきい値ΩＴＨより上の領域で加えられたレートの急速な変化に対しては相対的に遅く応答することになり、これは、二次ピックオフ手段６におけるゼロが、二次制御ループ５の制御の下で二次駆動手段７を調節することによって主として維持されることを意味している。ΩＡＰＰの急速な増加に対しては、これが瞬時の二次駆動レベルを、等価な加えられたレートに対する定常状態を越えるものとする原因となる。このことはΩＴＨが二次駆動“オーバーシュート”を防止するために十分なオーバードライブ範囲を用意するように設定されることを必要とし、こういった過渡条件の下で出力制限を越えることを求めている。これはこのシステムの性能に対して不利益なことであり、その理由は、正規条件下で、すなわちΩＡＰＰに急激な変化が存在しない場合に、二次制御ループ５の使用可能なダイナミックレンジ（動作範囲）を制限するからである。可変スケールファクタループ３１の帯域幅を拡張することは、自動利得制御ループ１４がもっと急速に応答できるようにすることによって、二次駆動オーバーシュートの拡がり幅を制限することになる。帯域幅を拡げることは、しかしながら、システムの雑音性能を劣化させる。
【００３４】
この発明による制御システムの詳細なループフィルタ設計は正確な性能要件に依存している。応用対象となり、かつシリコンで作られている振動形構造のジャイロスコープの使用可能なレート範囲は一般に１００°／秒ないし１０，０００°／秒を越えるところまで拡張されてよい。これが低い方の加えられたレートでの性能の劣化を伴わずに達成できる。しかしながら、レートがしきい値レベルを越えて増加されると雑音性能の若干の劣化を生ずることになり、その原因は一次動作の振幅が減ることによる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明によらない振動形構造のジャイロスコープについて図式的に示しており、ここではcos ２θ振動モードが一次モード（プライマリィモード）として励起されている図（図１ａ）、およびこの発明によらない振動形構造のジャイロスコープが振動形構造の面に垂直な軸の周りに回転させられたときに励起されるsin ２θ振動モードを模式的に示しており、この回転によって、コリオリの力が発生されて、これが二次モードにエネルギーを結合させることを示す図（図１ｂ）。
【図２】  振動形構造のジャイロスコープについてこの発明によらない通常の制御システムの模式的な構成図。
【図３】  この発明の第一の実施例による制御システムについての一般化した構成図。
【図４】  この発明の第二の実施例による制御システムについての一般化した構成図。
【図５】  この発明の制御システムで利用される、可変スケールファクタループの機能を示す模式的な構成図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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