Brevet FR2420156A1 — publié le 19791012

a présente invention a pour objet un système de linéarisation de servomécanismes par balayage, dont un domaine préférentiel d'application se trouve dans les servomécanismes utilisés pour la commande des antennes radar. On sait que les servomécanismes présentent, de façon générale, des défauts comprenant plus particulièrement des jeux, des frottements mécaniques et des seuils électriques. Les frottements mécaniques ainsi que les seuils électriques soulèvent des problèmes de non linéarité qui altèrent le fonctionnement de ces servomécanismes et se trasuisent dans les graphes de leurs fonctions de transfert par des paliers. On appelle de tels paliers, seuils de la fonction de transfert. Une telle fonction ae transfert ET (s) présentant un seuil da largeur 1 est representée sur la figure 1. Ce type de non linéarité dans la fonction de transfert d'un servomécanisme correspond à un fcnctionnement présentant soit des erreurs de positionnement, soit des micro-cycles limites dits l-nicro-pomrnges Pour réduire les défauts constatés, une solution consiste à ramener le fonct onnement -du servomécanisme à un fonctionnement linéaire. On procède alors à ce qui est appelé une linéarisation par balayage également connue sous le nom anglais de procédé du "dithertt. Dans ce procédé de linéarisation par balayage, on superpose au signal terreur S (t) dU servomécanisme (courbe S de la figure 1) une oscillation D (-) sinusoïdale de fréquence très supérieure à s (t). C'est donc le signal résultant S' (t) qui est le nouveau signal de commande appliqué au servomécanisme. Si l'amplitude de l'os- cillation D (t) est supérieure à la moitié de la largeur 1 du seuil, on voit que le signal résultant S' (t) sort de la zone de seuil de la fonction de transfert N (S') et donc permet d'obtenir une réponse non nulle même pour les faibles valeurs de S (t).On dit que le signal D-(t) balaye le seuil considéré et on l'appelle signal de linéarisation. Ce procédé, qui permet effectivement d'améliorer les performances du servomécanisme considéré, nécessite pour être efficace que l'amplitude du signal D (t) soit bien déterminée : elle doit être suffisamment élevée pour que les seuils soient effectivement balayés ; par contre elle doit être sufficamment basse pour que les vibrations parasites introduites par ce signal de linéarisation dans la structure mécanique du servomécanisme considéré restent d'un niveau admissible. La valeur optimum de cette amplitude varie avec une série de facteurs comme on le verra par la suite ; on préfère se placer sensiblement au dessus de la valeur optimum théorique, égale à la moitié de la largeur I du seuil dans exemple représenté figure 1, de façon à être sur que le seuil de la fonction de transfert est toujours balayé pendant le fonctionnement, même si, pour ce faire, on introduit des vibrations parasites dans le servomecanisme ainsi linéarisé. On connait la structure type d'un servomécanisme représenté sur la figure 2, ou les relations électriques sont figurées par un trait simple et les relations mécaniques par un trait double. l'e signal de consigne 17, traité par deux réseaux -cteurs 24 et 25, est appliqué à la chaine directe qui comporte - étage d'amplification 21, un moteur 22, un réducteur 2) et une charge 3. Les bcucles de régulation comportent des capteurs 8 et 9 dont le signal de sortie est envoyé au réseau correcteur correspondant, respectivement 24 et 25.Deux boucles sont représentées sur la figure 2, effectuant par exemple une correction de position correspondant au capteur 8 et au réseau 24 et une correction de vitesse correspondant au capteur 9 et au réseau 25, mais il peut en exister d'autres. Dans une telle structure, les défauts se manifestent en particulier au niveau de 11 étage d'amplification 21 par des seuils, au niveau du moteur 22 par des frottements et au niveau du rQuceur 23 par du jeu et des frottements. On note tout de suite que l'on peut ramener le jeu du réducteur 23 à un frottement par l'utilisation connue d'un train de pignons à rattrapage de jeu. Suivant une réalisation de l'art antérieur, le système de linéarisation par balayage comprend un oscillateur dit de linéarisation 7 délivrant un signal de linéarisation 10 de fréquence et d'amplitude déterminée qu'on ajoute algébriquement au signal d'erreur 28, en amont de l'étage d'amplification 21 (figure 2). On règle initialement la fréquence de ce signal de façon qu'elle soit grande devant la plus grande des fréquences du signal de commande 17 et son amplitude de façon que le seuil de la fonction de transfert, seuil qui correspond à tous les défauts regroupés, soit effectivement balayé. Ce réglage d'amplitude reste cependant imparfait du fait des variations possibles de la largeur de ce seuil et de la position du point d'application de la commande sur la fonction de transfert en cours de fonctionnement. Be vieillissement, la température, la différence de valeur du seuil d'une unité à l'autre pour une série d'appareils sont cause des variations du seuil. Des facteurs externes agissant sur la charge, tel le vent sur l'aérien d'une antenne radar asservie par exemple, sont cause des variations du point de or-.zionnemen. Bes dispositifs de linéarisation par balayage de l'art a-ntér eur nécessitent1 pour être efficaces quel que soit le fonctionnement, un réglage de l'amplitude de l'oscillation de linéarisation induisant des vibrations parasites souvent indument fortes dans l'ensemble du servomécanisme. Ces vibrations conduisent à une usure rapide du matériel utilisé et diminue de ce fait l'intérêt du procédé de linéarisation par balayage. Un des objets de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en créant un système d'autoadaptation de l'amplitude du signal de linéarisation. Suivant une caractéristique de l'invention, le système de lie- arisation d'un servomécanisme par balayage combine un oscillateur de linéarisation à une boucle d'autoadaptation de l'amplitude du signal de linéarisation comprenant-un dispositif de mesure des vibrations induites dans ce servomécanisme par le signal de linéarisation, un comparateur à un signal de référence, un système de correction et un dispositif de modulation en amplitude du signal de l'oscillateur de linéarisation par celui délivré par le système de correction. Le signal ainsi modulé constitue le signal de linéarisation qui est additionné au signal d'erreur du servomécanisme. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention appa raieront au cours de la description qui suit d'un exemple de réalisation, donné à l'aide des figures décrites ci-dessous. Outre les figures 1 et 2 déjà mentionnées qui illustrent respectivement le principe de la linéarisation par balayage et le schéma-bloc d'un servomécanisme A équipé d'un dispositif de linéarisa- tion par balayage utilisé dans l'art antérieur, - la figure 3 représente un nchéma-bloc du mêlue srvomanisme A équipé du système de linéarisation selon l'invention. - la figure 4 représente une vue en perspective d'un mcde de réalisation particulier d'un d sposnuif de mesure de vibrations de fréquence déterminée. - la figure 5 est un modèle d=mn,s~-üe du dispositif de la figure 4 dans la chai ne directe du servomécanisme. - la figure 6 est un diagramme électrique équivalent de celui de la figure 5. On se reporte à la figure 3 pour une description plus précise d'un exemple de système de linéarisation suivant l'invention placé dans un servomécanisme A identique à celui décrit précédemment. Ce système comporte une boucle d'autoadaptation et un oscillateur de linéarisation 7. T,'origine de cette boucle est un point de mesure 26 situé en amont de la charge 3 sur la figure 3, quoique, dauls certains cas précisés plus 1 il il puisse être situé e aval de cette même charge. A ce point de mesure 26 se trouve un dispositif de mesure 1 des vibrations induites dans le servomécanisme par le signal de linéarisation 10. Ensuite est disposé un dispositif 4 de mise en forme du signal de sortie du dispositf de mesure 1. Ce dispositif 4 délivre un signal continu 19 proportionnel à l'amplitude des vibrations induites par le signal de linéarisation 10 au point de mesure 26. Ce signal .9 est soustrait à un signal de référence 18 dans un comparateur 27 qui délivre un signal différence 20, lequel est pris en compte par le système 5 de correction. Enfin un modulateur 6 élabore le signal de linéarisation 10 à partir des signaux délivrés par le système 5 de correction et par l'oscillateur 7.Ce signal de linéarisation 10 est ajouté algébriquement au signal d'erreur 28 du servomécanisme en amont de l'étage d'amplification 21. Les vibrations enduites par le signal de linéarisation 10 se présentent comme un bruit haute fréquence dans le fonctionnement mécanique du servomécanisme. Le dispositif de mesure 1 délivre un signal représentatif de ce seul bruit, ce signal pouvant être considéré comme sinuséidal. On examinera plus précisemment par la suite la structure et le fonctionnement de ce dispositif dans le cas d'une réalisation particulière. Le dispositif de mise en forme 4 du signal comprend un bloc 13 de redressement double alternance e t loc 14 de filtrage qui transforme le signal redressé par e bloc ,3 en un signal 19 continu, proportionnel à sa valeur moyenne. Ce signal 19 est représentatif de l'amplitude moyenne des vibrations induites par le signal de linéarisation 10 au point de mesure 26. Le comparateur 27 effectue sa soustration à un signal 18 repré- sentatif du niveau de bruit toléré dans le servomécanisme, et le signal différence 20 est envoyé dans le système de correction 5. Ce système 5 comprend un ou plusieurs réseaux correcteurs dans lequel le facteur intégrateur est prépondérant, leur forme et leurs coefficients permettant d'adapter la fonction de transfert de l'ensemble de la koucle~d'au.to2daptabion au servomécanisme A. nards un mode de réalisation particulier, ce système peut être constitué par un réseau correcteur de fonction de transfert de la forme p. Ainsi, si le signal 19 est supérieur à la référence 18, le signal 20 est négatif et le signal délivré par le système 5 diminue du fait du facteur intégrateur des réseaux correcteurs. Dans certains cas, et notamment en début de fonctionnement, ce signal peut diminuer jusqu'à changer de signe. A 11 inverse, si le niveau de bruit 19 est inférieur à la référence 18, le signal 20 est positif et le signal délivré par le système 5 augmente. Te modulateur 6 comprend un redresseur simple alternance 15, qui peut être par exemple une diode, et un bloc multiplieur 16. Be redresseur 15 permet de ne pas prendre en compte des signaux négatifs, éventuellement délivrés par les réseaux correcteurs 5, qui n'ont pas de sens physique car le signe du signal de linéarisation 10 n'est pas pris en compte ; seule son amplitude importe. Be multiplieur 16 délivre un signal sinusoïdal de même fréquence que celui de l'oscillateur 7 et d'amplitude égale à la multiplication de celle du signal de l'oscillateur 7 par la valeur du signal de sortie du système 5. L'oscillateur 7 est tel que celui utilisé dans les réalisations de l'art antérieur. C'est par exemple un oscillateur comprenant deux amplificateurs opérationnels et un limiteur à diodes. En ce qui concerne la réalisation du dispositif 1, deux possibilités peuvent se présenter suivant que parmi les capteurs 8 et 9 déjà existants dans le servomécanisme, il y en a ou non un qui est suffisamment sensible pour détecter les vibrations induite s dans la charge par I'oscillation de linéarisation 10. Dans chacun des cas, ce dispositif réalise les opérations suivantes - mesure des vibrations au moyen d'un capteur de linéarisation 11. - sélection fréquentielle de la part de celles-ci induites par le signal 10-, représenté par le bloc 2. L'ordre de ces deux opérations peut être interverti selon que la sélection fréquentielle se fait mécaniquement ou électriquement. S'il existe déjà un capteur précis, par exemple un gyromètre dont le but initial est de capter le signal de la correction de vitesse (bloc 9), c'est alors lui qui sert également de capteur de linéarisation 11 et c'est le signal délivré par ce capteur qui est envoyé dans le bloc de sélection fréquentielle 12. Cette sélection se fait alors sur un signal électrique qui est composé d'une onde porteuse, repré- sentative du fonctionnement normal induit par le signal de consigne 17, et d'un bruit haute fréquence, représentatif des vibrations induites par le signal de linéarisation 10.La sélection vise à ne retenir de ce signal que les fréquences liées à celle du signal 10 et le bloc 12 comporte par exemple plusieurs filtres résonnants de type circuit-bouchon accordés sur la f-réquence fondamentale du signal 10 et sur certaines de ses harmoniques. Dans 11 exemple précité, c'est un gyromètre qui tient lieu de capteur 11; le signal de sortie du bloc 12 est donc représentatif de vibrations sur une vitesse de rotation et le signal 19, par conséquent, de l'amplitude des variations induites sur une vitesse de rotation. Be signal 18 doit être tel qu'il soit une référence comparable au signal 19 et donc être relatif à une vitesse de rotation. De façon générale, le signal 18 et celui issu du capteur 14 sont choisis de façon cohérente. S'il n'existe pas, au préalable, de capteur suffisamment précis pour détecter les vibrations induites dans la charge par l'oscillation de linéarisation, on place alors un capteur spécialement prévu à ceteffet non pas sur la charge mais en amont de celle-ci. La charge 3, du fait de son inertie, peut en effet masquer ces vibrations qui sont petites vis à vis du fonctionnement normal du servomécanisme. Or on a vu que les défauts générateurs de non-linéarité sont localisés, essentiellement au niveau de l'étage amplificateur 21, du moteur 22 et du réducteur 23. On regroupe donc ces trois éléments sous le nom de bloc amont 2 et on effectue par le capteur Il la mesure de ces vibrations induites entre ce bloc amont 2 et la charge 3 cette structure est celle schématisée sur la figure 3. On peut avantageusement, dans ce cas là, réaliser ltensemble capteur il et bloc de sélection fréquentielle- 12 sous une forme intégrée, par exemple une lame vibrante accordée sur la fréquence du signal de linéarisation 10 et comportant un capteur accélérométrique. Dans cet exemple, sélection fréquentielle 12 se fait mecaniquement préalablement à la mesure par le capteur Il comme cela est représenté figure 3. Dans 11 exemple représenté figure 4, la lame vibrante 41-est une lame métallique parallélinipédique, fixée sur l'axe 42 reliant le réducteur 23 et la charge 3 de façon que la longueur et la largeur de cette lame soient, au repos, dans un plan contenant la direction de cet axe. Ainsi toute variation de rotation de cet axe excite la lame. Lorsque le moteur 22 est en rotation sous la commande du signal 17 et subit les vibrations parasites engendrées par le signal de linéarisation 10, la lame vibrante, accordée sur la fréquence de cesignal 10 au moyen d'une masselotte 43 vibre de façon privilégiée en fonction du bruit "haute fréquence" induit par le signal de linéarisation au point de mesure 26. Un capteur accélérométrique 44 à effet piézoélectrique, dont la masse sismique est constituée par exemple par une goutte calibrée de soudure, transforme les vibrations de cette lame 41 en un signal électrique exploitable dans la boucle d'autoadaptation. Cette lame vibrante pose un problme d'amortissement pour obtenir un bon fonctionnement dyn-am?iue et er tar-- i lier un régime transitoire optimum. On peut régler cet amorts-nt par divers procédés dont on citera deux exemples. Dans une première réalisation, la lame comporte des prolongements en forme d'ailettes qui permettent d'augmenter les frottements de l'air et par conséquent l'armortissement. Dans une autre réalisation, qui est celle représenté figure 4, on enferme cette lame 41 dans une boite A,5 de dimensions juste supérieures aux siennes. Comme dans l'exemple précédent, l'amortissement est dt à l'air. En effet, lorsqu'il y a vibration de la lame, un certain débit d'air est obligé de passer par le jeu entre la lame et les parois de la boite, ce qui provoque un frottement dynamique. On peut ajuster cet amortissement au moyen de trous calibrés 46 percés à travers la lame. D'autres dispositifs de mesure peuvent être utilisés mais leur position optimum est bien définie, pour autant qu'on les implante spécialement en vue de fournir une mesure des vibrations parasites induites par le signal de linéarisation 10 : ils sont placés en aval du réducteur pour tenir compte de son jeu et de ses frottements mais le plus proche possible de celui-ci pour ne pas subir d'amortissement dû à la charge. Le choix de la fréquence du signal de linéarisation se fait en fonction des critères suivants : elle doit - appartenir à la bande passante des amplificateurs de l'étage d'amplification 21, - ne pas s'approcher des résonnances mécaniques principales de l'organe asservi, - être sensiblement différents de celles des vibrations qui pré valent dans ltenvirornement du servomécanisme, s'il y en a. Il est avantageux dans le cas où l'on implante un capteur avant la charge 3 de choisir une valeur de cette fréquence te'e que les vibrations parasites induites par ce signal soient filtrées au réseau de la charge. Pour déterminée la zone de fréquence où ce filtrage a lieu, on se reporte a diagramme mécanique de l'ensemble bloc amont , dispositif de mesure 4 et charge 3 (figue 5).On sait que l'on teut schématiser la d-nam tde d n tel ensersle mécanique par une suie de masses en rotation autour d m axe commun, masses définies par leur mo ment d'inertie J et de ressorts, travaillant en torsion, définis par leur souplesse S. On a ainsi les souplesses S1, S2 et S3 et les moments J1, J2 et J3 schématisant sur la figure 5 respectivement le dispositif de mesure 1, le bloc amont 2 et la charge 3. On notera que la souples se S2 est essentiellement liée au réducteur 23 et que le moment d'iner tie J2 est principalement dû au moteur 22. D'autre part un moment d'inertie J42 représente sur la figure 5 le moment d'inertie de l'axe 42 reliant le réducteur 23 à la charge 3, une souplesse nulle lui étant attribuée. Les ordres de grandeurs de ces moments d'inertie sont J2#J3# J42# J1 La figure 6 est le modèle électrique correspondant au diagramme de la figure 5, par analogie vitesse de rotation - tension, où aux mo ments d'inertie correspondent des capacités et aux souplesses des inductances. Le signal capté par l'accéléromètre est proportionnel à la dérivée de la tension v aux bornes de la capacité J1. On voit que ce signal bénéfice de la surtension du circuit série S1 J1. C'est donc sur le choix des valeurs de S1 et J1 que se fait la sélection fréquentielle du dispositif 1. On voit d'autre part que, pour réaliser un filtrage des vibrations de linéarisation au niveau de la charge, il faut choisir une fréquence de linéarisation inférieure à la fréquence de coupure Un tel système de îiiréaisation par balayage peut s'utiliser avantageusement dans tous les servomécanismes ou l'on a besoin d'une précision nécessitant de s'affrancher des défauts de seuils électriques ainsi que de jeu et de frottements mécaniques. Dans un exemple préférentiel d'application, c'est l arrterme d'un radar de poursuite qui est la charge asser-oSe par un tel servomécanisme. R E V E N D I C A T I O N S 1. Système de linéarisation d'un servomécanisme par balayage comportant un oscillateur délivrant un signal de linéarisation sinu soldat de fréquence déterminée s'ajoutant algébriquement au signal d'erreur de ce servomécanisme, lequel comprend une chaîne directe comportant une charge et des boucles de correction comportant chacune un capteur, caractérisé en ce que cet oscillateur (7) est combiné à une boucle d'autoadaptation de l'amplitude de ce signal de lnnéarisa- tion (10) comportant un dispositif de mesure (i) des vibrations induites dans le servomécanisme par le signal de linéarisation (10), un comparateur (27) à un signal de référence (18), un système (5) de correction et un dispositif (6) de modulation modulant en amplitude le signal de l'oscillateur (7) par celui délivré par le système de correction (5). 2. Système de linéarisation par balayage suivant la reveraiea-uson 1, caractérisé par le ait que la boucle d'autoadaptation comporte en outre un dispositif (4) de mise en forme du signal délivré par le dispositifde mesure (1), à la sortie duquel son~entrée est connectée, et que ce dispositif (4) comprend un redresseur double alternance et un filtre transformant un signal en sa-valeur moyenne. 3. Système de linéarisation par balayage suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le comparateur (27) est un soustracteur qui comporte deux entrées, l'une positive prenant en compte le signal de référence (18) et l'autre négative connectée à la sortie du d Eposi- tif de mise en forme (4). - 4. Système de linéarisation par balayage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le système de correction (5) comprend ':n ou- plusieurs réseaux correcteurs dont le facteur intégrateur est pr-pon- gérant et que l' ere de ce système (5) est connectée a la sortie du comparateur (27). 5.. Système de linéarisation par balayage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de modulation (6) comporte un multiplieur (16) à deux entrées dont une entrée est connectée à la sortie de l'oscillateur (7) et l'autre à la sortie du système de correction (5). 6. Système de linéarisation par balayage suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que le dispositif de modulation (o) comporte en outre un redresseur simple alternance intercalé entre le système de correction (5) et le multiplleur (16). 7. Système de linéarisation par balayage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (i), dont len- trée est reliée à la sortie de l'un des capteurs d'une des boucles de correction du servomécanisme, comporte plusieurs filtres résonnants, privilégiant les fréquences égales à celle du signal de linéarisation (10) et à celles de ses harmoniques. 8. Système de linéarisation par balayage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (1), dot l'entrée est reliée au servomécanisme en amont de la charge dans la chaîne directe, comporte un capteur (11) et un bloc de détection fréquentielle (12) privilégiant les fréquences égales à celle du signal de llneari- sation (10) et à celles de ses harmoniques. 9. Système de linéarisation par balayage suivant la revendIca- tion 8, caractérisé par le fait que le capteur (11) e+ le bloc de sélection fréquentielle (12) sont realises sous la forme intégrée d'une lame vibrante (41) fixée sur l'urne des pièces tournantes du servomécanisme, accordée sur la fréquence du signal de linéarisation (10) et comporant un capteur piézoélectrique et un système d'alors tissement. 10. Système de linéarisation par balayage suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le système d'amortissement de la lame vibrante (41) comprend une boite de dimensions juste suprieures à celles de la lame, cette lame étant enfermée dans cette boite. 11. Servomécanisme linéarisé par le moyen d1un système ae linéarisation ar balayage suivant l'une des revendications 1 à 1