EP3317604A1 - Procédé et dispositif motorisé de pointage - Google Patents

Procédé et dispositif motorisé de pointage

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EP3317604A1
EP3317604A1 EP16734376.3A EP16734376A EP3317604A1 EP 3317604 A1 EP3317604 A1 EP 3317604A1 EP 16734376 A EP16734376 A EP 16734376A EP 3317604 A1 EP3317604 A1 EP 3317604A1
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saturation
support
nominal speed
motor
difference
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Safran Electronics and Defense SAS
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    • F41A27/00—Gun mountings permitting traversing or elevating movement, e.g. gun carriages
    • F41A27/28—Electrically-operated systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
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    • F41G5/00—Elevating or traversing control systems for guns
    • F41G5/06—Elevating or traversing control systems for guns using electric means for remote control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G5/00—Elevating or traversing control systems for guns
    • F41G5/14—Elevating or traversing control systems for guns for vehicle-borne guns
    • F41G5/16—Elevating or traversing control systems for guns for vehicle-borne guns gyroscopically influenced
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G5/00—Elevating or traversing control systems for guns
    • F41G5/14—Elevating or traversing control systems for guns for vehicle-borne guns
    • F41G5/24—Elevating or traversing control systems for guns for vehicle-borne guns for guns on tanks

Definitions

  • the present invention relates to the pointing or the motorized orientation of an element in a predetermined direction and in particular the alignment of a weapon on a line of sight.
  • a pointing device comprising a fixed frame and a steerable support on a steerable weapon system relative to a reference frame such as that of the vehicle carrying the weapon system in the case of a weapon system.
  • the support of the pointing device is mounted on the frame of the weapon to be orientable around two axes of rotation, namely a site axis and a bearing axis, by means of two electric motors.
  • These motors are controlled so as to bring and maintain the orientable support aligned in a direction corresponding to the line of sight determined by the service of the weapon.
  • the recoil of the weapon When shooting, the recoil of the weapon generates a shock which causes a sudden rotation of the support.
  • the motors are controlled to oppose this sudden rotation until the saturation of the engine control which limits the risk of damage to the electronics of the device but makes it impossible to maintain the alignment of the support on the line of aiming. There is then a shift between the actual angular position of the support relative to the line of sight.
  • the engine control does not allow the engines to catch up quickly so that, in case of continuous shooting, there is a risk that the second shot, then the next, are further and further away from the target.
  • An object of the invention is to provide a means to improve the accuracy of the alignment of a motorized support in case of shock or any other physical phenomenon resulting in saturation of the engine.
  • a control method of a pointing device comprising a fixed frame on which is mounted a support to be orientable about at least one axis of rotation by means of at least one a motor, the support being provided with at least one inertial sensor of angular velocity around this same axis, the method comprising the steps of:
  • the reference inertial position is the position in which the support was located just before the saturation of the engine. This position is measured via the inertial angular velocity sensor. With the invention, the nominal speed setpoint is increased to quickly bring the support back to the reference inertial position.
  • the invention also relates to a pointing device, comprising a fixed frame on which is mounted a support to be rotatable about at least one axis of rotation by means of at least one motor connected to a control unit.
  • the support is provided with at least one inertial sensor of angular velocity around this same axis, the control unit being arranged for:
  • FIG. 1 is a schematic view of a pointing device according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic view of the motor control of the pointing device.
  • the pointing device comprises a fixed frame 1 in which is mounted a support 2 for pivoting about an axis 3 here vertical.
  • the frame 1 is arranged to be fixed on a carrier, a vehicle or a tank turret for example.
  • the support 2 is arranged to carry the element to be pointed, a weapon or a pointing device for example, and is connected to the frame 1 by bearings coaxial with the axis 3.
  • the support 2 is adjustable in angular position about the axis 3 by means of an electric motor 4 having an output shaft connected via movement transmission means to a ring coaxial with the axis 3 and integral with the support 2.
  • the motion transmission means are, for example, gears, a belt, cables ...
  • the motor can also be mounted in direct contact with the element to be driven and thus connect the frame 1 to the support 2.
  • the support 2 is also equipped with an inertial sensor of angular velocity around the axis 3, namely a gyrometer 5.
  • the electric motor 4 and the gyrometer 5 are connected to a control computer unit 6 arranged to execute a control program and having an interface allowing an operator of the pointing device to input data into the control program.
  • the control computer unit 6 continuously records the angular velocity measured by the gyrometer 5.
  • control program is illustrated in FIG. 2 in the form of a control chain generally designated at 10 and arranged to control the electric motor 4 as a function of a speed reference speed ⁇ calculated from data entered by the operator of the pointing device.
  • the control chain comprises a main control loop 20 and a correction loop 30 which intervenes in case of saturation of the electric motor 4.
  • the main control loop 20 comprises an element 21 for controlling the motors which determines the control parameters of the electric motor 4 as a function of a difference between a speed setpoint ⁇ 1 and a speed of the support 2, denoted ⁇ ⁇ .
  • the speed ⁇ ⁇ is measured by the gyrometer 5.
  • the correction loop 30 comprises an estimator 31 of a difference between a reference inertial position prior to saturation and a current inertial position and a corrector 32 arranged to correct the Rated speed setpoint ⁇ as a function of this difference.
  • This correction is an integral proportional correction which provides a corrected speed instruction ⁇ c.
  • the correction loop 30 also comprises a detector 33 of the saturation of the electric motor 4 from saturation information coming from the control element 21.
  • the detector 33 makes it possible to monitor the occurrence of a saturation of the electric motor 4 and is arranged to activate the correction loop 30 in case of saturation of the electric motor 4.
  • An adder 34 adds the nominal target speed ⁇ and the corrected speed reference v O to give O 1 speed setpoint.
  • the speed reference ⁇ 1 is equal to the nominal speed instruction ⁇ .
  • the correction loop 30 is activated by the detector 33 so that the nominal speed setpoint O is corrected by the corrector 32 that provides the corrected speed reference v O.
  • the support 2 can be mounted in the frame 1 to be adjustable in position along two perpendicular axes, for example.
  • the support 2 can be mounted in the frame 1 to be adjustable in location and bearing relative to the frame 1 by means of two motors and using either an angular inertial sensor with two sensitive axes or two inertial sensors angular sensitive axis.
  • the invention is applicable to any pointing device arranged to orient any element in a predetermined direction.
  • the support can be equipped with several inertial sensors: a first sensor used for the conventional stabilization control loop and a gyrometer for the correction loop.
  • the method can be implemented continuously by adding an over-position loop absolute (or inertial).
  • the implementation device is then devoid of the triggering and stopping elements of the function 33; there is no measurement of the reference by the estimator 31 and the speed instruction supplied by the operator is always corrected by the speed instruction from the corrector 32.
  • This implementation considerably reduces the impact of the friction and thus increase the oscillation stabilization performance of the slave system. This method can therefore also be used as a friction compensator.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
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Abstract

Procédé de commande d'un dispositif de pointage motorisé, comprenant les étapes d'asservir la commande du moteur en fonction d'une différence entre une consigne nominale de vitesse et une mesure du capteur de vitesse angulaire; et, en cas de saturation, déterminer une valeur correctrice de la consigne nominale de vitesse en fonction d' un écart entre une position inertielle de référence préalable à la saturation et une position inertielle actuelle et appliquer la valeur correctrice à la consigne nominale de vitesse. Dispositif de pointage pour la mise en œuvre de ce procédé.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF MOTORISE DE POINTAGE
La présente invention concerne le pointage ou l'orientation motorisée d'un élément dans une direction prédéterminée et notamment l'alignement d'une arme sur une ligne de visée.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Il est connu de monter un dispositif de pointage comprenant un bâti fixe et un support orientable sur un système d'arme orientable par rapport à un châssis de référence tel que celui du véhicule portant le système d'arme dans le cas d'un système d'arme motorisé. Le support du dispositif de pointage est monté sur le bâti de l'arme pour être orientable autour de deux axes de rotation, à savoir un axe de site et un axe de gisement, au moyen de deux moteurs électriques.
Ces moteurs sont commandés de manière à amener et maintenir le support orientable aligné dans une direction correspondant à la ligne de visée déterminée par le servant de l'arme.
Lors du tir, le recul de l'arme engendre un choc qui provoque une rotation brusque du support. Les moteurs sont pilotés pour s'opposer à cette rotation brusque jusqu'à la saturation de la commande des moteurs qui limite le risque d'un endommagement de l'électronique du dispositif mais rend impossible le maintien de l'alignement du support sur la ligne de visée. Il se produit alors un décalage entre la position angulaire réelle du support par rapport à la ligne de visée. Le pilotage des moteurs ne permet pas aux moteurs de rattraper ce décalage rapidement de sorte que, en cas de tirs en rafale, il existe un risque que le second tir, puis les suivants, soient de plus en plus éloignés de la cible.
OBJET DE L'INVENTION
Un but de l'invention est de fournir un moyen permettant d'améliorer la précision de l'alignement d'un support motorisé en cas de choc ou de tout autre phénomène physique entraînant une saturation du moteur.
BREF EXPOSE DE L'INVENTION
A cette effet, on prévoit, selon l'invention, un procédé de commande d'un dispositif de pointage comprenant un bâti fixe sur lequel est monté un support pour être orientable autour d'au moins un axe de rotation au moyen d'au moins un moteur, le support étant pourvu d'au moins un capteur inertiel de vitesse angulaire autour de ce même axe, le procédé comprenant les étapes de :
- asservir la commande du moteur en fonction d'une différence entre une consigne nominale de vitesse et une mesure du capteur de vitesse angulaire,
déterminer une valeur correctrice de la consigne nominale de vitesse en fonction d'un écart entre une position inertielle de référence et une position inertielle actuelle et appliquer la valeur correctrice à la consigne nominale de vitesse.
En cas de saturation du moteur, la position inertielle de référence est la position dans laquelle se trouvait le support juste avant la saturation du moteur. Cette position est mesurée via le capteur inertiel de vitesse angulaire. Avec l'invention, la consigne nominale de vitesse est augmentée pour rapidement ramener le support vers la position inertielle de référence.
L'invention a également pour objet un dispositif de pointage, comprenant un bâti fixe sur lequel est monté un support pour être orientable autour d'au moins un axe de rotation au moyen d' au moins un moteur relié à une unité de commande. Le support est pourvu d'au moins un capteur inertiel de vitesse angulaire autour de ce même axe, l'unité de commande étant agencée pour :
- asservir la commande du moteur en fonction d'une différence entre une consigne nominale de vitesse et une mesure du capteur de vitesse angulaire,
déterminer une valeur correctrice de la consigne nominale de vitesse en fonction d'un écart entre une position inertielle de référence et une position inertielle actuelle et appliquer la valeur correctrice à la consigne nominale de vitesse.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de pointage conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue schématisant la commande du moteur de ce dispositif de pointage.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
En référence à la figure 1, le dispositif de pointage selon l'invention comprend un bâti fixe 1 dans lequel est monté un support 2 pour pivoter autour d'un axe 3 ici vertical. Le bâti 1 est agencé pour être fixé sur un porteur, un véhicule ou une tourelle de char par exemple. Le support 2 est agencé pour porter l'élément à pointer, une arme ou un dispositif de pointage par exemple, et est relié au bâti 1 par des roulements coaxiaux à l'axe 3.
Le support 2 est réglable en position angulaire autour de l'axe 3 au moyen d'un moteur électrique 4 ayant un arbre de sortie relié via des moyens de transmission de mouvement à une couronne coaxiale à l'axe 3 et solidaire du support 2. Les moyens de transmission de mouvement sont par exemple des engrenages, une courroie, des câbles ... Le moteur peut également être monté en prise directe sur l'élément à entraîner et ainsi relier le bâti 1 au support 2.
Le support 2 est en outre équipé d'un capteur inertiel de vitesse angulaire autour de l'axe 3, à savoir un gyromètre 5.
Le moteur électrique 4 et le gyromètre 5 sont reliés à une unité informatique de commande 6 agencée pour exécuter un programme de commande et comportant une interface permettant à un opérateur du dispositif de pointage d' introduire des données dans le programme de commande. L'unité informatique de commande 6 enregistre en continu la vitesse angulaire mesurée par le gyromètre 5.
Le fonctionnement du programme de commande est illustré sur la figure 2 sous la forme d'une chaîne de commande généralement désignée en 10 et agencée pour commander le moteur électrique 4 en fonction d' une consigne nominale de vitesse Ô calculée à partir de données introduites par l'opérateur du dispositif de pointage .
La chaîne de commande comprend une boucle principale de commande 20 et une boucle de correction 30 qui intervient en cas de saturation du moteur électrique 4.
La boucle principale de commande 20 comprend un élément 21 de commande des moteurs qui détermine les paramètres de commande du moteur électrique 4 en fonction d'une différence entre une consigne de vitesse Ô1 et une vitesse du support 2, notée ΘΜ. La vitesse ΘΜ est mesurée par le gyromètre 5.
La boucle de correction 30 comprend un estimateur 31 d'un écart entre une position inertielle de référence préalable à la saturation et une position inertielle actuelle et un correcteur 32 agencé pour corriger la consigne nominale de vitesse Ô en fonction de cet écart. Cette correction est une correction de type proportionnelle intégrale qui fournit une consigne de vitesse corrigée ôç. La boucle de correction 30 comprend également un détecteur 33 de la saturation du moteur électrique 4 à partir d'une information de saturation provenant de l'élément de commande 21. Le détecteur 33 permet de surveiller la survenue d'une saturation du moteur électrique 4 et est agencé pour activer la boucle de correction 30 en cas de saturation du moteur électrique 4. Un sommateur 34 ajoute la consigne nominale de vitesse Ô et la consigne de vitesse corrigée Ôc pour donner la consigne de vitesse Ô1.
Ainsi, en fonctionnement normal, hors cas de saturation, la consigne de vitesse Ô1 est égale à la consigne nominale de vitesse Ô.
En revanche, en cas de saturation, la boucle de correction 30 est activée par le détecteur 33 de sorte que la consigne nominale de vitesse Ô est corrigée par le correcteur 32 qui fournit la consigne de vitesse corrigée Ôc .
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de 1' invention telle que définie par les revendications.
En particulier, le support 2 peut être monté dans le bâti 1 pour être réglable en position selon deux axes perpendiculaires par exemple. Le support 2 peut être monté dans le bâti 1 pour être réglable en site et en gisement par rapport au bâti 1 au moyen de deux moteurs et en utilisant soit un capteur inertiel angulaire à deux axes sensibles soit deux capteurs inertiels angulaires à un axe sensible.
L'invention est applicable à tout dispositif de pointage agencé pour orienter un élément quelconque dans une direction prédéterminée.
Le support peut être équipé de plusieurs capteurs inertiels: un premier capteur utilisé pour la boucle de commande classique de stabilisation et un gyromètre pour la boucle de correction.
Il est possible soit d'utiliser une valeur de position absolue de référence, comme indiqué précédemment, soit d'utiliser l'erreur de position absolue courante calculée à chaque itération de la commande.
Le procédé peut être mis en œuvre de façon continue en rajoutant une sur-boucle de position absolue (ou inertielle) . Le dispositif de mise en œuvre est alors dépourvu des éléments de déclenchement et d' arrêt de la fonction 33 ; il n'y pas de mesure de la référence par l'estimateur 31 et la consigne de vitesse fournie par l'opérateur est toujours corrigée par la consigne de vitesse issue du correcteur 32. Cette mise en œuvre permet de réduire considérablement l'impact des frottements et ainsi augmenter les performances de stabilisation en oscillation du système asservi. Ce procédé peut donc être également utilisé comme compensateur de frottement.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de commande d'un dispositif de pointage comprenant un bâti fixe sur lequel est monté un support pour être orientable autour d' au moins un axe de rotation au moyen d'au moins un moteur, le support étant pourvu d'au moins un capteur inertiel de vitesse angulaire autour de ce même axe, le procédé comprenant les étapes de :
- asservir la commande du moteur en fonction d'une différence entre une consigne nominale de vitesse et une mesure du capteur de vitesse angulaire, et surveiller une survenue d'une saturation du moteur ;
- en cas de saturation détectée, déterminer une valeur correctrice de la consigne nominale de vitesse en fonction d'un écart entre une position inertielle de référence préalable à la saturation et une position inertielle actuelle et appliquer la valeur correctrice à la consigne nominale de vitesse.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la valeur correctrice est obtenue via une correction de type correction proportionnelle intégrale.
3. Dispositif de pointage, comprenant un bâti fixe sur lequel est monté un support pour être orientable autour d'au moins un axe de rotation au moyen d'au moins un moteur relié à une unité de commande, caractérisé en ce que le support est pourvu d' au moins un capteur inertiel de vitesse angulaire autour de ce même axe, et en ce que l'unité de commande est agencée pour :
- asservir la commande du moteur en fonction d'une différence entre une consigne nominale de vitesse et une mesure du capteur de vitesse angulaire, et surveiller une survenue d'une saturation du moteur ;
- en cas de saturation détectée, déterminer une valeur correctrice de la consigne nominale de vitesse en fonction d'un écart entre une position inertielle de référence préalable à la saturation et une position inertielle actuelle et appliquer la valeur correctrice à la consigne nominale de vitesse.
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel la valeur correctrice est obtenue via une correction de type correction proportionnelle intégrale.
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