Brevet FR2225219A1 — publié le 19741108

L'invention concerne un oscillateur mécanique pour mouvements non sinusoidaux , de préférence triangulaires, engendrés par synthèse harmonique d'oscillations sirusoIdales individuelles. Pour obtenir des oscillations triangulaires en passant par l'intermédiaire d'oscillations trapézoSdales ,on a déjà proposé de prévoir une disposition réalisant des oscillations Sinusoldales et de ne faire agir, parmi les oscillations fournies -par cette disposition,que celles de leurs parties sensiblement analogues à l'oscilla- tion triangulaire désirée, tandis qu'on laisse disparaitre sur des temps morts (mise hors circuit du récepteur d'exploitation) les autres parties du mouvement sinusoïdal * L'inconvénient de ce procédé est la somme disproportionnellement élevée des temps morts pendant lesquels l'appareil n'est pas disponible pour le travail. On sait également décomposer mathématiquement par analyse de Fourier des oscillations unidimensionnelles quelconques en oscillations sinusoIdales définies. Cette décomposition peut être réalisée mécaniquement ou électroniquement par des analyseurs harmoniques. Une inversion de 1'analyse harmonique permet la synthèse d'un mouvement oscillatoire désiré à partir de valeurs calculées de mouvements sinusordaux. A cet effet, il existe des dispositifs produisant individuellement les ondes fondamentales et les harmoniques nécessaires, qui sont alors composées entre elles, pour-l'obtention du mouvement oscillatoire recherché, par un couplage mécanique, électrique ou optique. Les oscillateurs utilisés dans ces dispositifs sont excités en oscillations forcées de phase et d'amplitude définies, sans qu'on ait Jusqu'à présent apporté une importance particulière aux paliers du point de résonance. Dans les dispositifs de ce genre, conçus comme machines de démonstration, qui fonctionnent en dehors de la fréquence ce de résonance, il se produit une consommation d'energie non négligeable, qui rend leur utilisation impossible à des fins techniques ou industrielles dans lesquelles on ne dispose que de peu d'énergie (par exemple des vols spatiaux). Dans des systèmes rotatifs destinés + a réalisation d'une synthèse harmonique,le problème d'entretien des paliers représente un inconvénient supplémentaire, en particulier pour un appareil destiné à fonctionner dans le vide. La présente invention se propose de réaliser un mécanisme fournissant des oscillations non sinusoidales, ne nécessitant qu'une faible énergie d'excitation et aucun entretien. Dans un oscillateur mécanique du type précité, ce résultat est atteint,selon l'inventSon,par le fait que plusieurs systèmes élastiques, formés chacun d'un élément excitateur et d'un élément oscillant et qui ont chacun une fréquence propre déterminée résultant d'une analyse de Fourier d'une forme d'oscillation envisagée sont accouplés mécaniquement par imbrication. Dans des systèmes mécaniques, les fréquenees propres ne peuvent Jamais être réglées exactement sur la fréquence prescrite ce qui fait qu'un système excité s'écarte du mouvement envisagé sous l'effet d'un faible changement de la phase et de l'amplitude des oscillations individuelles. I1 est par conséquence nécessaire de suivre le mouvement par voie électronique et de corriger l'excitation du mécanisme. Des exemples de réalisation de l'oscillateur mécanique sont décrits ci-après en référence au dessin schématique annexé, dans lequel: Fig.l représente un montage d'oscillateurs imbriqués entre eux et formés de ressorts héldcoidaux; Fig.2 représente un mont d'oscillateurs imbriqués formés de lames de ressort; Fig.3 est une vue d'un montage pour la correction électronique de l'excitation des systèmes oscillants. Dans le système, représenté à la figure 1, de quatre oscillateurs à ressort imbriqués l'un dans l'autre, les ressorts 15 sont aJustés de manière telle aux masses à mettre en mouvement que leur résonance propre soit aussi proche que possible des harmoniques supérieures désirées du système. Les oscillateurs sont commandés individuellement par des entratnements 16. Dans oet exemple,le système se trouvant le plus à l'intérieur exécute la quatrième harmonique en quatrième approximation de l'analyse de Fourier et, par suite, le mouvement d'ensemble pour un mécanisme de transmission 17,constitué par un miroir par exemple. En figure 2, des lames de ressort 25 et des entraînements 26 sont disposés symétriquement les uns dans les autres jusqu'à la troisième approximation. Le mode de fonctionnement des éléments menants et osclllants est en principe le même que celui celui décrit dans la figure 1. Le schéma d'ensemble de la figure 3 représente un montage électronique synoptique. 11 oscillation fondamentale est excitée à la manière connue par réaction positive, du fait que la tension engendrée dans la tête d'exploration 30 et correspondant à l'oscillation effective est amplifiée par des moyens électroniques 30 et appliquée à l'entraînement 36. Une première excitation résulte d'ébranlement de 1entourage, de l'impulsion de mise en circuit, ou du souffle d'amplification du montage lui-meme.Une limitation d'amplitude est prévue par la limite de puissance de l'amplificateur ou par des moyens auxiliaires. Contrairement à ltoscillation fondamentale,les systèmes d'oscillation supérieures sont excités en oscillations forcées, dont la fréquence est toutefois voisine du point de résonance.La tension d'entratnement des harmoniques supérieures est produite comme suit à partir de la tension d'exploration de l'os- cillation fondamentale 1. La tension d'exploration est transformée, par des éléments électroniques 35, en la formé non sinusoldale désirée d'une tension de consigne (par exemple triangulaire); 2. au moyen d'un amplificateur différentiel 34, la tension d'exploration effective de ltoscillation fondamentale est comparée en phase et en amplitude à cette tension de consigne et amplifiée. La tension différentielle obtenue est utilisée pour l'excitation du système d'harmonique supérieure. 3. la tension d'exploration électronique 31 obtenue de la première harmonique est comparée à lavaleur de consigne dans l'ampli- ficateur différentiel 37 et amplifiée; cette différence représente en effet l'écart de la première harmonique en valeurs de phase et d'amplitude. 4. Le reste, qui n'est plus susceptible d'trie corrigé, de la première harmonique, est amené, comme valeur de consigne des harmoniques suivantes,àun amplificateur différentiel 39, pour être comparé à la valeur efrective de la deuxième harmonique et entre amplifié,latension de sortie entratnant de nouveau la deuxième harmonique. Les autres harmoniques sont traitées de manière correspondante. Par sa structure formée de systèmes appropriés travaillant en oscillations propres,l'oscillateur mécanique selon l'invention al'avantage de procurer une machine industriellement exploitable,demandant peu d'énergieetpas d'entretien,telle qutelle estpar exemple très recherchée entre autre comme dispositif explorateur pour satellites. -REVENDICATIONS- 1. Oscillateur mécanique pour mouvements non sinusoidaux , de préférencc triangulaires, engendrés par synthèse harmonique d'oscillations sinusoTd & es individuelles, caractérisé en ce que plusieurs systèmes élastiques formés chacun d'un élément excitateur (16,26)et d'un élément oscillant (17et et qui ont chacun une fréquence propre déterminée résultant de l'analyse de Fourier d'une forme d'oscillation envisagée, sont accouplés mécaniquement par imbrication. 2. Oscillateur mécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour la production d'oscillations triangulaires et rectangulaires à l'intérieur de l'oscillateur fondamental, il est prévu des systèmes élastiques dont les oscillations propres correspondent à des multiples impairs de la fréquence fondamentale. 3. Oscillateur mécanique selon la revendication l,caractérisé en ce que, pour la producin d'oscillations en dents de scie à l'intérieur de l'oscillateur fondamental,il est prévu des systèmes élastiques dont les oscillations propres correspondent à des multiples pairs de la fréquence fondamentale. 4. Oscillateur mécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que, en raison des écarts de la valeur de consigne pour les fréquences propres considérées, il est prévu des dispositifs d'exploration (30, 31,32) dont les signaux de sortie sont comparés aux signaux d'une oscillation de consigne et en ce que, pour la correction des oscillateurs, il est prévu des groupes électriques de commutation qui utilisent pour l'excitation (16, 26; 36,38,40) les différences déterminées par voie électronique. 5. Oscillateur mécanique selon la revendication 4,caractérisé en ce que, pour la correction de l'oscillation fondamentale,il est prévu un couplage électrique en réaction et, pour la correction des écarts entre les fréquences mécaniques et les fréquences propres théoriquement nécessaires des systèmes exécutant les harmoniques supérieures, il est prévu un montage électronique avec une te d'exploration pour chaque fréquence nécessaire, couplage dans lequel sont branchés, à la suite de la tête d'exploration (30) associée à la fréquence fondamentale, un amplificateur (33) qui excite l'oscillation fondamentale par l'entraînement (36), ainsi qu'un étage de formation triangulaire (35),qui comprend un déphaseur,un déclencheur et un intégrateur et dont le signal de sortie est amen en même temps que le signal de sortie de l'amplificateur (33) à un étage différentiateur en série (34), et en ce que le signal de sortie de cet étage différentiateur (34) est amené au signal de la tete d'exploration (31) associée au multiple suivant de la fréquence d'un deuxième étage différentiateur (37), dont le signal de sortie est amené à un entraînement (38) en vue de la correction de la fraction d'oscillation correspondant au multiple précité de la fréquence et, en même temps, à un autre étage différentiateur (39) et ainsi de suite Jusqu a ce que la dernière harmonique supérieure ait été excitée.