Brevet FR2466741A1 — publié le 19810410

La présente invention concerne un dispositif d'ac- croissement de la précision de poursuite d'un système de pointage, par exemple d'un canon ayant un circuit d'asser- vissement destiné à pointer l'arme sur une cible. Un système de commande ou de pointage de canon comporte habituellement un dispositif de comparaison, for- mé par des dispositifs de synchronisation, comparant un signal d'entrée, sous forme du gisement ou de la hauteur commandé, à l'angle réel représentant le gisement ou la hauteur du canon. Les dispositifs de synchronisation trans- mettent des signaux d'erreur qui correspondent à la diffé- rence entre l'angle commandé et l'angle réel, sous forme de l'erreur angulaire. Les signaux d'erreur sont transfor- més par un dispositif de traitement en une forme qui con- vient et sont transmis au dispositif de réglage et au convertisseur de couple du canon. Le convertisseur de couple commande alors le canon et les dispositifs de synchronisation du transformateur de commande par l'in- termédiaire de transmissions à engrenages, jusqu'à ce que l'erreur angulaire s'annule. Le dispositif de traitement de signaux transfor- me les signaux d'erreur angulaire des dispositifs de syn- chronisation afin qu'ils aient une tension convenable et une forme convenable, dans des filtres spéciaux qui ont des propriétés telles qu'un balayage rapide vers la cible et un pointage stable et précis peuvent être obtenus-. Les signaux sont ensuite transmis aux enroulements de l'aimant de pilotage, après transformation en deux courants conti- nus. L'amplitude et le signe de l'erreur angulaire, c'est-à-dire la différence entre l'angle commandé par l'appareillage de réglage de tir et l'angle du canon, sont alors transformés dans le dispositif de traitement en deux courants continus dont la différence détermine le sens de déplacement et l'accélération du canon. Le réglage d'un canon comprend normalement deux phases, une phase de balayage et une phase de poursuite. En phase de poursuite, une cible doit être suivie avec précision, avec de faibles erreurs angulaires. Lors du calcul de la précision de poursuite, seules les opérations à basse fréquence sont intéressantes. Les variations à basse fréquence de l'angle commandé peu- ventêtre provoquées par les déplacements de la cible ou par des déplacements de la base, par exemple le roulis d'un na- vire dans le cas d'un canon de marine ou le déplacement d'un véhicule sur le sol, dans le cas d'un canon monté sur un véhicule. Dans le cas d'un canon monté sur un na- vire, les déplacements de la cible à des fréquences pou- vant atteindre environ 0,5 Hz, peuvent être considérés comme raisonnables, alors qu'il y a des déplacements de la base avec des fréquences pouvant atteindre 0,2 à 0,3 Hz. Dans le cas d'un système du second ordre, on peut montrer que, pour les déplacements de la cible et de la base, la précision de la poursuite est déterminée approximativement par la relation x-y = K a dans laquelle x est l'angle commandé par l'appareillage de commande de tir, y est l'angle du canon, Ka est la constante d'accélération qui consti- tue une mesure de l'amplification du circuit, et w x est l'accélération angulaire commandée. Cet équation montre qu'une constante élevée d'accélération Ka est souhaitable pour la précision. Ce- pendant, la stabilité nécessite une limite maximale uti- lisable enpratique pour la constante K. Dans un exemple, on peut citer le cas d'un canon connu. dans lequel la -2 constante d'accélération atteint 250 s Par exemple, sur un navire ayant un roulis de 0,2 Hz-et 7 d'amplitude, la masse du canon qui s'élève pendant la poursuite en di- rection bàbord ou tribord est commandée avec une variation angulaire de 7 à une fréquence de 0,2 Hz. L'équation précitée donne alors une erreur maximale de poursuite x-y = 0,8 mrad. Dans le cas d'un canon monté sur un véhicule tel qu'un véhicule blindé à chenilles, se déplaçant sur le sol, les mouvements de la base à une fréquence pouvant attein- dre 1 Hz environ et avec des amplitudes pouvant atteindre peuvent être considérés comme raisonnables. Le circuit, destiné à augmenter la précision de poursuite de la cible considérée par elle-même doit être réalisé avec une large plage, avec une constante élevée d'accélération et avec une marge suffisante de déphasage, mais en pratique, cette réalisation ne convient pas car la sensibilité du canon à des perturbations augmente de manière correspondante. L'utilisation d'une large plage nécessiterait la réduction de la limite du niveau maximal permis de perturbation des signaux de commande de mise à feu, à des valeurs inacceptables. Les perturbations de la commande de mise à feu portent habituellement sur la par- tie à haute fréquence de l'angle commandé par l'appareil- lage de commande de tir, c'est-à-dire sur une partie non intéressante au point de vue de la poursuite des cibles. Les perturbations sont mesurées en accélération angulaire, exprimée en mrad/s, puisque c'est juste l'accélération du canon qui est réglée. Le niveau de perturbation doit être limité pour plusieurs raisons. 1. La précision de poursuite diminué du fait de la surmodulation des amplificateurs et des circuits hy- drauliques. 2. Les vibrations provoquent une augmentation de l'usure dans les servomoteurs et les transmissions. 3. Les sauts et les secousses sont très irri- tants pour les servants du canon. L'invention concerne un dispositif du type précité dans lequel l'amplification du circuit peut être accrue considérablement sans effet sur la stabilité à fréquence 2466741: élevée et sans que la limite du niveau maximal permis de perturbation des signaux de commande de mise à feu soit réduite. L'invention se caractérise par la mise en oeuvre, dans le circuit d'asservissement du canon, d'un circuit destiné à accroître la précision et comprenant un ou plu- sieurs filtres intégrateurs du second degré, les fonctions de transmission des filtres ayant une forme telle que la courbe représentative de l'amplitude en fonction de la fréquence a un maximum à proximité de la fréquence pré- vue du mouvement de labase du canon et/ou du mouvement de la cible, si bien que le circuit peut présenter une am- plification élevée autour de cette fréquence et en-dessous. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est un schéma d'un circuit d'as- servissement de canon; - la figure 2 est un diagramme synoptique repré- sentant un dispositif de traitement de signaux ou d'ampli- fication - la figure 3 est un graphique représentant la variation de la fonction-de transmission du filtre d'ac- croissement de précision selon l'invention, sous forme d'un diagramme de Bode; et - la figure 4 est un graphique représentant la fonction de transmission de l'ensemble du système de pointage, avec ou sans filtre d'accroissement de la pré- cision. Un système de réglage ou de pointage-d'un canon comporte habituellement un système de réglage en gisement et un système de réglage en hauteur. Les deux systèmes fonctionnent de manière analogique et de façon totale- ment séparée l'un de l'autre et en conséquence, dans la description qui suit, on ne considère qu'un système de pointage, celui du réglage du gisement. Le pointage du canon est déterminé par le gisement et la hauteur qui sont commandés à partir d'une installation de commande de tir, mais le dispositif peut aussi être utilisé lors d'un réglage assuré par des dispositifs de commande incorporés au canon. La figure 1 montre schématiquement comment est réalisé le système de réglagedu gisement, dans la circuit d'asservissement d'un canon 1, par exemple un canon naval monté sur un navire. Deux signaux d'entrée sont transmis de manière connue par une installation de commande de tir (non représentée), sous forme d'un gisement grossier et d'un gisement fin commandés x. Lescircuitsde transmission des signaux de réglage fin et grossier comportent respecti- vement des dispositifs 2 et 3 de synchronisation à trans- formateur ayant des rotors dont les positions sont déter- minées de manière connue, par l'intermédiaire de trans- missionsà engrenages, par le gisement réel y du canon. A partir de ces dispositifs, l'erreur angulaire est obtenue, sous forme de signaux d'erreur qui correspondent à la dif- férence entre le gisement commandé et le gisement réel du canon. De manière connue, le circuit comprend un système grossier et fin, le dispositif 3 du système grossier don- nant un rapport 1/1 alors que le dispositif 2 du système fin donne un rapport n/1, par rapport au gisement réel du canon. Le système grossier assure la commande loin de la position de coïncidence et le système fin se charge auto- matiquement du réglage lorsque l'erreur angulaire devient faible. Les signaux d'erreur (erreur angulaire) provenant des dispositifs 2 et 3 parviennent à un amplificateur 4 qui les met à la configuration et à l'amplitude voulues. Comme l'indique la figure, une tension de référence est aussi transmise à l'amplificateur. L'amplificateur 4 transmet un signal de pilotage à la commande 5 du canon et au convertisseur 6 de couple qui est relié à un moteur électrique 7. L'arbre de sortie du convertisseur de couple a un mouvement de rotation qui est déterminé par l'erreur angulaire et, par l'intermédiaire des transmissions 8 et 9, il entraîne le canon et les dis- positifs 2 et 3 de synchronisation, jusqu'à ce que l'erreur angulaire s'annule. La figure 2 montre sous forme d'un diagramme synoptique, la réalisation de l'amplificateur 4. Ce der- nier comprend essentiellement deux canaux séparés, un pour les signaux grossiers ou bruts et un pour les signaux fins. Les signaux d'erreur angulaire des dispositifs 2 et 3 sont transformesa'à une tension convenable dans des circuits adaptateurs 10iet 11. Le canal considéré est déterminé par des capteurs 12 et 13 de niveau reliés à la sortie des cir- cuits adaptateurs 10 et 11 et par un circuit logique 14 de commande, par l'intermédiaire de commutateurs 15 et 16. Dans les deux canaux brut et fin, des dispositifs 17 et 18 assurent la démodulation et le filtrage des signaux. Ceux- ci sont ensuite traités dans un circuit 19 d'asservisse- ment (canal brut) et dans un circuit 20 de stabilisation et d'accroissement de la précision (canal fin) respective- ment. Le-circuit 19 a une fonction de stabilisation et il est destiné à assurer le freinage rapide du canon. Ce circuit 20 de stabilisation et d'accroissement de la pré- cision est décrit plus en détail dans la suite. Par l'inter- médiaire du commutateur 16, l'un des signaux est transmis au circuit 21 de compensation de charge et à un circuit 22 d'excitation, et il parvient, sous forme d'un signal pilote constitué par deux courants continus, à l'aimant de pilotage du canon. En principe, l'amplificateur 4 fonctionne de la manière suivante. Pendant la phase de balayage, le canon est commandé par le canal grossier, c'est-à-dire que le circuit logique 14 règle les commutateurs 15 et 16 dans une position telle que le signal est transmis par le cir- cuit 10 d'adaptation, le dispositif 17 et le circuit 19 d'asservissement. Lorsque le signal brut prend une cer- taine valeur telle que 30 mrad, une commutation a lieu et le signal d'erreur est au contraire transmis par le dis- positif 2 de synchronisation, et la commande est encore assurée par le circuit 19 d'asservissement, c'est-à-dire que le signal est transmis par le circuit il d'adaptation, le dispositif 18, un circuit supplémentaire 23 d'adapta- tion et le circuit 19 d'asservissement. Lorsque le signal fin d'erreur passe au-dessous d'une nouvelle valeur telle que 10 mrad, un retard est déclenché et, après t secondes, le circuit 20 est connecté au canal fin, à la place du circuit 19 d'asservissement. Si le signal d'erreur dépasse la valeur déterminée (10. mrad) ultérieurement, le circuit 20.est déconnecté à nouveau sans aucun retard. Dans la suite du présent mémoire, on ne considère pas la phase de balayage mais uniquement ce qui arrive lors de la poursuite précise d'une cible, c'est-à-dire lors- que l'erreur angulaire x - y est faible. On sait que l'amplification du circuit doit être élevée afin que la précision de poursuite du circuit soit bonne, mais simultanément, que le critère de stabilité fixe une limite supérieure à cette amplification en pratique, comme l'indiquent les analyses techniques du circuit, de type connu, par exemple par mise en oeuvre d'un diagramme de Bode. Un circuit spécial de stabilisation et d'accrois- sement de la précision est utilisé dans le canal fin afin que l'amplification du circuit puisse être utilisée sans effet nuisible simultané sur la stabilité à fréquence élevée, le circuit comprenant un circuit 24 de stabilisa- tion, un filtreintégrateur 25 du second degré et un cir- cuit 26 de charge et de compensation de déphasage. Le circuit 24 de stabilisation a une fonction de transmission GD qui peut être écrite sous la forme, après transformation de Laplace 1 + sTd D 1 + sTf dans laquelle Td et Tf sont des constantes. Le circuit 24 consitue l'élément primordial pour la marge de dépha- sage qui est nécessaire à la stabilité du circuit. Le filtre intégrateur 25 du second degré a une fonction de transmission GR qui peut être écrite sous la forme, avec transformation de Laplace l + 2p -S + 1w1 w-2 G - 1_ _ R 2 1 + 2p - + 2w2 w2 dans laquelle w1 et w2 sont des fréquences à peine supé- rieures à la fréquence prévue du déplacement de la base, par exemple à la fréquence de roulis d'un navire et/ou du déplacement de la cible, pI et p2 étant des constantes appe- lées facteurs d'amortissement. Ces derniers, avec les fré- quences w1 et w2' sont choisis de manière que la fonction de transmission G R donne une amplitude et une phase conve- nables. La figure 2 montre aussi un filtre intégrateur 25 du second degré. Cependant, un ou plusieurs filtres supplé- mentaires de même type peuvent être montés en série ou au contraire un réseau ayant une fonction de transmission au- tre que GR peut être connecté, avec un déphasage et une amplitude analogues. - La fonction de transmission du filtre 25 peut être représentée à l'aide d'un diagramme de Bode (figure 3) dans lequel l'amplitude et la phase sont portées en fonction de la fréquence w, les fréquences w1 et w2 de coupure étant indiquées. La figure 4 représente aussi, sous forme d'un diagramme de Bode, l'amélioration de la fonction de trans- mission de l'ensemble du système de pointage par introduc- tion du filtre 25. Les traits pleins représentent l'ampli- tude, la courbe supérieure indiquant l'effet de la fonction de transmission G R alors que la courbe inférieure représen- te l'absence de cet effet; les traits interrompus repré- sentent la marge de déphasage, la courbe supérieure corres- pondant à l'absence de la fonction de transmission et la courbe inférieure à sa présence. On peut utiliser une ampli- fication multipliée par un facteur élevé, par exemple une valeur plus élevée de la constante Ka et obtenir une aug- mentation correspondante de la précision de poursuite tout en conservant une amplitude et une phase identiques aux fréquences élevées, par introduction de la fonction de transmission GR. Comme l'indique la figure, la "bosse" observée pour la fonction GR à la fréquence 2 augmente en outre considérablement la précision du circuit dans la plage voisine de cette fréquence. Cette plage de fréquences est habituellement la plus délicate. Les courbes montrent aus- si qu'une condition de stabilité conditionnelle se mani- feste à la fréquence v. A cette fréquence, la marge d'amplifiation doit être si importante que le défaut de linéarité dans le circuit ne donne pas de fréquences fondamentales à une amplitude visible. L'introduction du filtre 26 implique donc le respect de critères plus astreignants pour la linéarité des éléments incorporés au système de pointage. Le circuit de charge et de compensation de dé- phasage a la même configuration que le filtre 25, mais avec des fréquencesdecoupure au voisinage de la fréquence de recoupement de l'amplitude. Le circuit 21 de compensa- tion de charge a aussi la même configuration que les cir- cuits 25 et 26 mais les fréquences de coupure se trouvent au voisinage de la fréquence fondamentale du circuit. Les circuits 21 et 26 sont du type à dérivation, avec une phase et une amplitude sensiblement analogues à l'inver- se de celles du circuit 25. REVEND ICAT IONS 1. Dispositif destiné à accroître la précision de poursuite d'un système de pointage d'un canon ou analogue, comprenant un circuit d'asservissement destiné à pointer le canon sur une cible, ledit dispositif étant caractérisé en ce que le circuit d'asservissement du canon comporte un réseau (20) de stabilisation et d'accroissement de la précision qui comporte un ou plusieurs filtres intégrateurs (25) du second degiré ayant des fonctions de transmission (GR) qui ont une forme telle que la courbe représentant l'amplitude en fonction de la fréquence a un maximum au- tour de la fréquence prévue des mouvements de la base du canon ou du mouvement de la cible au moins, si bien que l'amplification du circuit peut être élevée autour de cet- te fréquence et en dessous. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fonction de transmission (GR) des filtres in- tégrateurs (25) du second degré a la forme p 1 s2 G, w1w1 GR = 2 2 2 - 1 + 2p s + s dans laquelle p1 et p2 sont des facteurs d'amortissement et 1 et w2 sont des fréquences proches de la fréquence prévue des déplacements de la base du canon ou du déplace- ment de la cible au moins. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système de pointage est destiné à un canon de marine, un radar, un dispositif de visée optique ou opto-électronique ou analogue, monté sur un navire, et les fréquences 1 et 2 sont proches de la fréquence de roulis du navire. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système de pointage est un canon, un radar, un dispositif de visée optique ou opto-électronique ou analogue placé sur un véhicule, et les fréquences 1 et 2 2466741. sont proches de la fréquence de roulis du véhicule lors- qu'il se déplace sur le sol. 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système de pointage est de type terrestre, et les fréquences w e t w2 sont proches de la plage prévue des fréquences de déplacement de la cible. 6. Dispositif selon la revendication 1,-caractérisé en ce que le circuit d'asservissement du canon comporte un dispositif (15, 16) destiné à connecter le circuit (20) de stabilisation et d'accroissement de la précision uni- quement lorsque le signal d'erreur (x-y) du circuit d'asservissement du canon est inférieur à une valeur dé- terminée. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit (20) de stabilisation et d'accroisse- ment de la précision, en plus du filtre intégrateur (25) du second degré, comporte aussi un circuit spécial de stabilisation (24) ayant une fonction de transmission (GD) de la forme 1 + sTd GD 1 + sTd dans laquelle Td et Tf sont des constantes. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le circuit (20) de stabilisation et d'accroisse- ment de la précision comporte aussi un circuit (26) de charge et de compensation de déphasage ayant la même configuration que les filtres intégrateurs (25) du se- cond degré mais du type à dérivation et ayant des fré- quences de coupure au voisinage de la fréquence de recou- pement de l'amplitude. 9. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit d'asservissement du canon comporte, en plus du circuit (20) de stabilisation et d'accroisse- ment de la précision, un circuit (21) de compensation de charge de même configuration que le circuit intégrateur (25) du second degré mais du type à dérivation et ayant 2466741: des fréquences de coupure au voisinage de la fréquence fondamentale du circuit.