Brevet FR2115345A1 — publié le 19720707

- 1 - L'invention se rapporte à un système de stabilisation locale utilisable entre autre pour un radar de navigation, comportant sur la plate-forme à stabiliser un carter dans lequel un gyroscope stabilisateur est suspendu à la cardan, la plate-forme étant en outre stabilisée entre 5- autre à l'aide de deux anneaux dé cardan concentriques et un dispositif servo cotnnandé gyroscopiquement autour de deux axes perpendiculaires l'un à l'autre. Un tel système est décrit dans le orevet américain No. 3-358.258. Toute fois avant que le processus dè la stabilisation d'un tel système 10 puisse avoir lieu, il convient de porter la position spatiale du gyroscope stabilisateur, à partir d'une position quelconque, en concordance approximative avec celle de la plate-forme à stabiliser. Par ailleurs il peut arriver, qu'en dehors des difficultés provoquées pendant la période de mise au point, la plate-forme soit déjà stabilisée d'une manière externe 15 au système p.ex au moyen d'un gyroscope naval disposé plus au centre du navire et que le processus de stabilisation, à un moment donné, doit continuer en utilisant le gyroscope stabilisateur en premier nonroé, se trouvant alors, en général, dans une position absolument arbitraire. La présente invention se propose la réalisation d'un système de 20 stabilisation du genre de celui décrit ci-devant aans lequel aussi bien le processus de mise au point que celui de stabilisation peuvent être réalisés d'une manière simple dans un seul et même système, opérant selon différents modes, cette stabilisation étant obtenue au moyen du gyroscope stabilisateur, éventuellement postérieure à la stabilisation externe. 25 Conformément à l'invention le gyroscope stabilisateur prend dans un premier mode, une position spatiale correspondant approximativement à celle de la plate-forme à stabiliser, au moyen de deux synchro-transmetteurs (pick-off's) accouplés au gyroscope, un premier circuit de réglage relié à chacun des synchro-transmetteurs et deux moteurs à couple constant, alors 50 que le premier circuit de réglage est composé successivement d'un démodulateur, d'un réseau de compensation et d'un amplificateur d'adaptation et que le gyroscope stabilisateur, dans un deuxième mode, suivant une méthode par elle-même connue, au moyen de deux compteurs d'accélération fixés à la plate-forme à stabiliser, un deuxième circuit de réglage relié 35 à chacun des deux compteurs d'accélération et les moteurs à couple constant, est maintenu dans une position spatiale fixe définie, le deuxième circuit de réglage étant composé successivement par un filtre, un réseau de 71 41875 2115345 - 2 - compensation et un amplificateur d'adaptation. L'invention sera décrite plus explicitement à l'aide des dessins annexés, dont: la fig. 1 est une représentation schématique du système de 5 stabilisation locale selon l'invention; la fig. 2 montre plus en détail une partie du dit système qui réalise la'stabilisation autour a'un des axes appartenant au système. Dans les figures les mêmes parties du système portent les mêmes chiffres de référence. 10 Dans la fig. 1 la plate-forme 1 à stabiliser est suspendue à la cardan par deux anneaux concentriques 2 et 3 et deux axes 4 et 5 transversale l'une à l'autre. Si la plate-forme à stabiliser se trouve à bord d'an navire, l'axe 5» fixé sur l'anneau intérieur 2, est supporté par des paliers sur l'anneau 3» 1ii-même .fixé au navire, parallèle comme 15 en général à l'axe longitudinale du navire. L'anneau intérieur 2 du cardan porte deux servo-moteurs 6 et 7. Par une excitation appropriée et par l'Intermédiaire des mécanismes de transmission 8 et 9 ces servo-moteurs peuvent faire pivoter la plate-forme 1 autour dès axes 4 et 5 de manière qu'elle garde une position fixe par 20 rapport à une référence spatiale. Cette référence spatiale est déterminée par le gyroscope 10, suspendu à la cardan dans son carter 11 monté sur la plate-forme à stabiliser. Une construction selon laquelle les gyroscopes et par le fait leur carter sont fixés à la plate-forme à stabiliser, a l'avantage que 25 les déformations du navire pouvant subvenir à la suite du tangage et du roulis, n'ont pas d'influence sur la stabilisation. SI des inexactitudes apparaissant par suite de ces déformations sont de moindre importance ou corrigées d'une autre manière, 11 est possible, sans plus, de disposer le gyroscope stabilisateur à un endroit éloigné dè la plate-forme, p.ex. 30 au meta-centre du navire. Dans le premier cas II s'agit de stabilisation locale, dans le dernier cas, de stabilisation centrale. Le gyroscope 10, que l'on pourrait aussi appeler toupie gyroscoplque d'horizon, comporte un axe qui, dans le cas où le gyroscope a occupé la "position spatiale fixe requise, est perpendiculaire à la surface terrestre. Le gyroscope !0, au 25 moyen de deux synehro-transraetteurs 12 et 13, qui y sont accouplés, fournit deux tensions a'erreur dès que te carter du gyroscope et par conséquent la plate-for»e,dlécarte de là position zéro par une déviation de la verticale t I .f 71 41875 2115345 - 3 - de l'axe du gyroscope. Cette tension d'erreur est alors appliquée, via les servo-ampllfieateurs 14 et 15, aux servo-moteurs 6 et 7 qui donnent à la plate-forme une inclinaison te^le que ies dites tensions d.'erreur soient réduites à zéro. 5 Bien que de cette façon l'axe du gyroscope 1") puisse être maintenue, par les moyen habituels, dans sa position verticale, il convient auparavant de porter la position spatiale du gyroscope stabilisateur, - à partir d'une position arbitraire, - en coïncidence approximative avec celle de la plate-forrae à stabiliser. 10 Conformément à l'invention le gyroscope stabilisateur 10, dans un premier mode, est porté en une position spatiale correspondant pratiquement à celle de la plate-forme à stabiliser, au moyen des synchro-transmetteurs 12 et 13, d'un premier circuit de réglage relié à chacun des dits synchro-transmetteurs et de deux moteurs à couple 15 constant 16 et 17, tandis que ledit premier circuit de réglage se compose successivement d'un démodulateur, a'un réseau de compensation et d'un amplificateur d'adaptation représentés sur ia fig. 2 respt. par 18, 19 et 20, puis le gyroscope 10, dans un deuxième mode, est maintenu en une position spatiale définie, par les méthodes connues en elles-mêmes, au 20 moyen de deux compteurs d'accélération 21 et 2.? fixés à la piate-forme à stabiliser, d'un deuxième circuit de réglage relié à chacun des compteurs d'accélération et des moteurs à couple constant 16 et 17, le deuxiène circuit de réglage étant composé d'un filtre 23 (fig. 2) d'un réseau de compensation 19 et d'un amplificateur d'adaptation 20. 25 Les circuits de conreareie du gyroscope dont chacun se compose d'un premier et d'un deuxième circuit de réglage sont représentés par les réf. 24 et 25. Or deux situations se présentent pour le système de stabilisation dans le premier mode, à savoir: - stabilisation externe; Dans ce cas la stabilisation de la plate-30 forme a lieu au moyen du gyroscope naval situé au centre du navire. A l'aide de deux synchrortransmetteurs 41 et -+2, à la sortie du système de stabilisation externe 26 et des synchro-récepteurs 43 et 44 reliés respectivement aux systèmes de transmission 8 et 9, la position de la plate-forme 1 à stabiliser par des moyens externes, est 35 comparée à la position de référence indiquée par le système de stabilisation externe 26 avec le gyroscope naval. Si la position de la plate-forme 1 ne correspond pas à cette position de référence, 1 41875 2115345 - 4 - les synchro-récepteurs 43 et -+4 émettent des tensions d'erreur appliquées, via les conducteurs 45 et 46 et les servo-amplificateurs M et 15 aux. servo-moteurs 6 et 7. Dans ce cas les commutateurs °7 et 28 se trouvent dans la position non indiquée sur la figure. Afin de passer facilement de la stabilisation externe à la stabilisation locale (interne) il convient que le gyroscope stabilisateur soit aligné selon une limite de précision oien définie avec la plate-forme à stabilisation externe. A cet effet le gyroscope stabilisateur est porté en une position correspondante à celle de la plate-forme au moyen des synchro-transmetteurs 12 et 13, accouplés au gyroscope même, dés circuits de commande gyroscopique 24 et 25 reliés à chacun dès dits synchros et des moteurs à couple constant 16 et 17. On remarquera en outre qu'une stabilisation externe peut également être obtenue en accouplant la plate-forme h stabiliser localement à une autre plate-forme stabilisée de façon que les mouvements de cette dernière soient suivis exactement. 1 • - pendant la phase de mise au point dans la stabilisation locale; dans cette situation la plate-forme est fixée immuablement au navire et le gyroscope stabilisateur est porté en une position oscillant autour d'un axe pratiquement vertical à l'aide des synchro-transmetteurs 12 et 13» des circuits de commande gyroscopique 24 et 25 et des moteurs à couple constant 16 et 17. Le système de stabilisation est commuté du premier sur le deuxième mode, si le gyroscope est ou bien aligné avec une précision suffisante avec la plate-forme à stabilisation externe ou bien, pendant la phase de mise au point, après un laps de temps à déterminer, 11 est porté en une position oscillant autour d'un axe pratiquement vertical. On décrira ci-après plus en détail, à l'aide de la fig. 2, la partie du système réalisant là stabilisation autour de l'axe 4. Sur la fig. 2 le commutateur 28, durant la stabilisation externe, se trouve dans la position non indiquée et dans laquelle la position de la plate-forme est comparée à la référence indiquée par le système de stabilisation externe 26 avec le gyroscope naval, au moyen du système de synchro-transraetteur 42 et 44. Si les deux positions ne concordent pas l'une avec l'autre, le synchro-récepteur 44 émet un signal de commande appliqué, via le conducteur 46 et le servo-ampllfieateur 15, au moteur 7. '4 En cas d'absence de stabilisation externe, le commutateur 28 se trouve 71 41875 2115345 - 5 - dans la posiMon indiquée et le servo-système comprenant l'amplificateur 15 et le moteur 7 est commandé par le synchro-transmetteur ^2; toutefois durant la pi.a.'e de mise au point la plate-forme reste immuablement fixée au navire. 5 Pendant la stabilisation externe aussi oien que pendant la période de mise au point dans la stabilisation locale, le commutateur se trouve dans la position indiquée sur la fi.oire. Le gyroscope stabilisateur est alors comnandé, via le synchro-moteur 12, le démodulateur 13, le réseau de compensation 19, l'amplificateur d'adaptation 20 et le moteur à couple 10 constant 16. Si le système de stabilisation se trouve dans le deuxième mode, le gyroscope stabilisateur est commandé, via le compteur d'accélération 21, le filtre 23, le réseau de compensation 19» l'amplificateur d'adaptation 20 et le moteur à couple constant 16. Si l'on admet que le gyroscope staDilisateur 10 est approximativement 15 aligné avec la plate-forme à stabiliser et que, de ce fait, le système peut être branché sur le deuxième mode, le compteur d'accélération fournit, par suite du changement de la valeur angulaire de la plate-forme autour de l'axe *+, une tension représentée par l'équation: e - K1(g + a) 20 dans laquelle g est l'accélération de la gravitation, a une accélération de perturbation provoquée par l'apparition d'un mouvement du navire et une cexistante. Le signal émis par le compteur d'accélération est de ce fait constitué par deux composantes, à savoir: une étant la mesure de l'angle i'inclnaison de la plate-forme et l'autre un signal variant en amplitude 25 et fréquence par suite des mouvements du navire. Ce deuxième signal peut être représenté par l'équation K, a * K1 a sln ai t dans laquelle U) est la fréquence des mouvements du navire. Le signal émis par le compteur d'accélération est appliqué au filtre 23. Le but de ce 30 filtre est d'atténuer suffisamnant les fréquences des mouvements du navire (OJ) qui varient entre les grandeurs de l'ordre de 0,5 à ',25 rad/sec. Le filtre est constitué à cet effet par des sections de filtre passe-bas d'un deuxième et u'un troisième ordre, de dimensions telles que, dans le cas où la transmittance isochrone de ce filtre est représentée par F, 35 approximativement égal à 1 pour les valeurs de fréquence de U) «0,12 rad/sec; il apparaît une atténuation de 30 db/oct pour les valeurs de fréquence de w:» 0,12 rad/seo. En raison des caractéristiques du filtre le signal émis 1 41875 2115345 - 6 - peut être représenté par l'équation K, g ®â. ' Ce signal est appliqué au réseau de compensation 19 constitué par l'amplificateur JO, l'intégrateur .5' et un additionneur-amplificateur >2. Entre l'intégrateur et l'additionneur se trouve un interrupteur fermé lorsque le système de stabilisation fonctionne dans le deuxième mode. Si la transmlttance isochrone du réseau est représenté par l'équation a, + — 1 s le signal émis par ledit réseau et appliqué à l'amplificateur est représenté par K1 s ei (âi + Par suite du fait que le moteur 16 est un moteur à couple constant 400 Hz, l'amplificateur d'adaptation ?0 est exécuté sous forme de modulateur. Par conséquent si on représente par Kp l'amplification à courant continu du modulateur et la transmlttance isochrone du moteur à couple constant par K^, le couple exercé sur le gyroscope peut être représenté par: K1 « 8i + T)K2 *> autrement dit équation dans laquelle C1 et représentent des constantes et X le. temps RC de l'intégrateur appartenant au réseau de compensation. _ Vu que la transmlttance isochrone du gyroscope peut être indiquée par , l'angle de rectification au gyroscope sera représenté par S ^2 1 équation dans laquelle T = —-ï—- représente la constante de temps du t * circuit de redressement (erectior. loop) constitué par le compteur d'accélération, le circuit de comreande du gyroscope et le moteur à couple constant. Si l'on admet que le gyroscope n'est pas soumis à des couples de perturbation et que l'axe dû gyroscope est incliné du même angle ©j autour de l'axe 34 que la plate-forme autour de l'axe 4, alors C^ dans l'équation 71 41875 2115345 - 7 - représente le couple à exercer sur le gyroscope pour le remettre dans la position spatiale requise (voir aussi: Savet - Gyroscopes: Theory and Design, Chap. 3 § *♦">• Si un déséquilibre apparaît dans le gyroscope, p.ex. sur l'axe 3^ 5- (fig. H, ce déséquilibre provoque une vitesse de précession sur l'axe 35 (fig. 1). Afin de neutraliser cette valeur angulaire toujours en augmentation, il convient qu'un couple croissant soit exercé sûr l'axe 3^« A cet effet est exercé sur le couple de commande ou sur une valeur proportionnelle coimie p.ex., dans le oas ici étudié, le signal filtré 10 provenant du compteur d'accélération, une intégration proportionnelle au déséquilibre apparaissant sur le gyroscope. C1C2 Le deuxième terme de l'équation 9 représente ladite compensation # s"C i de déséquilibre. On remarquera en vue des constantes d'intégration t et T ^ 15 que ~^S> t pour que la commande déterminant la position spatiale ne soit pas trop influencée par la compensation du déséquilibre (voir aussi: Savet - Gyroscopes: Theory and Design, Chap. 6 § ). L"intégrateur est constitué de manière que sa constante de temps t diminue si la tension d'entrée de *'intégrateur dépasse une certaine valeur. 20 Cela veut dire que tant que la position du gyroscope n'a pas encore approché la position requise dans les limites d'une précision déterminée, on peut considérer qu'il est de moindre importance que la compensation du déséquilibre influence la conmande déterminant la position spatiale requise,alors que, par contre, l'effet de la retardation sur la commande 25 gyroscopique est diminuée. En dehors de la compensation de déséquilibre, il est possible d'adapter à la conmande gyroscopique une» civr.pensation de la direction et de la vitesse du navire et de la rotation terrestre. Le compteur d'accélération PI est sensible à l'accélération du 30 navire. Pour compenser l'erreur airsi provoquée dans le signal venant du dit compteur, un signal de correct». >n calculé .i&ns un ordinateur que nous appelerons "njnpensatlon Ve" 'V> éta; v îa vitesse propre du navire) est appliqué au filtre via 'e réei-pte-r-anvl ifîeateur simu 1 tanément avec le birnai du compteur . RAD ORIGINAL \ 1 41875 2115345 -8 - Le compteur d'accélération i?2 est sensible à une accélération centrifuge par suite d'un changeaient de direction du navire, x-'aur corpenser l'erreur ainsi orovji; lée dans le signal venant du compteur a 'accélération un signal de correction, calc lié par 1'ordinateur, que nous appelerons Ke.Vf- (Ke étant 1a direction propre du navire) est appliqué via le récepteur-amplificateur simultanément avec le signal venant du compteur d'accélération 22 (voir aussi: Savet - Gyroscopes: Theory and Design, Chap. fs § I3"u Lors de tournants brusques du navire,un manque de précision peut apparaître dans la compensation Ke.Ve pouvant conduire à de sérieuses erreurs de stabilisation. Ces erreurs peuvent être diminuées, lorsqu'en amorçant un tournant brusque, le système de stabilisation est connuté sur le mode "free drift", c. à d. une situation momentanée dans laquelle le gyroscope est maintenu dans sa position. Cette commutation est signalée par l'ordinateur qui, à cet effet, via le récepteur-amplificateur 37, émet un signal pour l'intégrateur 31 et l'additionneur 32, qui, tous deux sont pourvus d'un circuit de maintien par lequel une tension de sortie constante de l'intégrateur et de l'additionneur est maintenue tant que dure le mode "free drift". Des accélérations indésirables n'ont alors plus d'influence sur la conmande du gyroscope. Dans le mode "free drift" la compensation Ke.Ve peut être négligée. Enfin la compensation de la rotation terrestre est, elle aussi, déterminée par l'ordinateur, un signal étant alors appliqué, via le récepteur-amplificateur 38 simultanément avec le signal provenant du réseau de compensation 19, au modulateur 20 (voir aussi: Savet - Gyroscopes: Hieory and Design, Chap. 6 § 4). Comme dit plus haut, le gyroscope stabilisateur, pendant la stabilisation externe et la phase de mise au point lors de la stabilisation locale, est conmande via le synchro-transmetteur 12, le démodulateur 18, le réseau de compensation 19» le modulateur 20 et le moteur à couple constant 16. Lors de la stabilisation externe, un indicateur de précision 39, relié à l'amplificateur y) appartenant à la sortie du réseau de compensation et une petite lampe ) indiquent que le gyroscope■est aligné dans les limites d'^jie précision définie avec la plate-forme et qu'une commutation nanuflie peut être effectuée de la stabil.sation externe à la stabilisation .ijcale. Oi. remarquera que pendant la pnase de mise au point le commutateur 33 entre 1'Intégrateur 31 et 1'addit i onneur 32 est ouvert, c. à d. dans la position selon la fig. 2. Dans cette phase la plate-forme est BAD ORIGINAL 71 41875 2115345 innuablement fixée au navire et le gyroscope n'est porté en position qu'autour d'un axe pratiquement vprticai, ce qui permet de négliger une compensation de déséquilibre qui exercerait une influence ralentissante sur la conmande du gyroscope dans la phase de mise au point. Après 5 un temps à déterminer au cnoix, line coirmutation automatique a lieu de la phase de mise au point au deuxième 'iode, l^dit commutateur étant alors fermé. original 71 41875 2115345 - 10 - REVENDICATIONS: 1. Système de stabilisation locale utilisable entre autre pour un radar de navigation comportant sur la plate-forme à stabiliser un carter dans lequel un gyroscope stabilisateur est suspendu à la cardan, la plate-forme étant en outre stabilisée entre autre à l'aide de deux anneaux de cardan concentriques et un dispositif servo commandé gyroseopiquement autour de deux axes perpendiculaires l'un à l'autre, caractérisé en ce que le gyroscope stabilisateur prend, dans un premier mode, une position spatiale correspondant approximativement à celle de la plate-forme à stabiliser au moyen de deux synchro-transmetteurs (pick-off's) accouplés au gyroscope, un premier circuit de réglage relié à chacun des synchro-transmetteurs et deux moteurs à couple constant, alors que le premier circuit de réglage est composé successivement d'un démodulateur, d'un réseau de compensation et d'un amplificateur d'adaptation et que le gyroscope stabilisateur, dans un deuxième mode, suivant une méthode par elle-même connue, au moyen de deux compteurs d'accélération fixés à la plate-forme à stabiliser, un deuxième circuit de réglage relié à chacun des deux compteurs d'accélération et les moteurs à couple constant est maintenu dans une position spatiale fixe, le deuxième circuit de réglage étant composé successivement par un filtre, un réseau de compensation et un amplificateur d'adaptation. ?. Système de stabilisation locale selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas où la plate-forme ci-dessus noninée est stabilisée par un moyen externe à l'aide d'un gyroscope naval situé au centre du navire et que la position spatiale du gyroscope stabilisateur s'est approchée, selon une limite de précision définie, de la position de la plate-forme à stabilisation externe, le système de stabilisation se trouvant dans le premier mode durant un laps de temps nécéssaire, est porté dans le deuxième .node, c. à d. qu'ix est commuté de la dite stabilisation externe de la plate-forme à la stabilisation interne, sous commande du gyroscope stabilisateur. 71 41875 2115345 ' 3. Système de stabilisation locale selon la revendication V, caractérisé en ce qu'après un temps à déterminer pendant lequel la position spatiale du gyroscope stabilisateur peut se conformer approximativement à celle de la plate-forme, celle-ci étant fixe ,'enaant ce 5 temps, est libérée et le système commuté du premier au deuxième mode. Système de stabilisation locale selon la revenavntion 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que, d'une part ledit filtre reçoit un signal provenant d'un des compteurs d'accélération, ce signal étant une mesure de l'inclinaison de la plate-forme et d'autre part une correction de la 10 direction et de la vitesse déterminés par un ordinateur, je filtre étant en outre constitué de manière que les composantes des fréquence, apparaissant, par suite des mouvements du navire, dans un signal provenant du compteur d'accélération, sont éliminées. 5. Système de stabilisation locale selon la revendication 1?, 3 15 ou ^ caractérisé en ce qu'un réseau de compensation est constitué par un amplificateur et un intégrateur reliés tous deux au dit filtre ainsi qu'un additionneur, via lequel les signaux de sortie, de 1'amplificateur et de l'intégrateur, sont appliqués à 1'simplificateur d'adaptation, fonctionnant comme modulateur, tandis que le réseau de compensation est OA pourvu en outre de deux circuits de maintien qui, faisant partie de l'intégrateur et de l'additionneur, maintiennent la tension de sortie des deux à l'état constant pendant les intervalles de tenps déterminés par' l'ordinateur (intervalles pendant lesquels le navire fait un tournant brusque^. . quelconque P5 6. SyFtè'ie de rtabilis*ition locil^ sel.mj^ne/des revendications précédentes caractérisé en ce que i.e signal appliqué au modulateur est. forr.é par le signal de sortie du réseau de compensation "t une compensation de la r-'t^tljr. t"rrestr»= i^t^n.ir>éf- par - ' .îrdinate ir. "7. Système ie établi if -*ti ït. I ♦.-=*?«• s- 1 ' caractérisé er ce q.'ur: co~riutate-r cn~ r- i 'intégrateur •* 1 ' ac . itl-.rneur qui, pendant que le s/stc-***' s :kL