Brevet FR2850174A1 — publié le 20040723

La présente invention concerne des systèmes asservis d'actionnement et plus particulièrement, mais sans que cela soit exclusif, des systèmes d'actionnement de têtes chercheuses. On utilise des systèmes asservis d'actionnement sur un projectile de manière à orienter la tête chercheuse suivant la ligne de visée désirée. Par exemple, on peut utiliser de tels systèmes sur un projectile tel qu'un obus guidé, un mortier ou un 10 missile guidé. Les systèmes comprennent généralement une tête chercheuse, par exemple une tête de radar optique ou millimétrique, montée sur des suspensions à la cardan de manière à se déplacer dans le sens du tangage et du lacet. Dans le type de projectile dont il est question, 15 on remarquera que le système d'actionnement de la tête chercheuse sera soumis à des accélérations très élevées lors du lancement du projectile. Le système doit donc être capable de supporter des chocs très élevés tout en pouvant fournir une orientation précise et rapide de la 20 tête chercheuse. En outre, il est souhaitable que le système permette un angle de recherche de valeur élevée et soit suffisamment agile pour couvrir un large diagramme de recherche et se bloquer rapidement sur une cible. On s'attend à ce qu'un système d'actionnement capable de satisfaire ces critères soit très coteux et délicat. Cependant, la demanderesse a conçu un système d'actionnement satisfaisant au moins une partie de ces critères et dont on attend qu'il soit 30 d'une fabrication relativement peu coteuse. Selon un aspect de la présente invention, on prévoit un système asservi comportant une plate-forme montée de manière à être mobile et deux moyens d'entraînement asservis, capables chacun de déplacer 35 ladite plateforme, l'un des moyens d'entraînement servant à effectuer des déplacements importants de la plate-forme dans une largeur de bande relativement faible et l'autre d'effectuer des déplacements de faible 0a e1 X A ne importance dans une largeur de bande relativement élevée. Selon un autre aspect de la présente invention, on prévoit un système asservi double 5 comportant un moyen de plate-forme monté de manière à se déplacer dans un sens donné par rapport à un moyen de support, le moyen de support étant monté de manière à se déplacer sensiblement dans le même sens par rapport à un moyen de base, un premier moyen d'entraînement pour 10 effectuer un mouvement relatif du moyen de plate-forme et du moyen de support, un second moyen d'entraînement pour effectuer un mouvement relatif du moyen de support et du moyen de base, le premier moyen d'entraînement pouvant effectuer un mouvement à grande largeur de bande 15 suivant un lieu de déplacement relativement petit, le second moyen pouvant effectuer un mouvement à faible largeur de bande suivant un lieu de déplacement relativement grand, et un moyen de commande répondant à un signal d'entrée pour commander les premier et second 20 moyens d'entraînement afin d'orienter le moyen de plateforme conformément au signal d'entrée. Selon un autre aspect de la présente invention, on prévoit un système d'actionnement de tête chercheuse pour un projectile, comportant: - un moyen de base pour fixation à un projectile, - un moyen de montage supporté de manière à se déplacer dans au moins l'un des sens du tangage, du roulis et du lacet, - un moyen de détecteur monté de manière à se déplacer par rapport au moyen de montage, au moins dans ledit sens, - un premier moyen d'entraînement pour effectuer le déplacement du moyen de montage par rapport 35 au moyen de base dans ledit sens, - un second moyen d'entraînement pour effectuer le déplacement du détecteur par rapport au moyen de montage dans ledit sens, 3 2850174 - un moyen répondant à un signal de demande d'entrée pour commander chacun des premier et second moyens d'entraînement afin de déplacer le détecteur jusqu'à la position requise, - l'un des moyens d'entraînement étant capable d'effectuer le mouvement suivant un lieu de déplacement relativement large et l'autre étant capable d'effectuer le mouvement suivant un lieu de déplacement relativement petit. D'autres aspects de l'invention apparaîtront à la description suivante d'exemples non limitatifs, en liaison avec les dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un exemple de tête chercheuse de la 15 présente invention prise dans le plan du tangage; La figure 2 est une vue en perspective, partiellement en crevé, de la tête chercheuse de la figure 1; La figure 3 est une vue éclatée de la tête 20 chercheuse des figures 1 et 2, représentant les parties constituées d'un matériau plastique; et Les figures 4a et 4b sont des schémas sous forme de blocs de deux exemples du système de commande pour l'agencement des figures 1 à 3. Le système de tête chercheuse représenté dans les figures permet le mouvement d'un détecteur autour des axes du tangage et du lacet. Pour chaque sens, on prévoit un système asservi double comportant un système de faible portée à grande largeur de bande fonctionnant à l'intérieur d'un système de grande portée à faible largeur de bande. Le système de commande sort des commandes appropriées pour les systèmes à grande largeur de bande et faible largeur de bande en réponse à une entrée. En liaison avec le système de tête chercheuse représenté en figures 1 à 3, un élément de base 10 est fixé à l'extrémité avant 12 du projectile et supporte sur son extrémité avant une plaque de base 14 4 2850174 ayant une surface antérieure sphérique concave 16 qui supporte en rotation une plaque de translation 18 pour mouvement autour d'un centre de pivotement P du mécanisme. La plaque de translation 18 comporte une 5 crémaillère dentée 20, dirigée vers l'arrière, en forme d'arc qui est reçue à frottement doux dans une fente correspondante ménagée dans la plaque de base 14 de sorte que la plaque de translation 18 est amenée à se déplacer dans le sens d'un premier axe. Les dents de la 10 crémaillère 20 sont en prise avec un pignon 22 relié via un train d'engrenages à un moteur lent (extérieur) 24 de premier axe. La position de la plaque de translation 18 par rapport à la plaque de base 14 dans le sens du premier axe est déterminée au moyen d'un transducteur 26 15 qui fournit des signaux de position à une servo-commande (non représentée) . La plaque de translation 18 présente une surface antérieure sphérique concave qui supporte en rotation le châssis 30 de la tête chercheuse pour qu'elle tourne autour du centre de pivotement P. Le 20 mouvement du châssis 30 par rapport à la plaque de translation 18 est limité au sens d'un second axe. La plaque de translation 18 comporte une crémaillère dentée 32 en forme d'arc dans une fente 34. Les dents de la crémaillère 32 sont en prise avec un pignon 35 du 25 châssis 30 connecté via un train d'engrenages au moteur extérieur (lent) 36 du second axe également monté sur le châssis 30. La position du châssis 30 par rapport à la plaque de translation 18 est déterminée au moyen d'un transducteur de tangage 38 qui fournit des signaux de 30 position à une servo-commande (non représentée). Le châssis 30 de la tête chercheuse comporte une plaque supérieure de montage 38 et est connecté via un roulement sphérique 40 au carter antérieur 42 du système de tête chercheuse, de manière à permettre le 35 déplacement du châssis 30 autour de l'axe de pivotement P. La plaque de montage 38 supporte un étrier 44 d'un agencement à suspension à la cardan pour mouvement de pivotement autour du premier axe passant par le centre de pivotement P. Les bras de l'étrier 44 supportent en pivotement le réflecteur de châssis d'une antenne cassegrain pour amélioration autour du second axe passant par le centre de pivotement P'. Les autres 5 composants de l'antenne cassegrain (le sous-réflecteur 48 et le détecteur 50) sont fixés au châssis 30, et l'antenne peut pivoter comme un seul ensemble autour du centre de pivotement P' dans les sens du tangage et du lacet. Les centres P et P' peuvent ou non concider. La plaque de montage 38 supporte également à des emplacements espacés de 900 deux moteurs rapides (intérieurs) 52. Chaque moteur est un moteur linéaire entraînant directement l'antenne cassegrain suspendue à la cardan sur l'armature 44 de manière à fournir des 15 mouvements indépendants de tangage et de lacet. L'arbre de sortie de chaque moteur 52 et 54 est connecté à la surface arrière du réflecteur 46 par une connexion 56 à rotule à action instantanée. Le mouvement de l'antenne dans les sens du 20 tangage et du lacet est ainsi effectué par les agencements asservis doubles respectifs d'entraînement, chacun comprenant un système asservi à faible portée et grande largeur de bande qui est entraîné par le moteur rapide (intérieur) (54; 52) fonctionnant dans un 25 système asservi de grande étendue et faible largeur de bande entraîné par le moteur lent (extérieur) (24; 26). La commande des systèmes asservis fera l'objet de la discussion suivante. Les moteurs rapides (intérieurs) (54; 52) 30 sont chacun des moteurs linéaires orthogonaux qui contiennent des aimants en terre rare. Les moteurs lents (extérieurs) (24; 26) sont chacun des moteurs à courant continu contenant eux-aussi des aimants en terre rare. On remarquera que l'ensemble est guidé par 35 un grand roulement sphérique 40 et les surfaces d'appui respectives entre la plaque de base 14, la plaque de translation 18 et le châssis 30. L'aire élevée globale de support, définie par toutes les surfaces d'appui, confère une résistance élevée aux chocs produits pendant le lancement. La figure 3 représente les parties principales du système qui sont constituées d'un 5 matériau plastique. On remarquera que l'élément de base 10, la plaque de base 14, la plaque de translation 18, la partie inférieure du châssis 30, la plaque de montage 38, et l'étrier 44 sont constitués de matériaux plastiques appropriés moulés avec précision, par exemple 10 en matériaux plastiques de construction tels que le matériau dit nylon chargé de fibres de carbone. Le frottement dans le servo à faible largeur de bande, alors qu'un mouvement relatif se produit entre le châssis 30 et la plaque de translation 18 et la 15 plaque de translation 18 et la plaque de base 14, est rendu minimal, car les composants sont moulés avec précision à partir de matériaux plastiques. Le réflecteur 46 est constitué d'un alliage léger et comporte des embases qui reçoivent les billes 20 sur les extrémités des moteurs rapides (intérieurs), 52 et 54, donnant un faible coefficient de frottement et un jeu nul. En liaison maintenant avec les figures 4a et 4b, on décrira maintenant deux exemples du système de 25 commande. Chaque système de commande comporte un système asservi double et une entrée par l'intermédiaire de laquelle les demandes pour le mouvement requis sont fournies au système. Les demandes peuvent commander la tête chercheuse afin qu'elle suive un diagramme 30 prédéterminé de balayage ou qu'elle poursuive une cible particulière. Le système de commande comporte deux canaux, l'un desservant le moteur rapide (intérieur) à grande largeur de bande, et l'autre le moteur lent (extérieur) à faible largeur de bande, des transducteurs 35 rapide et lent respectifs étant associés aux moteurs rapide et lent. En figure 4a, le signal d'entrée de demande à grande largeur de bande (c'est-à-dire un signal dans 7 2850174 6 les limites de portée du servo rapide) est fourni à une jonction 65 o il est ajouté au signal de demande d'entrée à faible largeur de bande et comparé aux sorties accumulées à l'échelle des transducteurs rapide 5 et lent 74, 74'. Le signal résultant est fourni au canal rapide o il est mis en forme en 66, amplifié en 58 et fourni au moteur rapide 70, et la sortie du moteur est appliquée au système via la transmission 72. La sortie de la transmission 72 est détectée par le 10 transducteur de position 74, mise à l'échelle en 76 et fournie alors pour comparaison en 60 et 65. Dans le canal lent, la demande à faible largeur de bande est comparée en 65' à la sortie à l'échelle provenant du transducteur de position 74', 15 mise en forme en 66', amplifiée en 68' et fournie au moteur lent 70'. La sortie du moteur est fournie au système via la transmission 72'. La sortie de la transmission 72' est détectée par le transducteur de position 74', mise à l'échelle en 76' et appliquée pour 20 comparaison en 65', et via un autre dispositif de mise à l'échelle 80', pour comparaison en 60. En figure 4b, le signal de demande totale est fourni à une jonction 65 o il est comparé aux sorties, cumulées, mises à l'échelle, des transducteurs 25 rapide et lent 74, 74', et le signal résultant est fourni au canal rapide o il est traité comme en figure 4a. Le signal de demande totale est également fourni via un filtre passe-bas 78 de manière à éliminer la composante de grande largeur de bande et la composante 30 résultante de faible largeur de bande est fournie à la jonction 65' et traitée comme en figure 4a. Ainsi, le moteur intérieur fournit une grande largeur de bande, une faible amplitude et une haute sensibilité, alors que le moteur extérieur, qui 35 entraîne la plate-forme de charge, fournit une faible largeur de bande, une amplitude élevée et une précision grossière. Les servo-boucles jumelées de réaction de position sont agencées de façon qu'aux moments de demande sévère, chaque boucle asservie puisse aider l'autre, en ce qui concerne les demandes de fréquence et les demandes d'amplitude. Pour les demandes de fréquence, le moteur rapide aide le moteur lent est pour 5 les demandes d'amplitude, le moteur lent aide le moteur rapide. L'utilisation de deux jeux de servos offre un système souple qui peut être configuré pour obtenir une vaste gamme de conditions de performances à 10 l'intérieur d'une enveloppe spatiale d'un diamètre aussi faible que 80 mm, par exemple dans une bombe de mortier. L'exemple illustré représente une antenne cassegrain pour des bandes d'ondes millimétriques. On remarquera que les principes exposés ici peuvent 15 s'appliquer à d'autres types de détecteurs. Par exemple, le système asservi double peut être utilisé pour orienter une caméra CCD, telle que celles illustrées dans l'imagerie des rayonnements à longueur d'onde visible ou IR. On peut également utiliser le système dans des applications autres que les missiles représentés ici, o il est nécessaire de fournir un système à grande portée et largeur de bande élevée. Les exemples de systèmes qu'on décrit ici 25 permettent d'obtenir une construction robuste, bien que bon marché, qu'on réalise grâce à l'utilisation de matériaux plastiques moulés et de moteurs à courant continu à terre rare. Chaque servo peut incorporer un loquet pour 30 maintenir une position de repos pendant le stockage, le transport, etc. et pour des conditions hostiles de l'environnement précédant des opérations telles que des lancements créant des chocs. REVENDICATIONS 1 - Système asservi comprenant une plateforme montée de manière à être mobile et deux moyens asservis d'entraînement, chacun pouvant fonctionner pour 5 déplacer la plate-forme, l'un des moyens d'entraînement pouvant fonctionner pour effectuer des déplacements importants, à largeur de bande relativement faible, de la plate-forme et l'autre pour effectuer des petits déplacements de celle-ci, à largeur de bande 10 relativement élevée. 2 - Système asservi double comprenant un moyen de plate-forme monté de manière à être mobile dans un sens donné par rapport à un moyen de support, le moyen de support étant monté pour se déplacer dans 15 pratiquement le même sens par rapport à un moyen de base, un premier moyen d'entraînement pour effectuer un mouvement relatif du moyen de plate-forme et du moyen de support, un second moyen d'entraînement pour effectuer un mouvement relatif du moyen de support et du moyen de 20 base, le premier moyen d'entraînement pouvant effectuer un mouvement à grande largeur de bande dans un lieu de déplacement relativement petit, le second moyen pouvant effectuer un mouvement à faible largeur de bande dans un lieu de déplacement relativement grand, et un moyen de 25 commande répondant à un signal d'entrée pour commander les premier et second moyens d'entraînement afin d'orienter le moyen de plate-forme en conformité avec le signal d'entrée. 3 - Système d'actionnement de tête 30 chercheuse pour projectile, caractérisé en ce qu'il comprend: - un moyen de base (10) pour fixation à un projectile, - un moyen de montage (14) supporté pour 35 mouvement dans au moins l'un des sens suivants tangage, roulis et lacet, - un moyen de détecteur (26) monté pour se déplacer par rapport au moyen de montage dans au moins l'un desdits sens, - un premier moyen d'entraînement pour 5 effectuer le déplacement du moyen de montage par rapport au moyen de base dans au moins ledit sens, - un second moyen d'entraînement pour effectuer le déplacement du détecteur par rapport au moyen de montage dans au moins ledit sens, et - un moyen répondant à un signal d'entrée de demande pour commander chacun des premier et second moyens d'entraînement afin de déplacer le détecteur jusqu'à une position requise, - l'un des moyens d'entraînement étant 15 capable d'effectuer le mouvement dans un lieu de déplacement relativement grand et l'autre dans un lieu de déplacement relativement petit. 4 - Système d'actionnement de tête chercheuse selon la revendication 3, caractérisé en ce 20 que le premier moyen d'entraînement peut effectuer le mouvement suivant un arc relativement grand. - Système d'actionnement de tête chercheuse selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen de détecteur est monté pour mouvement 25 suivant le tangage et le lacet autour d'un point de pivotement et le moyen de montage est monté pour mouvement suivant le tangage et le lacet autour pratiquement du même point de pivotement, et en ce que le système comprend des premier et second moyens 30 d'entraînement suivant le lacet et des premier et second moyens d'entraînement suivant le tangage pour effectuer des mouvements dans les sens du tangage et du lacet, respectivement. 6 - Système d'actionnement de tête 35 chercheuse selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen de détecteur est monté sur le moyen de montage au moyen d'un agencement à la cardan et le ou chaque second moyen d'entraînement comprend un moteur 1l linéaire disposé entre le moyen de détecteur et le moyen de montage. 7 - Système d'actionnement de tête chercheuse selon la revendication 3, caractérisé en ce 5 que le ou chaque second moyen d'entraînement comporte un agencement à pignon et crémaillère. 8 - Système d'actionnement de tête chercheuse selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen de montage et le moyen de base comportent 10 des surfaces d'appui complémentaires, généralement sphériques, pour supporter le moyen de montage afin qu'il pivote dans au moins ledit sens autour d'un point de pivotement. 9 - Système d'actionnement de tête 15 chercheuse selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen de montage est connecté au moyen de support par un moyen de plaque de translation (18), le moyen de plaque de translation comportant une surface sphérique concave pour l'engagement d'une surface complémentaire 20 (16) du moyen de montage (14) et une surface sphérique convexe généralement concentrique pour l'engagement d'une surface convexe complémentaire du moyen de base.