Brevet FR2194950A1 — publié le 19740301

La @ré@ente invention concerne une plate-forme stapilisée @ar gyro@copes avec des gyrosco@es de référence de position, à partir des signaux de prise desquels, la position de la @late-forme peut être @t@pili@ée avec des @erv@-@ote@r@ @ar l'inter@@diaire d'un circuit @@@ervi. Dans unt telle plate-forme il est @révu une alimentation en cour@nt stapilisée en fréquence pour le moteur de gyrosco @e, pour les gyroscopes de référence de @osition. Comme gyroscopes de référence de position, sont @révue des gyroscopes secs, accordés dynami@ue@ent, dans le@quels le @oteur de gyroscope est maintenu au moyen @'articulations flexiples, @ont les @o@ents des couples de re@@el des forces d'inertie sont compensés dynamiquement. Les plates-for@es@ gyroscopes stabilisées @ervent à fournir une référence de porition, @r exemale, pour la navigation à inertie. L'élé@ent @t@pilisé d'une telle @late-forme est supporté à cardan et contient, comme référence de position, des gyroscopes qui délivrent un @i@nal @e ri@e, lor@que l'élé@ent stabilisé exécute un mouvement @e rotation dans l'e@@ace. Ces @ignaux de prise sont traités et amplifiés dans des @ervo-amplificateurs et sont délivrés, d'une manière @@ropriée aux servo-moteurs qui agi@sent autour de l'axe de cardan, en opposition au mouvement de rotation de l'élément stapilisé.De cette manière, la position de l'élément stabilisé de la plate-forme est indépendante des mouvements et déplacements, par exemple d'un avion ou d'un @ppareil volant dans lequel la plate-forme est @ontée. Comme référence de position pour une telle plate-forme, on @eut utiliser de@ gyroscope@ libres, qui tendent, par leur effet @@rosco@ique, à conserver leur @osition dans l'espace. Ceci est renau @o@@iple par une suspension à cardan du moteur gyroscopique. D@n@ le c@@ @e tel@ gyroscopes, la position an@ulaire de la plate-for@e est i@enti@@e @ l'an@le formé entre l'axe de rotor et un axe correspondant au carter de gyroscope. Cet angle est détecté et lu@@@@ voie @lectrique, et il est commensé par l'inter@édiaire du circuit asservi de la plate-for@e. Le frotte@ent des @aliers à l'intérieur @e la suspension à cardan con@uit néce@@@irement à un glissement ou dérive du gyroscope.En conséquence, différentes voies ont ét@@@uivies pour éli@iner ce frottement des paliers. On connaît déjà d'une @rt des gyroscopes flottant@ à deux axes, @@@ le @@els le moteur et le rotor du gyroscope sont disposés dans un carter fermé, qui forme en même temps le cadre intérieur de cardan. Ce carter est entouré Far un second cadre de cardan. Le carter et le second cadre de cardan flottent dans un lilui- de, qui possède, à la température de service, le même poids spécifique que, d'une part, le carter avec le gyroscope disposé à l'intérieur, et, d'autre part, @ue le second cadre de cardan. Ce liquide est contenu dans un carter extérieur fermé. Pour le centrage du cecond cadre de cardan dans le carter extérieur et du carter inté rieur dans le second cadre de cardan, on utilise des vairés de fils de tension très fins, autour desquels les conducteurs électriques en forme de spires et très flexibles sont disposés. De tels gyroscopes flottants sont très compliqués et constituent des pièces de construction coûteuses. D'autre part, on connaît des gyroscopes de position à deux axes, du type "sec", dans lesquels le moteur de gyroscope est supporté t poste fixe dans le carter, et le rotor de gyroscope est relié à l'axe du moteur, au moyen d'articulations flexibles. Ces articulations flexibles disposées dans un montage à cardan sont bien exemptes de frottement, mais elles possèdent, par leur effet de ressert, un moment de raPpel en position. Entre les liements à ressort pour les deux axes, se trouve une bague intermédiaire, qui, au contraire du rotor de gyroscope, ext mobile seulement autour d'un axe.Pour des raisons cinématiques, il est nécessaire ue cette bague intérieure exécute un mouvement oscillatoire avec la fréquence de spin du rotor, lorsque le rotor est dévié. Les moments de réaction iui se produisent alors zont oppo@és exactement aux forces de ressort et sont @roportionnels au carré de la fréquence de spin # s. Par un accord entre les raideurs des ressorts et les masses, on peut seulement obtenir que, lors de la vitesse de rotation de service du gyroscope, les forces de ressort et les forces d'inertie soient identiques dans leur gr@ndeur et sont par consé uent com@ensées en sens oppesés, de sorte que le gyroscope, dans son effet final, se comporte somme un gyroscope li@re. Cela consiste en un accord dynamique. Pour un accord exact, il est important que l@ fr@@uence de spin du gyroscope soit conservée avec précision. Il est nécessaire, en conséquence, de @révoir une alimentation en courant @oteur de gyroscope st@bilisée en fréquence. Une difficulté particulière réside en ce @ue l'accord doit être exactement le même autour de deux axes. Plus spécialement, les constantes êlastiques de ressort doivent être exactement identiques tour les deux axes. Dans la pratique, on a maintenant constaté que l'accord dynamique est souvent imparfait dans les deux axes. Dans le ovale de réalisation pour le comportement dynamique du gyroscope, interviennent alors des organes de transmission dont les grandeurs d'apport sont variables périodique eut avec la double fréquence de spin 2 # s du gyroscope.Ces organes de transmission ont tour effet, d'une part, que lors de la déviation du gyroscope des composantes égales à 2 # s sont contenues dans la tension prélevée à la risse, et, d'autre part, que des moments mécaniques de la fréquence 2 # s, qui parviennent sur le gyroscope, y sont redressés et provoquent ainsi un glissement de dérive du gyroscope.Des inégalités dans la surface extérieure du roter produisent également, par une modulation mécanique de la largeur de la fente d'air, des signaux de prélèvement à la prise de fréquence n# s (n = 1, 2, 3...). Tous ces signaux de prélèvement de fréquence n#s sont fortement amplifiés dans le circuit asservi, en raison du système de réseau en amont, et ils produisent, dans l'amplificateur final du circuit asservi un signal de sortie considérable, qui aboutit à une consommation de puissance accrue. En outre, la composante 2 # s a pour conséquence, comme il a été dit plus haut, un glissement de dérive de la plate-forme, lorsqu'elle est accouplée en rétro-action, par les servomoteurs, sur les cadres de gyroscope. En raison du couplage des deux axes de mesure du gyroscope, par l'intermédiaire de la dynamique gyroscopique, il se produit en outre, dans de tels gyroscopes une oscillation de nutation faiblement amortie. La fréquence de cette oscillation est égale à 13 li formule dans laquelle 13 et li sont les moments d'inertie de gyroscope autour des axes de mesure et de l'axe de déviation.Cette fré- quence de natation se situe or conséquent dans un rapport fixe avec la fréquence de spin. Lorsque la fréquence de nutation est ramenée, à travers le circuit asservi, sur le gyroscope, elle peut conduire à une instabilité. La présente invention a pour but, de réaliser une plate-forme stabilisée par gyroscope avec gyroscopes accordés dynamiquement, du genre décrit, dans laquelle le glissement de dérivation de la plate-forme causé par un défaut d'accord des gyroscopes, ainsi que la consommation de puissance du circuit asservi sont réduits au m-inimum Ce but est atteint, conformément à l'invention, en ce que le circuit asservi contient un filtre de palpage à commande numÉrique (filtre à peigne), par lequel on peut extraire du signal de prise la fréquence de spin du gyroscope et ses harmoniques les plus élevées, les fréquences de cadence pour la commande du filtre de palpage étant dérivées de l'alimentation en courant du moteur de gyroscope au moyen d'un circuit de mise en marche0 Les filtres à peigne sont connus en soi.Ils reposent sur le principe suivant : une tension d'entrée est appliquée, à travers une résistance et un contacteur de palpage, à une série de condensateurs, et une tension de sortie est prélevée à la résistance. Lorsque la fréquence #e de la tension d'entrée est un multiple entier de la fréquence de contacteur de palpage CAIK, c'est-à-dire que la fréquence avec la.auelle chaque condensateur individuel est connecté dans le circuit de la tension d'entrée, chaque condensateur est alors chargé, après chaque durée d'oscillation, à une tension déterminée, et le courant de charge devient nul Il en résulte que la chute de tension à la résistance et ainsi également la tension de sortie sont nulles. Si la fréquence de la tension d'entrée n'est pas un multiple entier de Êa fréquence du contacteur de palpage, des tensions différentes positives et négatives sont appliquées dans une succession statistique aux condensateurs.En conséquence, les condensateurs ne se chargent as, et, à chaque palpage, c'est a-dire chaque fois que le circuit de courant de 13 tension d'entre est fermé ç travers un condensateur, il s'écoule, t travers la résistance, un courant de chur-e proportionnel t l tension d'entrée. En conséquence, on obtiens pour chaque palpage, t la ra tance, une chute de tension ai est proportionnelle à la. tension d'entrée de l'instant, qui constitue la tension de sortie.Par l'emolei de plusieurs condensateurs qui sont connectés, dans chaque période de palpase, successivement dans le circuit de courant de la tension d'entrée, la tension d'entrée est palpée plusieurs foiu dans chacune e se périodes, de orte que cette tension d'entre tout etre reconstituée à @artir des grandeurs de palpage disponibles dans le circuit de sortie. Un tel filtre de palpage ou filtre à @eigne à commande numérique possède donc plusieurs points de résonance dans le domaine os multiples entier; de li fréquence de salpase. On eut donc extraire par filtrage, au signal de prise au gyroscope, la fréquence de spin et ses harmoniques élevées. Il présente un amortissement important dans les points de résonance, pour refouler suffisamment les fréquences parasites. Il possède und petite largeur de bande, convenant pour exclure les décalages de rotations de phase dans le circuit asservi, notamment dans le domaine inférieur des fréquences. La fréquence de résonance est maintenue avec une très grande précision, dans toutes les conditions d'environnement, car la fréquence de résonance est déterminée par le alpage numérique. Mais la fréquence de cadence du paltae est dérivée, suivant une autre caractéristique de l'invention, de l'alimentation en courant stabilisée du moteur de gyroscope. Elle est de ce fait non seulement également stabilisée, mais elle est encore toujours dans une relation définie avec la fréquence de pin de gyroscope.Un filtre à peigne peut être construit avec ae dimensions de construction minimales, une absorption minimale de puissance et un faible poids. Suivant une autre constitution de l'invention, le circuit asservi peut contenir un montage en série de plusieurs filtres de palpage commandés numériquement (filtre à peigne), qui sont accordés sur des fréquences différentes, qui sont en relation définie avec la réquence ae pin de gyroscope, et qui sont commandés, avec une utilisation commune de pièces du montage de commande, par des fréquences de cadence dérivées de l'alimentation en courant du moteur de gyroscope. Il est ainsi possible, avec une faible dense d'installation supplémentaire, d'éliminer par filtrage une autre fréquence parasite perturbatrice.Par exemple, un filtre à peigne üeut etre accordé à la fréquence de nutation des gyroscopes de référence de position qui est provoquée par le couplage des axes de mesure à travers la dynamique gyroscopique. L'amortissement du filtre à peigne peut être amélioré par le fait que le filtre à peigne contient un contacteur supplémentaire pour le palpage en forme d'impulsions du signal transmis, avec un montage accumulateur de signal (montage de maintien de prélèvement disposé en aval. La disposition eut être telle, que l'alim.entation en courant du moteur de gyroscope contient un oscillateur commandé par quartz, de la fréquence de sortie duquel est dérivée la fréquence de cadence pour la commande du filtre à peIgne, par une division multiple de fréquence au moyen d'étages de diviseur de fréquence0 La commande du contacteur supplémentaire a lieu alors à l'aide d'un décodeur qui est chargé par un étage de diviseur de fréquence situé en amont du dernier étage de diviseur de fréquence0 La description se rapporte à un mode de réalisation d'une plateforme à gyroscopes de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 montre un schéma par blocs d'un filtre prévu, conforme- ment à l'inventIon dans le circuit asservi la figure 2 montre les allures de signal apparaissant dans les différents points du montage suivant la figure la figure 3 met en évidence l'amélioration de 11 amortissement de barrage qui est obtenu par un palpage par impulsions conforme à l'invention, et la figure 4 est un schéma par blocs d'un organe à circuit de rérula- tion avec filtre a peigne, tel qu'il est utilisé, conformément à l'invention, dans un canal du circuit asservi0 Dans 13. figure 1 est représenté un oscillateur commandé par quartz 10 dont la fréquence de sortie est abaissée par plusieurs diviseurs de fréquence 12, 14, 16 montés l'un derrière l'autre, jusqu'aux fréquences de nutation. Les fréquences du diviseur de fréquence 14 sont délivrées sur un décodeur "1 pour 8" désigné par la référence 18. Ceci signifie que lors de la première impulsion à l'entrée du diviseur 14, apparaît un signal à une sortie "1" et, lors de l'impulsion suivante, ce signal disparait, et il apparait un signal à une sortie "2", etc... Les fréquences du diviseur de fréquence 16 carrent en correspondance un décodeur nR pour 10" désigné par la référence 20.Le diviseur de fréquence partante alors la fréquence de sortie du diviseur de fréquence 14 dans le rapport 1/80 Le. @ix sorties "1 10" du décodeur 20 commandent c@acune un contacteur 22, à traver@ le@uel, chaque fois, l'un des dix condensateurs 24 est connecté en série avec une résistance 26 dans le circuit ac courant d'une tension d'entrée , qui est obtenue à partir d'une prise de gyroscope et est appliquée à une entrée 28 du filtre à peigne 30. En série avec les condensateurs 24 et la résistance 26 est prévu encore un autre contacteur 32o Ce contacteur 32 est commandé par la sortie "5" du décodeur 18, et il est fermé tant qu'un signal existe à cette sortie. La chute de tension à la. résistance 26 est appliquée à un ampli- ficateur convertisseur a'impédance 34, dont la ortie charge un condensateur accumulateur 38, à travers un contacteur 36 commandé par la sortie de d'codeur "5" du décodeur 180 L'ensemble forme un montage de palpage et d'accumulation 40 (montage de maintien de prélèvement). La sortie de ce montage 40 est connectée, à travers un filtre passe-bas 41 de second ordre, à la sortie de filtre 42. Le mode de fonctionnement du filtre à peigne décrit, est décrit ci-arrès avec référence à la fi ure 2. Les siéna-ux de sortie du diviseur de fréquence 14 sont des impulions rectangulaires A Ces impulsions A chargent le décodeur 20, ui produit des signaux rectangulaires B successifs à chacune de ses dix sorties. Chaque fois, dans le flanc antérieur d'une impulsion rectangulaire A, le signal disparaît à une sortie de décodeur, par exemple "5", et il apparait pour cela un signal à la sortie suivante du décodeur, par exemple "6".Ainsi, chaque fois est fermé un contacteur correspondant 22 Le circuit d'entrée n'est cependant pas encore formé. Pour cela, la fermeture du contacteur 32 est encore nécessai reO Ce contacteur 32 ext commandé par la sortie "5" du décodeur 18. Ce dernier ext chargé par la fréquence multipliée par huit de la suite d'impulsions A, à savoir en ration de la transmission avec rapport 1/8 du diviseur de fréquence 18. Pendant chaque impulsion rectangulaire B au décodeur 20, le décodeur 18 parcourt ainsi d'abord la totalité de se@ nuit sorties, et, à un emplacement défini de chaque impulsion rectan@ul@ire B, apparaît une impulsion égale à un nuitième de l@ longueur de l'impulsion B à la sortie "5" du décodeur 18. Ce@ impulsions sont d'signées par C dans la figure 2. Il se produit ainsi un @alpage en forme d'impulsion d'une tension d'entrée, qui est indiqué par la courbe en tireté 44, de sorte que, comme chute de tension à la résistance 26, des impulsions D se produisent0 Chacune de ces impulsions D est accumulée, par le montage de palpage et d'accumulation 40, dans son amplitude, jusqu'à l'apparition de l'impulsion suivante, de sorte que, à la sortie du montage de palpage et d'accumulation 40, apparaît une courbe à paliers Eo Celle-ci est aplatie par un filtre passe-bas 41, de sorte que dans la courbe F, la tension d'entrée est rétablies La figure 3 montre l'effet du filtre à peigne dans le cas de résonance, c'est-à-dire d'un rapport à nombre entier entre la fréquence de cadence du palpage et la fréquence de la tension d'entrée0 La fréquence de cadence du palpage est alors la. fréquence des impulsions B à chaque sortie du décodeur. La tension d'entrée est désignée par 46. La courbe 48 est la tension de sortie à la résistance 26, si le contacteur 32 dans la figure 1 était fermé en permanence. En outre, sont représentées des impulsions C (figure 2) avec lesquelles les contacteurs 32 et 36 sont commandés. En 50 est représentée la tension de sortie à la résistance 26, lorsque le contacteur 32 est ainsi en action. La figure 4 montre la disposition l'un derrière l'autre de deux filtres à peigne du genre décrit plus haut, aux bornes d'entrée 52, 54 desquels sont appliquées des fréquences d'impulsions, partagées respectives. Un filtre 58 est prévu pour la. fréquence de nutation de de 460 Hz, et un second filtre 60 de 240 Hz et ses harmoniques plus élevées pour la fréquence de spin de gyroscopeGUsO Etant donné que les filtres à peigne 58, 60 ne transmettent pas les mêmes composantes du signal prélevé à la prise (f = O), un autre filtre passe-bas 62 est encore prévu qui est monté en parallèle avec les filtres 58, 60. Dien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et re-résentés. Diverses modifications restent possibles sans sertir pour autant du domaine de protection de l'invention. - R E V E N D I C A T I O N S - 1. Plate-forme stabilisée par gyroscopes avec gyroscopes de rÉfÉrence de rosition, dont les signaux prélever sont utilisés pour stabiliser la plate-forme par l'intermédiaire d'un circuit asservi avec servomoteurs, du te dans lequel est prévue, pour la référence de position, une alimentation en courant de moteur de gyroscope stabilisée en fréquence, et dans laquelle sont prévus, comme gyroscopes de référence de position, des gyroscopes à sec accordés dynamiquement, le gyroscope étant maintenu par des articulations flexibles, dont les moments élastiques sont compenses par des moments dynamiques, plate-forme caractérisée en ce que le circuit asservi contient un filtre capteur commandé numériquement, dit filtre peigne, par lequel sot extraites du signal de prélèvement, la fréquence de spin de gyroscope et ses harmoniques les plus élevées, les fréquences de cadence qui servent t la commande de ce filtre capteur étant dérivées de l'alimentation en courant du moteur de gyroscope au moyen d'un montage ae commande. 2. Plate-forme stabilisée Gar gyroscopes, suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit asservi contient un montage en série de plusieurs filtres capteurs à peigne commandés numériquement, qui sont accordés sur diffé-rentes fréquences en relation définie avec la fréquence de spin gyroscopique et qui sont commandés par utilisation commune de parties du montage de commande à des fréquences de cadences dérivées de l'alimentation en courant de moteur de gyroscope. 3. Plate-forme stabilisée par gyroscopes, suivant la revendication 2, caractérisée en ce qu'un filtre à peigne est accordé sur la fréquence de nutation du gyroscope de référence de position, qui est provoquée par le couplage des axes de mesure par l'intermé- diaire de lo dynamique gyroscopique. 4. Plate-forme stabilisée par gyroscopes, suivant l'une quelconque des revendications 1 t 3, caractérisée en ce lue le filtre à peigne contient un contacteur supplémentaire pour le captage sous forme d'impulsions du signal transmis, avec un monta-e d'accumulation de signal tombé en aval constituant un montage de maintien de prélèvexent. 50 Plate-forme stabilisée par gyroscope, suivant lo revendication 4, caractérisée en ce uo 11 alimentation en courant de moteur de gyroscope contient un oscillateur commandé par quartz, de la fréquence de sortie duquel est dérivée, par un partage multiple de fréquence, au moyen d'étages diviseurs de fréquence, la fréquence de cadence pour la commande du filtre à peigne, la commande du contacteur supplémentaire ayant lieu au moyen d'un décodeur qui est chargé prr l'un des étages diviseurs de fréquence montes en amont du dernier étage diviseur de fréquence.