Brevet FR2473754A1 — publié le 19810717

La présente invention concerne l'amélioration de la précision de poursuite d'un système de pointage, par exemple utilisé avec un canon et comprenant un dispositif d'asservissement assurant le pointage du canon sur une ci- ble. Un système de pointage ou de commande de canon comporte habituellement un dispositif de comparaison sous forme de dispositifsde synchronisation qui comparent un si- gnal d'entrée, l'angle commandé, le gisement ou la hauteur, avec l'angle réel correspondant du canon. Ces dispositifs de synchronisation émettent des signaux d'erreur qui cor- respondent à la différence entre l'angle commandé et l'an- gle réel du canon, sous forme de l'erreur angulaire. Les signaux d'erreur sont mis sous forme convenable à l'aide d'un dispositif de traitement de signaux, et ils sont trans- mis au dispositif de commande et au convertisseur de couple du canon. Ce convertisseur de couple déplace alors le canon et les dispositifs de synchronisation à transformateur de commandé, par l'intermédiaire de transmissions à engrenages, jusqu'à ce que l'erreur angulaire s'annule. Le dispositif de traitement de signaux transforme les signaux d'erreur angulaire provenant des dispositifs de synchronisation en une tension convenable, ayant une forme convenable, dans des filtres spéciaux qui ont des pro- priétés telles que le déplacement vers la cible s'effectue rapidement et que le pointage effectué est stable et précis. Les signaux sont ensuite transformés en deux courantsconti- nus dans les enroulements d'un électro-aimant de pilotage. L'amplitude et le signe de l'erreur angulaire, c'est-à-dire de la différence entre l'angle commandé par l'appareillage de commande de tir et l'angle du canon, sont ainsi transformésen deux courants continus dans le disposi- tif de traitement de signaux, la différence entre les deux courants déterminant le sens de déplacement et l'accéléra- tion du canon. La commande du canon comporte normalement deux phases, un mode de balayage vers la cible et un mode de poursuite de la cible. Pendant le mode de poursuite, la poursuite d'une cible doit être précise, avec de faibles erreurs angulaires. Lors du calcul de la précision de poursuite, seules les variations à faible fréquence sont intéressantes. Les variations à faible fréquence de l'angle commandé peuvent être provoquées par les déplacements des cibles et aussi par les déplacements de la base, par exemple le roulis d'un navire dans le cas d'un canon d'un navire ou les déplace- ments d'un véhicule se déplaçant sur le sol'dans le cas d'un canon terrestre. Dans le cas d'un canon d'un navire, les déplacements de la cible avec des fréquences pouvant atteindre 0,1 Hz environ peuvent être considérés comme nor- maux, bien qu'on puisse observer des déplacements de la base avec des fréquences pouvant atteindre 0,2 à 0,3 Hz. La demande de brevet français n0 80.21 077 dé- posée le ler octobre 1980 par la Demanderesse indique qu'une constante élevée d'accélération est souhaitable dans le système., au point de vue de la précision, mais aussi ce- pendant que les critères de stabilité fixent une limite maximale utilisable en pratique pour l'amplification. Cette demande de brevet décrit un dispositif dans lequel l'am- plification du système peut être accrue considérablement sans effet nuisible sur la stabilité aux fréquences élevées et sans réduction de la limite du niveau maximal des per- turbations permises des signaux de commande de tir. Cette caractéristique est obtenue par association au dispositif d'asservissement du canon d'un circuit de stabilisation et d'amélioration de la précision qui comporte un ou plusieurs filtres intégrateurs du second degré dont les fonctions de transmission ont une forme telle que l'amplitude représentée en fonction de la fréquence présente au maximum autour de la fréquence prévue des déplacements de la base du canon et/ou desdéplacements de la cible, si bien que le système a une amplification élevée autour de cette fréquence et en- dessous. L'utilisation d'un tel circuit permet l'atténua- tion des mouvements de la base d'un facteur 600 environ, pour les fréquences pouvant atteindre 0,3 Hz. Cette atténua- tion est évidemment suffisante dans de nombreuses applica- tions. Récemment et dans d'autres applications cependant, les critères fixés pour la précision ont été encore accentués. Un exemple d'application dans lequel une précision très éle- vée est nécessaire est le tir d'un canon vers des cibles telles que des engins qui se déplacent à grande distance du canon. Une autre raison de l'augmentation de la précision du dispositif d'asservissement du canon d'un facteur encore plus important est le fait que le dispositif de détection des appareillages de commande de tir qui ont été récemment mis au point permet une précision supérieure à celle dont on disposait jusqu'à présent pour la détermination de la po- sition de la cible. Dans le cas des canons des navires par exemple, on a constaté que la source principale d'erreur dy- namique était le roulis du navire et que cette erreur attei- gnant souvent 2 à 3 points. L'invention concerne un système de pointage du ty- pe décrit dans lequel de telles variations à basse fréquen- ce sont considérées de manière que la précision de poursui- Le puisse être encore accrue, sans augmentation cortespon- dante de la largeur de bande, pour cette raison. L'augmen- tation de la largeur de bande ne convient pas car le système a alors une plus grande sensibilité aux perturbations des signaux de commande de tir. Ces perturbations des signaux de commande de tir sont dues par exemple au bruit du radar, aux erreurs d'échantillonnage des dispositifs numériques de calcul, etc. L'invention se caractérise essentiellement par le fait que le dispositif d'asservissement du canon comporte un circuit externe d'asservissement qui contient le dispo- sitif de traitement de signaux du dispositif d'asservisse- ment et dans lequel les signaux de commande sont tirés d'un appareillage existant de commande de tir ainsi que d'un cir- cuit interne d'asservissement dans lequel les signaux de commande proviennent d'un ensemble gyroscopique destiné à déterminer lavitesse angulaire de la base du canon. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel --la figure 1 représente schématiquement le dis- positif de réglage de gisement d'un système de pointage d'un canon de navire; et - la figure 2 est un diagramme synoptique illus- trant la transformation de coordonnées des signaux de vi- tesse angulaire transmis par l'ensemble gyroscopique. Un système de pointage ou de commande de canon comporte habituellement un système de réglage de gisement et un système de réglage de hauteur. Les deux systèmes sont de type analogique et sont totalement séparés l'un de l'au- tre. En conséquence, on ne décrit en détail dans la suite qu'un seul des systèmes de pointage, le système de réglage de gisement. Le pointage du canon est déterminé par le gi- sement et la hauteur qui sont commandés depuis une installa- tion de commande de tir, mais les dispositifs peuvent aussi être utilisés lorsque le canon est commandé par des disposi- tifs incorporés montés sur le canon. La figure 1 représente schématiquement le -système asservi de réglage de gisement d'un canon 1 de navire. Deux signaux d'entrée 2 et 3, correspondant auxgisementscommandés grossier et fin provenant d'une installation de commande de tir non représentée parviennent respectivement à des dispo- sitifs de synchronisation 4 et 5 à transformateur de comman- de ayant des rotors dont les positions sont déterminées par le gisement réel du canon, par l'intermédiaire d'une trans- mission à engrenages. Des signaux d'erreur angulaire sont tirés de ces dispositifs de synchronisation et correspondent à la différence entre le gisement commandé et le gisement réel du canon. L'utilisation de ce système de réglage gros- sier et fin d'angle est connue, et le dispositif 4 de syn- chronisation de réglage d'angle grossier a un rapport de 1/1 alors que le dispositif de synchronisation 5 du système de réglage fin a un rapport de n/1, par rapport à l'angle réel du canon. Le système de réglage grossier peut compenser les erreurs angulaires importantes alors que le système de réglage fin entre automatiquement en action lorsque l'er- reur angulaire devient faible. Les signaux d'erreur (erreur angulaire) des dis- positifs 4 et 5 de synchronisation parviennent au disposi- tif de traitement de signaux qui comporte deux amplifica- teurs 6 et 7 dans lesquels les signaux sont mis sous une forme convenable, avec l'amplitude voulue. L'amplificateur 7 transmet un signal de commande au dispositif 8 de réglage d'un convertisseur 9 de couple relié à un moteur électrique 10. La rotation de l'arbre de sortie du convertisseur est déterminée par l'erreur angu- laire et provoque l'entraînement du canon et des disposi- tifs de synchronisation 4 et 5, sous forme de synchro- émetteurs, par l'intermédiaire de transmissions 11 et 12, jusqu'à ce que l'erreur angulaire s'annule. Les amplificateurs 6 et 7 peuvent être du type dé- crit dans le brevet français précité n0 80.21 077, compor- tant des circuits de stabilisation et d'augmentation de précision qui sont aussi décrits dans cette demande de brevet. Les dispositifs 4 et 5 de synchronisation à trans- formateur de commande, les amplificateurs 6 et 7 et le sys- tème hydraulique du canon forment ensemble un circuit exter- ne d'asservissement auquel les signaux de commande sont transmis par l'appareillage de commande de tir. Le système d'asservissement comporte aussi un circuit interne d'asser- vissement cependant, comprenant uniquement l'amplificateur 7. Dans ce cas, les signaux de commande sont transmis par un capteur gyroscopique qui comporte un ensemble gyroscopique -30 13 et un transformateur 14 de coordonnées, et ils parvien- nent à un dispositif 15 de comparaison dans lequel ils sont comparés à la vitesse angulaire réelle du canon, déterminée à l'aide d'un tachymètre 16 monté sur le système de pointage du canon. Cette division du système d'asservissement en un circuit interne et un circuit externe indique que l'amplifi- cateur 7 peut être réglé afin qu'il donne une amplification élevée pour certains mouvements de la base, par exemple le roulis d'un navire, à des fréquences d'environ 0,1 à 0,3 Hz, de façon avantageuse. Dans le circuit externe d'asservisse- ment cependant, comprenant l'amplificateur 6, l'amplificateur peut être réduit, cette caractéristique étant aussi un avan- tage car la sensibilité aux perturbations provenant de l'appareillage de commande peut être réduite. Le capteur gyroscopique transmet des signaux de commande sous forme de signaux de vitesse angulaire à la fois aux systèmes de pointage en gisement et en hauteur du canon. Les signaux de commande de gisement et de hauteur sont com- parés dans le dispositif 15 de comparaison aux signaux de vitesse (valeur réelle) transmis par le tachymètre 16. Les signaux analogiques d'entrée du capteur-gyroscopique sont transmis par l'ensemble gyroscopique 13 qui comprend trois gyromètres montés à demeure sur le navire, sur une plate- forme gyroscopique telle que chaque axe de gyromètre est perpendiculaire aux autres axes. Les gyromètres détectent ensemble les différents mouvements du navire, en roulis, en tangage et en lacet. Les signaux des trois gyromètres Or, Gap et by respectivement parviennent au transformateur 14 de coordonnées qui les met dans un système de coordonnées relatif au navire et forme les deux composantes de la vitesse angulaire du canon en gisement et en hauteur (sv et riv res- pectivement). Cette transformation de coordonnées est con- nue par elle-même. On peut montrer que les équations sui- vantes doivent être résolues par le capteur gyroscopique gisement: sv = sin hv (Ap sin v + Or cos sv) hauteur: iv = Or sin sv(-+p cos sv) Le transformateur 14 de coordonnées peut être un résolveur comme indiqué sur la figure 2 ou, dans une variante, un calculateur. La figure 2 montre comment les signaux de vitesse angulaire Or, Pp et y sont transformés par deux résolveurs 17 et 18 et un circuit 19 d'addition en composantes de vitesse angulaire de gisement et de hau- teur âv et hv respectivement, ces composantes étant trans- mises au dispositif de comparaison des systèmes de pointage de gisement et de hauteur, sous forme de valeurs de commande. La figure 2 montre que le signal de lacet est directement ajouté dans le circuit 19 afin qu'il forme la composante de vitesse angulaire de gisement àv et il n'est pas nécessaire que le capteur gyroscopique traite le signal. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. Ainsi, l'invention peut être mise en oeuvre non seulement dans le cas des canons mais aussi dans le cas des dispositifs de lancement d'engins, de tables rotatives d'écrans radar, etc. Il est évident que des composants autres que les synchro- émetteurs, les résolveurs, les convertisseurs de couple, etc. peuvent être utilisés pour la transformation de l'informa- tion angulaire. Il est évident qu'un calculateur numérique peut être utilisé à la place des résolveurs pour la trans- formation des coordonnées des signaux de sortie de l'ensem- ble gyroscopique, surtout lorsque le système comprend déjà un calculateur ou ordinateur pour d'autres opérations. REVENDICATIONS 1. Système de pointage de canon ou analogue, ayant une excellente précision de poursuite.et comprenant un dis- positif d'asservissement de canon destiné à pointer le ca- non sur une cible, ledit système étant caractérisé en ce que le dispositif d'asservissement de canon comporte un circuit externe d'asservissement comprenant le dispositif de traitement de signaux (6, 7) du dispositif d'asservis- sement du canon, et les signaux de commande sont tirés d'un appareillage existant de commande de tir.et d'un circuit interne d'asservissement dans lequel les signaux de commande (sv, Av) proviennent d'un ensemble gyroscopique (13) mesurant la vitesse angulaire de la base du canon. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de traitement de signaux comporte un premier et un second amplificateur (6, 7), et le circuit interne d'asservissement comporte alors seulement le se- cond amplificateur (7). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit interne d'asservissement comprend un dis- positif (15) de comparaison des signaux de commande-(sv, hv) provenant de l'ensemble gyroscopique (13) aux vitessesangu- laires réelles du canon, ces vitesses étant mesurées par un tachymètre (16). 4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'ensemble gyroscopique (13) comporte trois gyromètres fixés sur la base du. canon de manière que chaque axe de gy- romètre soit perpendiculaire aux autres axes, si bien que le roulis, le tangage et le lacet de la base sont détectés. 5. Système selon la revendication 4,caractérisé en ce que les signaux tirés de l'ensemble gyroscopique (13) sont transmis à un transformateur (14) des signaux dans un système de coordonnées relié à la base du canon afin qu'il forme les composantes de la vitesse angulaire correspondant au gisement et à la hauteur (sv, Iv) du canon '(1). 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que le transformateur (14) de coordonnées comporte un ou plusieurs résolveurs. 7. Sytème selon la revendication 5, caractérisé en ce que le transformateur (14) de coordonnées est un calculateur.