Brevet FR2221716A1 — publié le 19741011

La présente invention est relative au maintien de la dérive à des valeurs acceptables à bord d'une plate-forme portant des articulations de cardan e. plus parti ulièremerlt à permettant de détecter des dérives. excessives et de remédier à ces dernières. Les dispositifs disponibles actuellement pour détecter les derives excessives d'une plate-forme portant des articulations de cardan et maintenir une précision désirée utilisent des sélecteurs de valeur nécessitant des détecteurs montés sur les axes de contrôle. Par exemple, il faut plus de deux détecteurs par axe de contrôle pour une plate-forme à simple redondance et un détecteur par axe de contrôle pour une plate-forme triple. Le dispositif de l'invention est capable de protéger une multiplicité de gyroscopes contre des dérives excessives sans nécessiter l'assistance des détecteurs mentionnés ci-dessus. l'invention utilise deux plate-formes supportant chacune trois gyroscopes à axes obliques et fournit une précision maximum au système avec un minimum dé redondance quant aux plate-formes. La présente invention est relative à un appareil ?ompor- tant deux plate-formes portant des articulations de cardan-qui sont couplées suivant une configuration redondante, chacune de ces plateformes étant contrôlée par trois gyroscopes à un seul degré de liberté. les axes d'entrée des six gyroscopes sont inclinés par rapport à un trièdre trirectangle de référence et l'on réalise les projections d'un axe d'entrée sur un autre axe d'entrée.Un signale couple séparé est appliqué aux générateurs de couples de chacun de trois gyroscopes parmi les six, signal de couple qui est proportionnel au manque d'alignement angulaire des pivots des références de l'articulation de cardan iiitérieure des deux plate-formes et proportionnel à la dérive des trois gyroscopes restantsqui sont libres plus la dérive du gyroscope auquel est appliqué le couple-. D'autres caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre et qui n'est donnée qu'à titre exemple. A cet effet on se reportera aux dessins joints dans lesquels - la figure 1 est une représentation sous forme de schéma-bloc fonctionnel d'un dispositif suivant l'invention; - la figure 2 montre schématiquement l'orientation des axes des gyroscopes par rapport à un trièdre trirectangulaire de référence; et, - la figure 3 est une représentation schématique d'une partie du dispositif de la figure 1. La figure 1 représente un dispositif comportant deux plateformes 1 et 2, chacune supportant quatre articulations de cardan. La plate-forme 1 comporte une base 4, une articulation de cardan intérieure 6, une articulation de cardan intermédiaire 8, une articulation de cardan extérieure 10 et une articulation de cardan redondante 12. la plateforme 2 comporte une base 4A, une articulation de cardan intérieure 6A, une articulation de cardan intermédiaire 8A, une articulation de cardan extérieure 10A et une articulation de cardan redondante 12A. Les articulations intérieure, intermédiaire, extérieure et redondante respectives des plateformes 1 et 2 sont couplées au moyen de pivots X, Z, Y, ZR d'une manière classique et les articulations redondantes 12 et 12A sont asservies aux articulations intermédiaires8 et 8A au moyen de boucles d'asservissement 9 et 9A respectivement. La plate-forme 1 est contrôlée par trois gyroscopes A, B et C à un seul degré de liberté qui sont supportés par l'articulation de cardan intérieure 6. D'une manière analogue, la plate-forme 2 est contrôlée par trois gyroscopes D, E, F à un seul degré de liberté qui sont supportés par l'articulation de cardan intérieure 6A. L'orientation spécifique des gyroscopes A, B et C d'une part, D, E, et F d'autre part n'est pas de première importance. La seule exigence qui doit être respectée est que les axes soient disposes obliquement par rapport à un trièdre trirectangle et que des projections de l'axe d'entrée d'un gyroscope sur l'axe d'entrée de tout autre gyroscope soient réalisées. A titre d'illustration, la figure 2 représente une orientation de gyroscope conforme à l'invention. Sur cette figure, les axes d'entrée des gyroscopes pour la plate-forme 1 sont désignés par IA 1B et IC et les axes du trièdre de référence sont désignés par Ixl, Iyl et . D'une manière semblable les axes d'entrée des gyroscopes pour la plate-forme 2 sont désignés par ID, IE et IF et les axes du trièdre de référence sont désignés par IX2, ly2 et IZ2 L'angle d'obliquité est désigné par of L'orientation de l'articulation de cardan intérieure de la plate-forme 2 par rapport à la plate-forme 1 est mesurée en compa rant les angles respectifs X, Y, Z et ZR de défaut d'alignement des pivots (Figure 1). Un générateur de commande d'alignement 14 utilise les angles de défaut d'alignement sus-mentionnés pour fournir, par exemple, des signaux de commande de couples ax, ay et az pour les gyroscopes A, B et C. Etant donné que les axes d'entrée des gyroscopes sont disposés obliquement par rapport aux axes d'inertie des articulations de cardan, les valeurs détectées sur les gyroscopes doivent etre rapportées à une échelle afin d'engendrer des signaux convenables pour stabiliser les articulations de cardan intérieures. Ce rapport à l'échelle convenable est exécuté au moyen d'un dispo stif 16 de rapport à l'échelle des signaux de couples de gyroscopes qui peut être une configuration comprenant trois amplificateurs opérationnels pour résoudre les données sur les gyroscopes en données sur l'articulation de cardan intérieure et qui répond aux trois signaux de commande d'alignement ax, ay et az pour fournir des signaux de couple AT, BT et CT aux générateurs de couple de torsion des gyroscopes A, B et C respectivement. Les signaux de commande de couples de torsion sont utilisés pour déterminer l'état de la dérive du système de plate-formes. Par exemple, on suppose que les deux plate-formes 1 et 2 contiennent des gyroscopes idéaux et que les axes de coordonnées des articulations de cardan intérieures coSncident à l'origine, Dans ces conditions le défaut d'alignement entre les deux éléments stables est nul. A présent on suppose que sur les six gyroscopes, quatre sont idéaux et-que l'un de ces derniers, A par exemple, dérive. La dérive du gyroscope A amène les axes des articulations de cardan de la plateforme 1 à diverger par rapport à ceux de la plate-forme 2 et à une vitesse en rapport avec l'erreur de dérive ce qui provoque des défauts d'alignement angulaires entre les pivots respectifs X, Y, Z et ZR des deux plate-formes.Dans ces conditions les angles entre pivots correspondants sur les deux plate-formes sont comparés et les signaux -d'erreur résultants sur les pivots, ax, ay et aZ sont rapportés à une échelle appropriée au moyen du dispositif 16 pour engendrer des signaux de couples de torsion, AT, ET et CT pour exciter les générateurs de couple de torsion des gyroscopes A, B et C respectivement. les signaux pour les gyroscopes B et C sont nuls puisque ces gyroscopes sont supposés des éléments idéaux et le signal de couple de torsion pour le gyroscope A produit un moment électrique sur l'élément flottant du gyroscope A qui dérive, dans un sens tel qu'il s'oppose au moment mécanique qui provoque la dérive. Ce signal de couple de torsion permet au gyroscope A d'engendrer des signaux X, Y et Z d'articulation de cardan intérieure qui sont appliquées à l'entrée des boucles de réaction d'articulations 20, 22 et 24. les servo-moteurs de ces boucles sont excités jusqu a ce que la vitesse angulaire de l'articulation de cardan intérieure 6 soit égale à la vitesse angulaire de l'articulation de cardan intérieure 6A, qui dans le cas présent était supposée être nulle.Les signaux d'articulation intérieure sont appliqués par l'intermédiaire d'un dispositif de remise à l'échelle 18 qui est semblable au dispositif 16 décrit précédemment et par l'intermédiaire d'un résolveur de coordonnées 26 qui peut être un résolveur à une seule vitesse pour transmettre les données d'un système de coordonnées de gyroscope à un système à articulation de cardan intérieure. L'exemple ci-dessus montre comment le défaut d'alignement angulaire entre deux articulations de cardan intérieures est utilisé pour mesurer et compenser la dérive d'un gyroscope, A dans le cas présent. Cet exemple peut être étendu au cas d'au moins deux gyroscopes simultanément. Bien que l'on ait illustré le cas de la génération de signaux de commande pour les gyroscopes A, X, C, de semblables signaux de commande peuvent être engendrés pour les gyroscopes D, E, F en utilisant les dispositifs de remise à l'échelle 18A et 26A. Les signaux de commande d'alignement qui sont nécessaires pour appliquer simultanément des couples de torsion à des combinaisons de trois gyroscopes parmi les six sont engendrés en comparant les sorties de résolveurs montés sur chaque pivot de plate-forme. les résolveurs de la plate-forme 2 par exemple sont excités à partir d'une source de fréquence de précision.Les sorties sinus-cosinus de ces résolveurs sont utilisées pour exciter les résolveurs de la plate-forme 1. les signaux de sortie de l'enroulement sinus des résolveurs représentent les erreurs dans le défaut d'alignement de l'articulation de cardan intérieure # #X, # #Z, # #Y et # #ZR. Ces signaux d'erreurs sont traités en utilisant deux résolveurs de coordonnées et additionnés de façon appropriée pour fournir les signaux de commande d'articulation de cardan intérieure aX, ay et aZ. les équations 1, 2 et 3 ci-après décrivent les signaux de commande respectifs en fonction de O et de o( (figure 2) aX = -## #X+##ZR sin &alpha;.#y# (1) aY = [sin&alpha;#X (# #Z + ##ZR cos&alpha;#Y)+##Y cos&alpha;#Y] (2) aZ = -[ -##Y sin&alpha;#X + cos &alpha;.#X (##Z+##ZR cos&alpha;#Y)](3) La figure 3 représente un mode de réalisation du dispositif 14 générateur de signaux de commande d'alignement (figure 1). la figure 3 représente ce rode de réalisation dans le cas d'une plateferme à quatre artic@lations de cardel ; le concept en peut être aisément étendu à m nombre quelconque d'articulations. Le généralour 14 de signaux de commande d'alignement comprend des resolveurs 32, 34, 36 et 40 montés respectivement sur les articulations de cardan 6A, 8A, 10A et 12A : intérieure (x2); intermédiaire (Z2j; extérieure (Y2) et redondante (ZR2) de la plateforme 2 qui sont excités par une source de fréquence en courant alternatif 42 de précision. les sorties sinus-cosinus des résolveurs de la plate-forme 2 sont utilisées pour exciter des résolveurs correspondants 32A, 34A, 36A et 40A de la plate-forme 1. les sorties sinus respectives de ces dernièrs résolveurs représentent les erreurs de défauts d'alignements d'articulation de cardan intérieure X' ZS #Y et OZR Ces signaux d'erreurs sont résolus en utilisant deux résolveurs de coordonnées 44 et 46 et sont additionnés dans des additionneurs algébriques 48 et 50 pour fournir les signaux de commande d'artieulation de cardan intérieure ax, ay et az conformément aux équations (1), (2) et (3). Les signaux de couples de torsion AT BT et CT représentés à la figure 1 peuvent être exprimés comme suit A T = WIA2 # TA t WAi BT = WIA2 IB 1E + WBi (4) CT = WIA2 # IC + WCi-1 En se reportant à la figure 1, on remarquera que dans chaque cas le courant de couple de torsion est la somme de la valeur totale de la dérive WIA de l'articulation de cardan intérieure 6 projetée sur l'axe d'entrée du gyroscope approprié IA, IB, IC plus le moment de dérive du gyroscope supportant le couple de torsion WAj, WRj Ci Le courant du couple de torsion du gyroscope qui y est soumis est par définition une équation de détection d'un défaut ou équation logique. Par conséquent, il y a quinze groupes de quatre dans un jeu de six gyroscopes comme le montre la table 1 ci-après dans laquelle un UN et un ZERO logique indiquent respectivement la présence et la non-présence d'un gyroscope. TARLE 1 GROUPES DE QUATRE GYROSCOPES A PARTIR DU GROUPE ABC1 D2EF ABC1 D2EF ABC1 D2EF 111 100 101 011 111 010 100 111 111 001 011 110 110 110 011 101 110 101 011 011 110 011 010 111 101 110 001 111 101 101 Si l'on doit identifier deux pannes dans le jeu de six gyroscopes, les quinze groupes de quatre gyroscopes doivent être considérés et quinze équations logiques sont nécessaires. Les équations logiques sont obtenues à partir des plateformes en fonctionnement en six modes différents comme le montre la table 2. TABLE 2 MODB GYROS LIBRES TORSION 1 ABE C1D2F 2 ABF C1D2E 3 AC1D2 B E F 4 BC1D2 A E F 5 C1EF A B D2 6 D2EF A B C1 On supporte que le système est initialement dans le mode 1 dans lequel les gyroscopes A, B, E sont libres et les gyroscopes C, D, F sont soumis à torsion.La relation- fonctionnelle des courants de couple de torsion dans le mode 1 est fournie par les équations suivantes CT = f (ABCE) DT = f (ABDE) # (5) ET = f (ABEF) Si un courant de couple de torsion excessif est représenté par un UN logique et un courant acceptable par un ZERO, et si l'un des gyroscopes soumis à un couple de torsion (C, D ou F) tombe en panne, seul le courant de couple de torsion associé au gyroscope fautif sera excessif.Si le gyroscope C tombe en panne, en examinant la dépendance fonctionnelle pour les équations (5), on voit que CT = 1 ; DT = O et ET = O. Dans le cas d'une panne du gyroscope D on a : CT = O ; DT = 1 ; FT = O et dans le cas d'une panne du gyroscope F : CT = O ; DT = O : FT = 1. Maissi n'importe lequel des gyroscopes libres (A, B, E) tombe en panne, tous les courants de couples de torsion sont excessifs et aucun isolement n'est possible dans ce mode. La table 3 dresse la liste des états de modes pour toutes les pannes possibles d'un seul gyroscope pour les six modes de fonctionnement du système:: TABLE 3 ETATS DE MODES DE PANNE D'UN SEUL GYROSCOPE GYROS SOUMIS | GYROS EN PANNE A B C D E F 1 CTDTFT 111 111 100 010 111 001 2 CTDTET 111 111 100 010 001 111 3 BTETFT 111 100 111 111 010 001 4 ATETFT 100 111 111 111 010 001 5 ATBTDT 100 010 111 001 111 111 6 ATBTOT 100 010 001 111 111 111 On peut résumer les conditions de détection de panne et d'isolement suivant l'invention en disant que si trois ZERO's sont obtenus dans un mode donné, tous les gyroscopes fonctionnent de façon satisfaisante. Si un ou deux ZERO's sont obtenus, le système reste dans le mode considéré et les gyroscopes défaillants sont identifiés. Si l'on obtient trois UN's dans un mode déterminé, le système doit être commuté sur un autre mode à la recherche de ZERO's. Si une recherche conduite dans les six modes successivement ne met en évidence aucun ZERO, c'est qu'un minimum d'au moins trois pannes est survenu. REVENDICATIONS 1) Appareil de détection et de correction de la dérive d'un ou de plusieurs gyroscopes dans un système de plateformes supports d'articulations de cardan, caractérisé en ce qu'il comprend : une première multiplicité de gyroscopes supportés par une première plateforme support d'articulations de cardan ; une seconde multiplicité de gyroscopes supportés par une seconde plateforme support d'articulations de cardan ; cette seconde plate forme étant couplée à la première plateforme suivant une configuration redondante; les entrées des gyroscopes de la première multiplicité et de la seconde multiplicité étant disposées obliquement par rapport aux axes de coordonnées de trièdres trirectangles ; des moyens reliés aux articulations de cardan de ces platefornes pour comparer les alignements des articulations correspondantes et fournir des signaux d'erreurs correspondant à leurs défauts d'alignement, ces moyens comprenant otament une première multiplicité de résolveurs montt:-s sur la première ou la seconde plateforme; une source de tension reliée à ces résolveurs pour les mettre en situation de fonctionner et une seconde multiplicité de résolveurs montés sur l'autre plateforme et reliés aux sorties des résolveurs correspondants de la première multiplicité ; et des moyens reliés à ces moyens de comparaison pour engendrer des signaux de couples de torsion en réponse à ces signaux d'erreur et les appliquer à au moins un gyroscope de la première et de la seconde multiplicités de gyroscopes. 2) Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chacune de cette première et de cette seconde plateformes supports d'articulations de cardan comprend : une base ; une articulation de cardan redondante couplée à cette base ; une articulation de cardan extérieure couplée à cette articulation de cardan redondante ; une articulation de cardan intermédiaire couplée à cette articulation de cardan extérieure et une articulation de cardan intérieure couplée à cette articulation de cardan intermédiaire ; en ce que cette première multiplicité de gyroscopes est supportée par l'articulation de cardan intérieure de cette première plate forme et cette seconde multiplicité de gyroscopes est supportée par l'articulation de cardan intérieure de cette seconde plateforme. 3) Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que chacune des articulations de cardan : intérieure, intermédiaire, extérieure, redondante de la première et de la seconde plateformes possède des pivots la couplant à l'articulation de cardan adjacente et en ce que les moyens pour fournir des signaux d'erreurs corres pondant aux défauts d'alignement entre la première et la seconde platefornes cprennent des résolveurs associés à chacune des rticuTattens de cardan : intérieure, intermédiaire, extérieure et redondante de la première et de la seconde plateformes et montés sur les pivots correspondants. 4 Appareil suivant la revendication 3, caractérisé par des moyens fixés aux sorties des résolveurs de la première plateforme et de la seconde plateforme pour -comparer les sorties correspondantes et fournir les signaux de commande de défaut d'alignement pour l'articulation de cardan intérieure et des moyens répondant à ces signaux de commande pour fournir des signaux d'erreur sur l'articulation de cardan intérieure. 5) Appareil suivant revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de remise à l'échelle reliés au générateur de signaux de commande pour fournir des signaux de torsion en ré- ponse aux signaux d'erreur et en ce que les gyroscopes de la première ou de la seconde multiplicité sont reliés à ces moyens de remise à l'échelle si bien que l'un au moins des gyroscopes de la multiplicité concernée engendre un moment électrique opposé au moment mécanique qui provoque le défaut d'alignement de l'articulation de cardan intérieure. 6) Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte une première boucle à servo-moteur ; une seconde boucle à servo-moteur ; une troisième boucle à servo-moteur reliant dans chaque multiplicité de gyroscopes les gyroscopes de cette multiplicité aux différents pivots d'accouplement des articulations de cardan, ces boucles à servo-moteur répondant au moment électrique engendré par l'un des gyroscopes pour entraîner la première plateforme jusqu'à ce que la vitesse angulaire de l'articulation de cardan intérieure de cette première plateforme concorde avec la vitesse angulaire de l'articulation de cardan intérieure de la seconde plate forme. 7) Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de remise à l'échelle reliant les boucles à servo-mcteurs à la multiplicité de gyroscopes associée. 8) Appareil suivant la revendication 3, caractérisé par une boucle à servo-moteur asservissant l'articulation de cardan intermédiaire à l'articulation de cardan redondante dans chaque plateforme.