Brevet FR2524859A1 — publié le 19831014

Dispositif de commande de vol, en particulier pour un hélicoptère. La présente invention se rapporte à un dispositif de commande de vol, en particulier pour un hélicoptère, comportant au moins une chaîne d'asservissement mécanique et, associé à cette dernière, un système de régulation interne qui produit un signal différentiel donnant l'écart de réglage entre un point de mesure délivrant des grandeurs pilotes côté entrée, et un autre point de mesure délivrant des valeurs de consigne, côté sortie, de la chaîne d'asser- vissement mécanique, ce dispositif de commande de vol comportant en plus une servocommande qui agit derrière le point de mesure, côté entrée, vu dans le sens de la trans- mission des signaux et-applique au dispositif de commande de vol un signal de correction dérivé de l'écart de réglage. Dans les chaînes d'asservissement mécaniques multi- organes, telles qu'on les trouve par exemple dans les dis- positifs de commande de vol, le jeu mécanique (mou), le freinage par frottement des mouvements élastiques, etc. font que la transmission des signaux s'effectue de façon linéaire et avec hystérésis, ce qui provoque des erreurs de pilotage et des vibrations de fatigue de fréquence rela- tivement basse et de grande amplitude, communément appelées cycles limites, qui affectent au plus haut point le compor- tement en vol, en particulier des hélicoptères à pilotages automatiques. Par des moyens mécaniques, par exemple en raccourcis- sant la chaîne d'asservissement et/ou en réduisant au minimum le jeu aux points d'articulation, il n'est guère possible, voire impossible de supprimer complètement ces non-linéarités déstabilisantes, et ce, qu'au prix de la mise en oeuvre de moyens très compliqués et onéreux. Dans les dispositifs de commande connus du type précité, on prévoit cependant un système de régulation interne qui utilise le signal différentiel entre un point de mesure, côté entrée, et un autre point de mesure, côté sortie, de la chaîne d'asservissement mécanique en tant qu'écart de réglage qui est appliqué sous forme de signal de réglage ou de correction généralement amplifié à une servocom- mande agissant sur la chaîne d'asservissement entre les points de mesure dans le sens contraire de l'écart de réglage Les instabilités précitées se présentant sous forme de vibrations de fatigue ou de cycles limites ne peuvent toutefois pas être supprimées, ou dans lescas les plus favorables, que très difficilement, par un tel système de régulation interne, en particulier lorsque dans la chaîne d'asservissement on introduit des signaux de commande automatiques, par exemple les signaux d'un régulateur de vol ou d'un pilote automatique en plus ou à la place des ordres de commande manuels du pilote. L'invention a par conséquent pour objet de réaliser un dispositif de commande du type mentionné ci-dessus qui permette de neutraliser de façon simple les non-linéarités déstabilisantes des chaînes d'asservissement mécaniques. Ce résultat est atteint avec le dispositif de com- mande selon l'invention par le fait que le système de ré- gulation interne comporte un intégrateur qui agit sur la servocommande et dérive le signal de correction pour la chaîne d'asservissement mécanique par intégration de l'écart de réglage. Le dispositif de commande selon l'invention est basé sur le principe qu'en appliquant un signal de correction obtenu par intégration de l'écart de réglage, on peut arriver à ce que les non-linéarités déstabilisantes, c'est- à-dire par exemple le jeu existant dans la tringlerie de la chaîne d'asservissement, soient parcourues avec une oscillation d'une fréquence suffisamment haute pour qu'il en résulte un accouplement quasi rigide et sans jeu entre l'entrée et la sortie de la chaîne d'asservissement mécanique et qu'il ne puisse y avoir aucune apparition de cycles limites basse fréquence par rapport au signal de correction. Cela garantit même en cas de forte amplification et mise en oeuvre de moyens extrêmement simples, une précision et une stabilité jusqu'ici inégalées de la dynamique de vol si bien que le dispositif de commande selon l'invention convient à tous les cas d'application o l'on veut supprimer l'effet des non-linéarités déstabilisantes résultant de la transmission mécanique des signaux, et peut en particulier être avantageusement utilisé comme dispositif de commande de vol pour les hélicoptères qui réagissent de façon ex- trêmement sensible à toute hystérésis intervenant dans la commande de la dynamique de vol et qui nécessite géné- ralement un système de tringlerie de commande extrêmement compliqué. Pour augmenter la fréquence de travail du système de régulation interne, fréquence avec laquelle est traversée la zone morte de 1 ' hystérésis de la chaîne d'asservissement mécanique, l'écart de réglage intégré est de préférence appliqué, avant son introduction dans la servocommande, à un étage amplificateur associé à l'in- tégrateur et dont le facteur d'amplification peut accroître la précision de la transmission de la chaîne d'asservis- sement mécanique jusqu'à ce que soient atteintes les limites de stabilité qui apparaissent par suite des composantes dynamiques haute fréquence qui existent toujours dans les systèmes réels. On peut encore améliorer le réglage en montant en amont de l'intégrateur un différentiateur dans lequel on ajoute au signal différentiel des composantes différentielles pour amortir ainsi les mouvements oscillants de la servo- commande et faire décroître par exemple les suroscillations dues à l'inertie, et dépassant les limites des non-linéa- rités de la chaîne d'asservissement mécanique Les limites de stabilité des composantes dynamiques haute fréquence peuvent ainsi être élargies dans une mesure suffisante. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, on prévoit un régulateur de vol qui agit sur la servocom- mande et qui, côté sortie, est raccordé à une entrée d'un étage comparateur déterminant l'écart de réglage et recevant le signal différentiel à son autre entrée De cette façon, d'une part, on garantit une transmission de signaux exempte d'oscillations parasites et plus spécia- lement des signaux de sortie, particulièrement sensibles à cet égard, du régulateur de vol, et ce, sans que l'in- troduction de ces signaux du régulateur ne nécessite une servocommande supplémentaire placée devant le point de mesure, côté entrée, vu dans le sens de la transmission des signaux, et d'autre part, en montant l'un derrière l'autre conformément à leur fonction le régulateur de vol et le système de régulation interne et en utilisant le signal de sortie du régulateur de vol comme autre grandeur pilote pour la régulation interne, on adapte le signal de correction au signal de sortie de régulateur de vol de façon que la zone morte de l'hystérésis soit franchie avec la vitesse et la fréquence les plus favorables pour le signal de sortie du régulateur de vol et que la qualité du réglage se trouve ainsi nettement améliorée L'introduction du signal de sortie du régulateur de vol dans le système de régulation interne peut avantageusement s'effectuer selon l'invention en plaçant l'étage comparateur derrière le différentiateur vu dans le sens de la circulation des signaux et par conséquent en comparant le signal de sortie du régu- lateur de vol au signal de sortie du différentiateur. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la des- cription d'un mode de réalisation pris comme exemple, mais non limitatif, et illustré par le dessin annexé qui re- présente sous forme de schéma synoptique un dispositif de commande de vol, y compris le système de régulation interne et le régulateur de vol y associé. Le dispositif de commande 2 représenté sert à trans- mettre et à amplifier la puissance des signaux qu'il reçoit, d'une part, du pilote sous forme d'ordres de commande manuelscs 1 et, d'autre part, sous forme de signaux d'incidence d 2 par l'intermédiaire d'un mécanisme 4 déterminant les valeurs de centrage; ces signaux sont ensuite additionnés dans un étage sommateur 6, traversent alors une chaîne d'asservissement mécanique globalement désignée par 10 et dans laquelle est installé un amplifi- cateur, par exemple hydraulique, puis sont appliqués au système contrôlant la dynamique de vol(non représentée) par la sortie A et par exemple par le raccord commandant la variation du pas des pales d'un hélicoptère Par suite des non-linéarités déstabilisantes, telles qu'elles sont représentées symboliquement par le jeu 12 de la tringlerie et le freinage par frottement des mouvements élastiques 14, il se produit des instabilités lors de la transmission des signaux de commande entre l'entrée E et la sortie A de la chaîne d'asservissement mécanique 10. Ces instabilités symbolisées par le cycle d'hystérésis 16 sont à l'origine d'imprécisions et engendrent des vibrations de fatigue dues à la mécanique de vol et dont les effets sont encore renforcés si le régulateur de vol 18 transmet en plus des signaux qui sont fortement amplifiés par la chaîne d'asservissement Ces signaux sont mélangés aux signaux de commande i' 42 introduits par le pilote, ou remplacent ces derniers, et traversent aussi les non-linéarités déstabilisantes 12, 14 de la chaîne d'asser- vissement mécanique 10. Pour neutraliser ces non-linéarités de la chaîne d'asservissement mécanique 10, on lui associe un système de régulation interne globalement désigné par 20 qui est raccordé à un premier point de mesure 24, côté entrée, par un premier capteur 22 délivrant des grandeurs pilotes et à un second point de mesure 28, côté sortie, de la chaîne d'asservissement mécanique 10 par un second capteur 26 délivrant des valeurs de consigne, ce qui revient à dire que les points de mesure 24, 28, vus dans le sens de la transmission des signaux, sont situés en amont et en aval des nonlinéarités déstabilisantes 12, 14 de la chaîre d'asservissement mécanique 10 A partir de la différence existant entreles signaux de sortie des deux capteurs 22, 26, un premier étage comparateur 30 monté en aval de ces derniers forme un signal différentiel S qui est ensuite converti conformément à la fonction qui caractérise le type de système de régulation interne 20 Cette fonction de régulation s'écrit 2 X = S+V ds 2 -ds + 1 dt 2 E- formule dans laquelle V, V sont des facteurs d'amplifi- 1 2 cation présélectionnés, c'est-à-dire que la fonction est formée par un différentiateur 32 dans lequel des composantes différentielles sont ajoutées au signal différentiel pour l'amortissement et la stabilisation du système de régulation interne 20. Le signal différentiel X, converti conformément au principe de régulation, est appliqué à une entrée d'un second étage comparateur 34 dont l'autre entrée reçoit le signal de sortie du régulateur de vol 18 qui, en plus de la première grandeur pilote si+ 42 ' forme l'autre grandeur pilote W du système de régulation interne 20 et détermine l'écart de régulation interne e à partir de la différence existant entre le signal de sortie durégulateur de vol 18 et le signal de sortie X du différentiateur 32. L'écart de réglage e est tout d'abord intégré dans un intégrateur 36 monté en aval du second étage comparateur 34, puis traverse un étage amplificateur 38 qui est associé à l'intégrateur 36 et produit une forte amplification de l'écart de réglage en cas de petites valeurs, des intégrales et une faible amplification de celui-ci en cas de plus grandes valeurs des intégrales, comme on peut le voir par la courbe caractéristique brisée de l'amplification de l'étage amplificateur 38 Dans de nombreux cas cependant, une couche caractéristique linéaire de l'amplification suffit. L'écart de réglage intégré et amplifié est appliqué sous forme de signal de réglage ou de correction y à une servocommande électro-hydraulique 40 montée en aval de l'intégrateur 36 et dans laquelle il est transformé en un signal de correction mécanique correspondant qui à son tour est appliqué à la cha Xne d'asservissement mécanique 10 dans un étage mélangeur 42 placé derrière le premier point de mesure 24 et devant le second point de mesure 28 vu dans le sens de la transmission des signaux. Le système de régulation interne 20 avec l'intégrateur 36 intégrant l'écart de réglage e produit donc un signal de réglage ou de correction y assez fortement amplifié qui, même en cas d'écart de réglage e très petit, augmente très rapidement jusqu'à ce que la contre réaction négative soit à nouveau suffisamment active pour que la largeur de l'hystérésis de la cha Ine d'asservissement mécanique 10 soit constamment parcourue avec une oscillation d'une haute fréquence et que les non-linéarités 12-14 déstabi- lisantes entre les points de mesure 24, 28 soient neutralisées. Par le choix du degré d'amplification de l'étage amplificateur 38, on peut augmenter à volonté le précision de la transmission et la fréquence avec laquelle est parcourue la largeur de l'hystérésis, et ce, dans la plage des limites de stabilité qui résultent des composantes dynamiques haute fréquence qui existent toujours dans les systèmes réels, et à cet égard, la fonction de régulation avec composantes différentielles formée par le différentia- teur 32 a un effet très bénéfique sur la stabilisation du système de régulation interne 20 Parallèlement, par intro- duction du signal de sortie du régulateur de vol en tant que grandeur pilote du système de régulation interne 20, on arrive à ce que le signal de correction y soit adapté en amplitude et en fréquence au signal de sortie du régu- lateur de vol, et à ce que même en cas de très forte amplification du signal de sortie de régulateur de v Ol, il soit possible de supprimer efficacement, sans affecter la qualité du réglage, les vibrations du système contrôlant la dynamique de vol monté en aval du dispositif de commande de vol 2. REVENDICATIONS 1 Dispositif de commande de vol, en particulier pour un hélicoptère, comportant au moins une chaîne d'asser- vissement mécanique et, associé à cette dernière, un système de régulation interne qui produit un signal différentiel donnant l'écart de réglage entre un point de mesure déli- vrant des grandeurs pilotes, côté entrée, et un autre point de mesure délivrant des valeurs de consigne, côté sortie, de la chaîne d'asservissement mécanique, ce dispositif de commande de vol comportant en plus une servocommande qui agit derrière le point de mesure, côté entrée, vu dans le sens de la transmission des signaux et applique au dispo- sitif de commande de vol un signal de correction dérivé de l'écart de réglage, caractérisé par le fait que le système de régulation interne ( 20) comporte un intégrateur ( 36) qui agit sur la servocommande ( 40), et dérive le signal de correction (y) pour la chaîne d'asservissement mécanique ( 10) par intégration de l'écart de réglage (e). 2 Dispositif de commande de vol selon la revendi- cation 1, caractérisé par le fait que l'intégrateur ( 36) comporte un étage amplificateur ( 38) qui est raccordé, côté sortie, à la servocommande ( 40) et amplifie l'écart de réglage intégré. 3 Dispositif de commande de vol selon la revendi- cation 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'en amont de l'intégrateur ( 36) est monté un différentiateur ( 32) amortissant le système de régulation interne ( 20). 4 Dispositif de commande de vol selon l'une quelconque des revendications précédentes comportant un régulateur de vol agissant sur la servocommande, caractérisé par le fait que la sortie du régulateur de vol est raccordée à une entrée d'un étage comparateur ( 34) déterminant l'écart de réglage (e) et recevant le signal différentiel à son autre entrée. Dispositif de commande de vol selon les revendi- cations 3 et 4, caractérisé par le fait que l'étage comparateur ( 34) est monté entre le différentiateur ( 32) et l'intégrateur ( 36).