Brevet FR2688605A1 — publié le 19930917

i Système de régulation d'orientation et d'orbite L'invention concerne un système de régulation d'orientation et d'orbite comprenant un certain nombre d'appareils périphériques - tels que capteurs de soleil, capteurs de terre, gyroscopes, commandes de moteurs, volant gyroscopique, systèmes de télécommande/télémé- trie et autres auxquels est associée une électronique de commande et de régulation (Electronique de régulation d'orientation et d'orbite) et dans lequel la liaison entre les différents appareils est réalisée point à point. Les systèmes de régulation d'orientation et d'orbite (AOCS) existent sous des formes de réaliation très diverses Ceux-ci sont déve- loppés spécialement pour chaque application et sont construits à partir de modules électroniques, mécaniques et optiques, etc connus, dis- ponibles dans le commerce Il s'ensuit que de tels systèmes exigent et comportent un grand nombre de types d'interfaces A cela s'ajoute, dans tous les systèmes selon l'état de la technique connus jusqu'ici, une dépense disproportionnée en interfaces matérielles qui entraîne une augmentation importante du poids et du coût et, par ailleurs, dimi- nue la fiabilité globale et provoque des pertes en puissance élevées. Le système modulaire de régulation d'orientation et d'orbite (MACOS) tente de résoudre les problèmes d'interfaces externes en uti- lisant des bus, mais chacun des bus de processeur utilisés a une lar- geur de bande de communication limitée et ainsi, sa capacité en temps réel diminue au fur et à mesure que le nombre des utilisateurs intelli- gents augmente. Le système de régulation d'orientation et d'orbite utilisé ac- tuellement par EUTELSAT comporte une électronique de régulation d'orientation et d'orbite (AOCE) commandée par un microprocesseur tandis que les appareils périphériques, le plus souvent, ne comportent pas de microprocesseurs Les interfaces entre les appareils ne sont pas standardisées ( 45 types différents) Les inconvénients comme par exemple la dépense élevée en interfaces matérielles dans tous les ap- pareils tels que par exemple capteurs de soleil, capteurs de terre, systèmes gyroscopiques, commandes de moteurs, volants gyroscopi- ques, systèmes de télécommande/télémétrie, etc pour n'en citer que quelques uns entraînent des côuts de production élevés A cela s'ajoute un inconvénient majeur, à savoir que la puissance des proces- seurs utilisés jusqu'à présent n'est pas extensible D'autres inconvé- nients de l'état de la technique résident dans le fait que les électroni- ques de régulation d'orientation et d'orbite présentent des pertes de puissance et un poids global élevés En outre, la dépense en installa- tions de contrôle et d'essai pour l'électronique de régulation d'orientation et d'orbite, en systèmes de contrôle embarqués et en in- stallations pour la réalisation d'essais dynamiques avec des capteurs ou des actionneurs réels ou simulés est élevée dans les modes de réali- sation selon l'état de la technique. Partant de là, l'objet de la présente invention est de proposer un système de régulation d'orientation et d'orbite du type indiqué en introduction qui permette de réduire de manière sensible le poids et les pertes en puissance, d'augmenter la sécurité et la fiabilité, de diminuer la diversité des composants et d'obtenir une plus grande souplesse. L'objet de l'invention est en outre de proposer un système de contrôle et d'essai avec une standardisation aussi poussée que possi- ble, qui sont aussi universel que possible (en utilisant une structure de traitement d'information existante), pour un coût le plus faible possi- ble. Le problème est résolu selon l'invention, par le fait qu'une in- terface standard homogène est disposée entre l'électronique de régula- tion d'orientation et d'orbite et les appareils périphériques ainsi qu'en- tre l'électronique de régulation d'orientation et d'orbite et le système de télécommande/télémétrie, par le fait que l'électronique de régula- tion d'orientation et d'orbite et chaque appareil périphérique sont pour- vus d'au moins un microprocesseur (p P/exp) dont la puissance de cal- cul peut être étendue, par le fait que, grâce à des liaisons point à point, le système de régulation d'orientation et d'orbite possède une largeur de bande de communication extensible, par le fait qu'une séparation de potentiel des lignes de communication et une communication entre respectivement deux microprocesseurs des appareils est obtenue par une liaison série point à point, chaque microprocesseur étant ho- mogène et comportant plusieurs liaisons, par le fait qu'une alimenta- tion de l'électronique de régulation d'orientation et d'orbite en fonc- tion du potentiel est rendue possible par des régulateurs à deux points, sans transformateurs, et par le fait qu'une installation de contrôle et d'essai standard est associée à l'électronique de régulation d'orientation et d'orbite et au système de régulation d'orientation et d'orbite dans toutes les phases, cette combinaison étant utilisée à des fins de simulation, de contrôle et d'essai et de formation. Selon une caractéristique de l'invention, l'installation de contrôle et d'essai standard fait partie intégrante du réseau Ethernet ou du réseau de traitement des informations, les appareils généraux de traitement de données pour les contrôles et essais faisant partie de l'installation. Selon une autre caractéristique de l'invention, le système de régulation d'orientation et d'orbite possède une puissance de calcul dé- centralisée et un traitement sur place des données. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque micro- processeur est pourvu d'une mémoire de programme et de données pro- pre. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque micro- processeur effectue le traitement des données par l'intermédiaire d'un processeur central et procède au transfert de données par l'intermédiai- re de mémoires à accès direct de manière indépendante du processeur central, sans sollicitation de celui-ci. Selon une autre caractéristique de l'invention, un agencement à redondance multiple du système de régulation d'orientation et d'orbi- te permet d'éviter des pertes de fonctions en cas de pannes et une mo- dification de la configuration évite d'interrompre le fonctionnement. L'invention est décrite ci-après de manière détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation en se référant aux dessins Ceux-ci mon- trent: Figure 1, un schéma-bloc d'un exemple de réalisation du sys- tème de régulation d'orientation et d'orbite avec le système de contrôle et d'essai connecté; Figure 2, un schéma d'une électronique de régulation d'orientation et d'orbite avec double redondance active; Figure 3, une structure d'électronique de régulation d'orientation et d'orbite avec une à trois électroniques de régulation d'orientation et d'orbite; Figure 4 a, une électronique de régulation d'orientation et d'orbite avec la zone de microprocesseurs à puissance de calcul exten- sible; Figure 4 b, une électronique de régulation d'orientation et d'orbite à zone de microprocesseurs à puissance extensible et multi- plexeur de liaisons; Figure 5, une électronique de régulation d'orientation et d'or- bite à réseau quasi neuronal; Figure 6, un schéma-bloc d'une installation de contrôle et d'essai d'électronique de régulation d'orientation et d'orboite représen- tée de manière schématique. Dans le but de résoudre le problème posé, il est prévu de créer une interface standard entre l'électronique de régulation d'orientation et d'orbite et tous les appareils périphériques ainsi qu'en- tre l'électronique de régulation d'orientation et d'orbite et le système de télécommande/télémétrie (TC/TM) Cette communication point à point dédiée permet d'éviter une limitation de la largeur de bande de communication, comme cela peut être le cas par exemple avec la com- munication par un bus Ceci est obtenu selon l'invention grâce à l'utili- sation de microprocesseurs à puissance de calcul extensible (p P/exp), par exemple de transordinateurs Il est encore proposé de décentraliser la puissance de calcul et d'effectuer un traitement sur place des don- nées, c'est-à-dire dans les appareils périphériques Toutes les fonc- tions telles que régulateurs, modulateurs, etc sont assurées dans des microprocesseurs à puissance de calcul extensible. Un autre progrès important qui résulte des dispositions pro- posées ici réside dans la possibilité de contrôler dans toutes les pha- ses, avec des appareils de contrôle standards, l'électronique de régulation d'orientation et d'orbite ainsi que le système de régulation d'orientation et d'orbite en utilisant des capteurs et des actionneurs et dans le fait que l'installation de contrôle et d'essai est conçue comme une partie intégrante du réseau de traitement d'informations. La figure 1 représente de manière schématique l'exemple de réalisation décrit ci-après d'un système de régulation d'orientation et d'orbite pourvu d'un système de contrôle et d'essai L'élément de base nécessaire à sa réalisation est le microprocesseur à puissance de clacul extensible tel que proposé, désigné p P/exp Il est agencé sous forme de machine à jeu d'instructions réduit (RISC) à système d'exploitation de base mis en oeuvre dans le matériel et à programmation orientée vers le traitement Le traitement des données est effectué par des pro- cesseurs centraux (CPU), le transfert de données par des mémoires à accès direct (DMA) Un autre élément important est que la communi- cation entre deux microprocesseurs à puissance de calcul extensible n'a pas lieu par l'intermédiaire d'un bus, car la largeur de bande de communication de celui-ci est limitée et sa capacité en temps réel di- minue au fur et à mesure que le nombre des utilisateurs intelligents augmente La communication a lieu par l'intermédiaire d'une liaison point à point Etant donné que chaque microprocesseur à puissance ex- tensible comporte plusieurs liaisons point à point et une mémoire vive propre, la puissance de calcul et la puissance de communication sont pratiquement illimitées On peut donc étendre à tout moment la puis- sance du système de régulation d'orientation et d'orbite. Les interfaces standards sont reliées de manière fonctionnel- le, comme jusqu'à présent, de sorte qu'un bus n'est pas nécessaire. Toutes les données sont transmises en série au moyen d'un protocole standard Il est prévu, en outre, une séparation de potentiel des lignes de données Il n'y a donc pas séparation de potentiel de l'alimentation comme cela était le cas jusqu'à présent On peut ainsi remplacer les convertisseurs complexes par de simples régulateurs, ce qui se traduit par une réduction au minimum des dépenses et un accroissement maxi- mal de la fiabilité, les problèmes de compatibilité électromagnétique étant du même coup pratiquement supprimés. Le système de régulation d'orientation et d'orbite décrit, y compris l'ensemble des capteurs et tous les actionneurs peuvent être contrôlés en totalité, et sans limitation même sur la rampe de lance- ment Le traitement sur place des données a déjà été, évoqué, de même que l'insertion dans le circuit de traitement des informations des in- stallations de contrôle et d'essai et des systèmes à contrôler. La structure interne d'un système de régulation d'orientation et d'orbite, d'une électronique de régulation d'orientation et d'orbite ou des appareils périphériques est déterminée par la puissance de calcul et la fiabilité Avec des microprocesseurs à puissance de calcul exten- sible, lesquels microprocesseurs comportent plusieurs liaisons, on peut réaliser toutes les topologies, topologies qui sont connues et qu'il n'est pas nécessaire de décrire ici. La figure 2 montre de manière schématique comment on peut augmenter considérablement la fiabilité, au moyen d'une double redon- dance active Normalement, il n'est pas possible d'éliminer les erreurs de logiciels car celles-ci sont identiques dans tous les appareils Dans la structure représentée, on peut faire fonctionner le logiciel de maniè- re, parfaitement redondante, c'est-à-dire avec programmation indépen- dante Etant donné, que dans les opérations d'entrée d'un microproces- seur à puissance extensible il y a une synchronisation automatique des opérations externes par l'intermédiaire des protocoles de liaison, il peut y avoir, ici aussi, une décision majoritaire On peut également, en plus de contrôles de plausibilité, établir des relations dans le cas de capteurs occupant des positions géométriques différentes. La figure 3 montre de manière schématique une structure d'électronique de régulation d'orientation et d'orbite dont la fiabilité peut être augmentée en ajoutant une électronique de régulation d'orientation et d'orbite à redondance simple voire à redondance dou- ble L'électronique de régulation d'orientation et d'orbite peut avoir n'importe quelle structure interne, par exemple celle indiquée sur les figures 4 a et 4 b. La figure 5 montre comment on peut obtenir une fiabilité éle- vée donnée d'un système de régulation d'orientation et d'orbite L'élec- tronique de régulation d'orientation et d'orbite comporte ici par exem- ple un réseau quasi-neuronal de microprocesseurs à puissance extensi- ble Les tâches ne doivent plus nécessairement être attribuées de ma- nière locale On peut travailler ici avec une redondance active multi- ple On peut procéder à une modification quelconque de la répartition des tâches en cas de défaillance de cellules isolées sans qu'il en résul- te des pertes de fonctions même de courte durée. La figure 6 représente de manière schématique le schéma- bloc du système de régulation d'orientation et d'orbite décrit avec son système de contrôle et d'essai associé Le système de contrôle et d'es- sai est conçu de manière à pouvoir être utilisé pour tout contrôle de tous les appareils placés dans le réseau de traitement des informations, c'est-à-dire sous forme de "contrôleur d'unités", pour des contrôles dy- namiques, comme simulateur et comme équipement électrique d'aide au sol. Le calculateur en temps réel est lui aussi un réseau de micro- processeurs à puissance extensible et est chargé avec les programmes spécifiques de contrôle et d'essai par l'intermédiaire du réseau de trai- tement des informations Les travaux généraux de traitement de don- nées tels que par exemple commande interactive, contrôle de dérou- lement, archivage, entrée et édition de données, documentation de contrôle et d'essai et analogues sont exécutés dans un dispositif adapté (par exemple système hôte avec système d'exploitation UNIX lMarque déposéel) Le calculateur en temps réel comporte encore des dispositifs de conversion pour la connexion d'appareils d'enregistre- ment analogiques etc La connexion avec l'appareil à contrôler a lieu exclusivement par des liaisons à microprocesseurs, de sorte que la communication avec ledit appareil est essentiellement définie par les protocoles Le calculateur en temps réel peut par exemple être équipé d'outils logiciels universels qui permettent également de simuler la boucle de régulation lors d'essais dynamiques. L'introduction proposée du microprocesseur à puissance ex- tensible dans le système de régulation d'orientation et d'orbite et dans son système d'essai et de contrôle a pour effet que d'une part on ob- tient une diminution importante, voire même la suppression, des unités d'interface dans l'électronique de régulation d'orientation et d'orbite. Ceci vaut également pour les connecteurs et le câblage interne et conduit à une diminution importante des types Rien que cela permet d'augmenter considérablement la fiabilité. REVENDICATIONS 1 Système de régulation d'orientation et d'orbite comprenant un certain nombre d'appareils périphériques tels que capteurs de so- leil, capteurs de terre, gyroscopes, commandes de moteurs, volant gy- roscopique, systèmes de télécommande/télémétrie et autres auxquels est associée une électronique de commande et de régulation (Electroni- que de régulation d'orientation et d'orbite) et dans lequel la liaison en- tre les différents appareils est réalisée point à point, caractérisé par le fait qu'une interface standard homogène est disposée entre l'électronique de régulation d'orientation et d'orbite et les appareils périphériques ainsi qu'entre l'électronique de régulation d'orientation et d'orbite et le système de télécommande/télémétrie, par le fait que l'électronique de régulation d'orientation et d'orbite et chaque appareil périphérique sont munis d'au moins un microproces- seur qui présente une possibilité d'extension de sa puissance de calcul, par le fait que grâce à des liaisons point à point, le système de régula- tion d'orientation et d'orbite présente une largeur de bande de commu- nication extensible, par le fait qu'une séparation de potentiel des lignes de communication et une communication entre respectivement deux microprocesseurs des appareils est obtenue par une liaison série point à point, chaque micro- processeur étant homogène et comportant plusieurs liaisons, par le fait qu'une alimentation de l'électronique de régulation d'orientation et d'orbite en fonction du potentiel est rendue possible par des régulateurs à deux points sans transformateurs et par le fait qu'une installation de contrôle et d'essai standard est asso- ciée à l'électronique de régulation d'orientation et d'orbite et au systè- me de régulation d'orientation et d'orbite dans toutes les phases, cette combinaison étant utilisée à des fins de simulation, de contrôle et d'es- sai et de formation. 2 Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'installation de contrôle et d'essai standard fait partie intégrante du réseau Ethernet ou du réseau de traitements d'informations, les ap- pareils de traitement de données généraux pour les contrôles et essais faisant partie de l'installation. 3 Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le système de régulation d'orientation et d'orbite présente une puissance de calcul décentralisée et un traitement sur place des don- nées- 4 Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que chaque microprocesseur est pourvu d'une mémoire de programme et de données propre. 5 Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que chaque microprocesseur effectue le traite- ment des données par l'intermédiaire d'un processeur central et procè- de au transfert de données par l'intermédiaire de mémoires à accès di- rect de manière indépendante du processeur central, sans sollicitation de celui-ci. 6 Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que, grâce à un agencement à redondance multi- ple du système de régulation d'orientation et d'orbite, il n'y a pas de perte de fonctions en cas de pannes et par le fait que, grâce à une mo- dification de la configuration, il n'est pas nécessaire d'interrompre le fonctionnement.