Brevet FR2015782A1 — publié le 19700430

1' 2015782 La présente invention concerne ion appareil de positionnement du gouvernail pour les systèmes à gouverner des'navires. L'appareil positionneur de gouvernail est la partie du système à gouverner d'un navire qui reçoit un signal d.«> posi-5 tionnement du gouvernail représentant,. l'anrle désiré pour le gouvernail et qui assure le uoriitiônnement du gouverna \ J à cet anp;le. Le .iignal de positionnement du gourernail peut ce reçu directement de la aource de -àgnaux de commande du gou v Dans ce cas, le signal de po iitionnement du gouvernail L'appareil positionneur de gouvernail selon l'invention est du typa à réaction, c'est-à-dire du type comportant un . ir-cuit d'équilibre ayant une entrée pour un signal de positio.uQf»-30 ment du gouvernail et une entrée pour un signal de réaction, et une sortie pour un signal d'équilibre servant somme signal le commande pour démarrer l'appareil à gou^'irner .lu navire dan un sens ou dans l'autre et pour arrêter l'appareiL à gouverner, Dans les appareils connus de ce t;rpe, le signal de réaction est directement fonction de la position du gouvernail, étant, fourni, par exemple, par un potentiomètre dont le curseur ent couplé mécaniquement au gouveBaail. 40 II a été constaté que ces appareils positionneurs de gou- iAD ^RfGIWÀÎ, * 69 27867 2. 2015782 vemails ont certains inconvénients parce que l'appareil à gouverner opère inévitablement avec un certain retard dans le temps, c'est-à-dire qu'il faut un certain temps pour que l'appareil à gouverner so.it démarré jusqu'à la pleine vitn3no et 5 aus:.;i. pour être arrêté à partir du momenou il a re^u i'ordre respectif. En conséquence, quand le signa?, d'équilibr- atteint La viLeiir d'arrêt, l'appareil à gouverner et, par suil s, le l'-ouvornail effectuant un dépassement de ccurr.e, et le signal ■ le réaction, qui rej.-eési-nte dir-etement l'ang'le du gouvernail, 10 déplisse aussi la valeur cequise, c'est-à-dire qu'il r Pour éviter l'instabilité, la différence entre les nLgnaux 20 .»!'équilibre provoquant l'arrêt dans un sent: et le démarrage dans le sens opposé, appelée la lar eur de bande morte, doit être choisie supérieure eu dépassement de course de l'apparei'1 à gouverner, représeriné par i.e i '..gnal de réaction. D'autrt part, il est désirable du point de vue de la précision de gouverne de 25 maintenir la largeur de la bande morte aussi faible que possible. Ceci ne présente en lu'-même aucune difficulté même si la fonction de commande du signal d'équilibre est établie par :tes relais électro-mécaniques, comme c'est habituellement le cas, qui eux-mêmes ont lin certain temps mort de fonctionnement 30 car la largeur de bande morte peut être réduite à volonté par amplification du signal d'équilibre, mair .comme il a été expli- ' que, le dépassement de course.de' l'appareil, à gouverner détermine- une■ limite inférieure' ' la largeur de - ban. Le morte. En général le dépassement de couj se augmente-avec la vitesse de "Y? ,1 'appareil à gouverner, «t in conséquence la limite inférieure de la largeur de bande morte augmente quand la vitesse de l'appareil à gouverner augmente:;, ce qui est fâcheux parce qu'il est .évidemment désirable que l'appareil à gouverner, exécute les ordres aussi rapidement que possible. -40 II est habituellement nécessaire,, pour les raisons exposées, BAD ©BIGINAL 69 27867 3. 2015782 de choisir un compromis entre la largeur de bande morte, la vitesse de 1 * appareil à gouverner et la stabilité. Ce compromis n'est pas toujours satisfaisant et, en particulier, dans le cas de la gouverne automatique en utilisant un pilote automatique 5 comme source de signaux de commande du gouvernail, il ne répond pas toujours à la précision recherchée pour un gouvernail automatique . La présente invention a pour but de réduire ou de supprimer-les inconvénients ci-dessus. Conformément à l'invention, un ap-10 pareil positionneur de gouvernail comprend une source de signal de réaction, un simulateur d'appareil à gouverner à retard dans le temps inférieur à celui de l'appareil à gouverner, ce simulateur pouvant être commandé par le signal d'équilibre conjointement avec l'appareil à gouverner pour le démarrage dans un 15 sens ou l'autre et pour l'arrêt afin de produire un signal représentant l'écart par rapport à un état neutre, le signal sortant du simulateur d'appareil à gouverner étant appliqué à l'entrée de réaction du circuit d'équilibre pour constituer le signal de réaction, et un dispositif assurant la synchronisation 20 lente du simulateur d'appareil à gouverner avec l'appareil à gouverner. Comme la seule fonction du simulateur d'appareil à gouverner est de fournir un signal électrique de commande, il peut être facilement réalisé pour fonctionner avec un retard dans le 25 temps très faible, ou même pratiquement sans aucun retard et en raison de sa synchronisation lente par rapport à l'appareil à gouverner il peut toujours représenter d'une façon convenable la position du gouvernail. Il a été constaté qu'en utilisant un tel simulateur d'appareil à gouverner il est possible d'obtenir 30 un compromis satisfaisant entre la largeur de bande morte, la vitesse de l'appareil à gouverner et la stabilité. Au démarrage du système à gouverner, il peut y avoir un désaccord considérable entre le simulateur et l'appareil à gouverner et avec la synchronisation lente considérée ci-dessus, 35 T2Q. certain temps peut être nécessaire avant la régulation de la gouverne. Par suite, suivant un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, lrappareil positionneur du gouvernail comporte de plus un dispositif pour la synchronisation rapide du simulateur relativement à l'appareil à gouverner en cas de désaccord 40 ou d'écart entre les deux. "69 27867 4. 2015782 - 10 15 t 20 25 30 35 La synchronisation rapide peut aussi servir pour le fonctionnement dans le cas d'un changement rapide ou important du signal de positionnement du gouvernail, si la pente de la caractéristique du signal sortant du simulateur n'est pas identique à celle du signal sortant de l'appareil à gouverner, comme il est expliqué ci-après. Une forme particulièrement avantageuse de simulateur d'appareil à gouverner est un circuit intégrateur. Un tel circuit peut simuler le fonctionnement mécanique de l'appareil à gouverner sous une forme purement électrique et, par suite, pratiquement sans aucun retard dans le temps. Cependant, il est aussi possible, si désiré, d'utiliser un simulateur électromécanique tel qu'un petit moteur électrique entraînant le curseur d'un potentiomètre. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : Fig o 1a et 1b représentent schématiquement un circuit suivant un mode de mise en oeuvre de l'invention, Fig. 2 représente graphiquement la fonction d'un appareil positionneur de gouvernail classique, du type à réaction, Fig. 3 représente graphiquement la fonction d'un appareil positionneur de gouvernail suivant le mode de mise en oeuvre représenté sur la fig. 1, et Fig. 4 est un graphique semblable à celui de la fig. 3 illustrant la fonction dans des conditions un peu modifiées. L'appareil positionneur de gouvernail représenté sur la fig. 1 comprend un amplificateur relais sous la forme d'un amplificateur opérateur 1. Cet amplificateur reçoit un signal de positionnement du gouvernail à travers une résistance à*entrée R1 et ce signal 'est comparé à un signal de position du simulateur d'appareil à gouverner "décrit ci-après qui est" appliqué à travers une résistance d'entrée R3. Ces deux signaux peuvent être représentés par des tensions, mais cependant comme ils représentent respectivement des angles du gouvernail ils peuvent aussi être exprimés sous la forme des degrés des angles. La différence entre les deux signaux représente le signal considéré ci-dessus comme le signal d'équilibre, et ce signal est appliqué à 11 amplificateur 1 tant que signal entrant. Le signal sortant de l'amplificateur commande un relais de Copy- 69 27867 5. 2015782 tribord Rel (désigné aussi SB) e~t un relais de "bâbord Re2 (désigné aussi P) à travers les diodes D1 et D2. la largeur de . bande morte de la combinaison de relais ci-dessus est déterminée par la sensibilité ou l'amplification de l'amplificateur 5 1 qui à son tour est déterminée par une résistance de réaction négative R2 et par le réglage d'un potentiomètre Pl. l'appareil de positionnement du gouvernail comprend un simulateur d'appareil à gouverner constitué par un amplificateur opérateur 2 qui" est connecté en circuit intégrateur avec 10 un condensateur Cl et une résistance d'entrée R4. Quand l'un des relais de tribord ou de bâbord est excité, la résistance R4 est connectée à travers les' contacts du relais à l'une, des deux bornes de tension constante +20 Y et -20 V. En variante, des commutateurs séparés, par exemple des commutateurs électron!-15 ques, peuvent être- utilisés pour établir ces connexions en réponse directe aux tensions du signal sortant de l'amplificateur 1 comme dans le cas de la commande des relais Rel et Re2. Du fait de la connexion de la résistance d'entrée R4 à l'une des bornes de tension +20 Y et -20 Y, le circuit inté-20 grateur produit un signal sortant variant à une vitesse constante dans le sens positif ou négatif pour simuler le mouvement de l'appareil à gouverner et, par suite, du gouvema.il'dans le sens tribord ou bâbord. Quand aucun des deux relais Rel et Re2 . n'est excité, la tension à la sortie de l'intégrateur reste 25 constante, ce qui correspond à tin état stationnaire de l'appareil à gouverner, l'étalonnage de l'intégrateur peut être, par exemple, tel. que le signal sortant représente 0,5 Y par degré, zéro correspondant à la position médiane du gouvernail, les relais Rel et Re2; comportent aussi des contacts pour 30 démarrer et arrêter l'appareil à gouverner réel SG dans le sens tribord ou bâbord, l'appareil à gouverner fait tourner le gouvernail R dans le sens tribord ou bâbord de la façon indiquée par les flèches SB et P» la vitesse du simulateur d'appareil à gouverner, exprimée 35 en degrés d'angle par unité de temps, peut être réglée en fonction de la vitesse de rotation du gouvernail R par l'appareil à gouverner réel SG, en réglant la résistance R4.. Comme le montre la ligne en traits mixtes 11, m potentiomètre P3 est couplé mécaniquement au gouvernail pour indiquer 40 la position angulaire du gouvernail et, par suite, la position 69 27867 6. 2015782 - de- 1*appareil à gouverner réel et pour transmettre un signal représentant cette position en réaction sous la forme d'un signal électrique de réaction, par exemple d'une valeur de 0,5 V par'degré d'angle. 5 Les signaux de réaction du simulateur d'appareil à gou verner et du potentiomètre P3» autrement dit la position angulaire de l'appareil à gouverner réel et. la-position angulaire équivalente du simulateur- d'appareil à gouverner sont comparés au point commun entre deux résistances R6 et R7. S'il existe 10 une différence entre les deux signaux de réaction, cette différence est appliquée à travers une résistance R5 au point de sommation du circuit intégrateur pour provoquer .une dérive très lente de ce circuit vers la position de l'appareil à gouverner réel afin d'approcher lentement lé simulateur au synchronisme 15 avec l'appareil à gouverner. • Le point commun entre les résistances R6, et R7 est, de plus, connecté à l'entrée du circuit intégrateur à travers un potentiomètre P2 et deux diodes au silicium D3 et D4. Si la différence entre les positions de l'appareil à gouverner et du 20 simulateur dépasse une certaine valeur, il peut être réglé au moyen du potentiomètre P2, l'une des diodes D3 et-D4 devient conductrice. Par suite, en raison dés valeurs relativement fai-• -bles des résistances R6 et R7', l'intégrateur est rapidement ramène à un point de travail pour lequel là différence entre 25 l'appareil à gouverner et .le simulateur*ne dépasse plus la valeur considérée ci-dessus. C'est la fonction appelée ci-dessus la synchronisation rapide. ' -Suivant lé mode de-réalisation représenté, le. potentiomètre P2 couvre un écart, entre le simulateur et l'appareil à 30 gouverner dans une plage comprise entre +. 2° et ; Les figures la et lb indiquent un exemple des valeurs de • différents éléments. Fig. 2 représente la fonction d'-ûn appareil- positionneur de gouvernail classique dans lequel" uïi ■ signal représentant di-35 rectement la position du gouvernail est appliqué- en réaction au circuit'd*équilibre. Les abscisses représentent' le temps et-les ordonnées les tensions ou les angles correspondants d'après l'étalonnage de l'appareil. ; î : Lia courbe a représente la position de l'appareil à gou-40' verhery" exprimée par la position angulaire du gouvernail:, én 69 27867 7. 2015782 supposant qu'au temps t = 0 l'appareil à gouverner est démarré à partir de la position médiane sous l'action d'un signal de positionnement du gouvernail YP provoquant le fonctionnement du relais de tribord. Pour tous les points de la courbé a la va-5 leur de l'ordonnée YR représente aussi le signal de réaction correspondant à la position du gouvernail. Par suite, la distance jusqu'au niveau YP représente le signal d'équilibre YB = VP - YR. En conséquence, la ligne de niveau YP représente aussi la valeur zéro du signal dréquilibre et peut aussi être 10 appelée la ligne d'équilibre. Les tensions pour lesquelles les relais de tribord et de bâbord passent au travail et retombent se trouvent sur les côtés opposés de la ligne d'équilibre et sont indiqués SB on et SB off pour le relais de tribord et P on et P off pour le relais de bâbord. 15 Comme le montre la courbe a, l'appareil à gouverner est démarré avec un certain retard et ensuite fonctionne à une vitesse constante jusqu'à atteindre un point A pour lequel le relais de tribord retombe. L'appareil à gouverner continue alors à fonctionner sur une certaine distance, c'est-â-dire une cour-20 se de dépassement. Si le dépassement est suffisamment faible pour prendre fin entre SB off et P on l'appareil à gouverner reste dans la position atteinte (partie b de la courbe)*. Par contre, si le dépassement est suffisamment important pour dé-.passer la limite P on l'appareil à gouverner est démarré dans 25 le sens bâbord et peut à nouveau dépasser la limite SB .on pour être démarré à nouveau dans le sens tribord, de la façon indiquée par la partie e de la courbe. La commande du gouvernail est par suite instable. Pour éviter l'instabilité^ la largeur de bande morte entre SB o.ff et P on (ou entre P off et SB .on) doit 30 être choisie supérieure à la valeur de dépassement. La fig. 3 correspond à l'adjonction du simulateur d'appareil à gouverner de la fig. 1, dont le fonctionnement est représenté par la courbe d. Le relais de tribord retombe au point d'intersection de la courbe d avec la ligne S? off 35 c'est-à-dire au point 3. A ce moment, l'appareil â gouverner est au point 0, c'est-à-dire considérablement en dessous dû la ligne SB off. Par sait2, la valeur de dépassement'pouvant être tolérée sans que la courbe a dépasse la ligné P .on est considérablement supérieure à celle de la fig. È. Si le dépassement 40 prend fin exactement à SB off. le simulateur est toujours en 69 27867 8. 2015782 synchronisme avec l'appareil à gouverner. Si le dépassement se termine au-dessus de SB off la synchronisation lente du simulateur par rapport à l'appareil à gouverner est démarrée automatiquement de la façon indiquée à une échelle resserrée des 5 temps par la courbe e. On observera, en considérant la fig. 3» qu'avec une certaine valeur de dépassement la largeur de "bande morte peut être considérablement rétrécie par rapport au cas de la fig. 2 sans provoquer d'instabilité, ce qui permet d'obtenir une commande 10 de gouvernail plus précise. Dans un but de simplification, il n'a pas été considéré sur les figs. 2 et 3 que le signal de positionnement du gouvernail peut avoir changé avant l'établissement de l'équilibre. Cependant, cela signifie seulement que pendant que l'appareil 15 à gouverner et le simulateur fonctionnent d'après leurs courbes respectives l'ensemble du système de lignes VP, SB on, SB off, P on et P off monte ou descend. Par suite, si YP est considéré comme représentant la tension de positionnement du gouvernail non au temps zéro mais au temps de chute du relais de tribord, 20 les valeurs s'appliquent aussi à ce cas. La synchronisation du simulateur par rapport à l'appareil à gouverner n'a pas besoin d'être terminée avant que l'opération suivante de positionnement soit provoquée par un changement du signal de positionnement du gouvernail. 25 La fig. 4 montre le fonctionnement de l'appareil position neur de gouvernail dans le cas où le simulateur d'appareil à gouverner est réglé pour fonctionner à une vitesse légèrement supérieure à celle de l'appareil à gouverner. La courbe d de la fig. 4 représentant le simulateur est au-dessus de la courbe 30 a représentant l'appareil à gouverner. Jusqu'au point D de la courbe d, la fonction est la même ' que celle décrite ci-dessus. A ce point, l'écart entre le simulateur et l'appareil à gouverner atteint la valeur f pour laquelle l'une des diodes D3 et D4 devient conductrice pour 35 établir la synchronisation rapide. A partir de ce point la courbe d est parallèle à la courbe a parce que la diode conductrice empêche le simulateur d'augmenter son avance. Au point d'intersection B entre la courbe d et la ligne SB off le relais de tribord retombe et l'appareil à gouverner commence le dépas-40 sement de course à partir du point C comme dans le cas de la 69 27867 9. 2015782 fig. 3. Au même moment la synchronisation lente est démarrée. La valeur f et, par suite, la valèur P £s du signal de positionnement du gouvernail pour laquelle débute la synchronisation rapide dépend du réglage du potentiomètre P2. Tant que 5 le signal de positionnement du gouvernail reste en dessous de cette valeur, le fonctionnement reste le même que celui expliqué par rapport à la fig. 2. Dans la pratique, il a été constaté qu'il est préférable de régler l'appareil de façon que la synchronisation rapide soit 10 établie seulement dans le cas de changements relativement importants et rapides du signal de positionnement du gouvernail, c'est-à-dire dans le cas d'une commande relativement brusque du gouvernail ou d'écarts brusques du navire par rapport au cap choisi, la synchronisation lente agissant seule tant que 15 la commande du gouvernail a relativement les caractéristiques d'une fonction de correction pour maintenir le navire sur un cap choisi dans des conditions de gouverne sans à-coupsi Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative, et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'au-20 très variantes, sans que l'on sorte de son cadre. 69 27867 10. 2015782 B 8 T 1 1; D I fl 1 1 I 0 K S 1. Appareil pour le positionnement; d'un gouvernail comprenant un circuit d'équilibre comportant des entrées pour un. signal de positionnement du gouvernail et pour un signal de 5 réaction et une sortie pour un signal d'équilibre servant comme signal de commande pour démarrer l'appareil à gouverner d'un navire dans un sens ou dans l'autre et pour arrêter l'appareil à gouverner, appareil caractérisé en ce qu'il comporte comme source de signal de réaction un simulateur d'appareil à gouver-10 ner ayant un retard dans le temps inférieur à celui de l'appareil à gouverner, le simulateur d'appareil à gouverner étant commandé par le signal.d'équilibre conjointement avec l'appareil à gouverner pour le démarrage dans un sens ou dans l'autre et pour l'arrêt afin de produire à la sortie un signal représen-15 tant son écart par rapport à un état neutre, le signal sortant du simulateur d'appareil à gouverner étant appliqué à l'entrée de réaction du circuit d'équilibre pour constituer le signal de réaction, un dispositif assurant la synchronisation lente du simulateur d'appareil à gouverner par rapport à l'appareil à 20 gouverner. 2. Appareil pour le positionnement d'un gouvernail selon la revendication 1, caractérisé par un dispositif de synchronisation rapide du simulateur par rapport à l'appareil à gouverner en cas d'un dédaccord prédéterminé entre les deux. 25 3. Appareil pour le positionnement d'un gouvernail selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le simulateur d'appareil à gouverner est un circuit intégrateur. 4. Appareil pour le positionnement d'un gouvernail selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit intégrateur 30 comporte une entrée connectée en réponse au signal d'équilibre à travers une résistance d'entrée à des sources de deux tensions, constantes différentes, cette entrée étant de plus"couplée par une autre résistance d'entrée à un point de comparaison du signal du circuit intégrateur au signal représentant la position 35 du gouvernail. 5. Appareil pour le positionnement d'un gouvernail selon la revendication 4, caractérisé par xme connexion de résistance faible entre l'entrée du circuit intégrateur et le point de comparaison à travers un commutateur à seuils à deux direc- 40 tions.