FR2480932A1

FR2480932A1 - REGULATION CIRCUIT FOR A POINTING AND STABILIZATION ARM OF A WEAPON MOUNTED ON A VEHICLE

Info

Publication number: FR2480932A1
Application number: FR8107795A
Authority: FR
Inventors: Horst Schmischke; Hans-Hermann Spohr
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1980-04-21
Filing date: 1981-04-17
Publication date: 1981-10-23
Also published as: FR2480932B1; CH652491A5; DE3015311C2; NL8101920A; DE3015311A1

Abstract

The control-loop arrangement for a weapon-aiming and stabilisation system comprises a speed control loop for aiming and a position control loop for drift compensation. One input of a logic gate (23) is connected to an aiming handle (10) and its other input is connected to a movement sensor, for example the propulsion drive (22). The position control loop is automatically enabled in each case when, and only when there is neither an aiming signal present nor is the vehicle moving.

Description

La présente invention concerne un circuit de régulation d'une installation de pointage et de stabilisation d'arme montée sur un véhicule, et en particulier pour un véhicule équipé d'un circuit de régulation de vitesse dont la valeur de consigne est prédéterminée par un signal de pointage et dont la valeur réelle est prédéterminée par un capteur de vitesse accouplé à l'axe de pointage de l'arme, ainsi qu'un circuit additionnel de régulation de position pour la compensation de dérive. The present invention relates to a regulation circuit of a pointing and stabilization installation of a weapon mounted on a vehicle, and in particular for a vehicle equipped with a speed regulation circuit, the set value of which is predetermined by a signal. and whose actual value is predetermined by a speed sensor coupled to the aiming axis of the weapon, as well as an additional position regulation circuit for drift compensation.

Avec un tel circuit de régulation, il est évidemment possible de pointer et de stabiliser une arme sur un véhicule en déplacement, c'est-a-dire que l'arme ne réagit qu'à des ordres de pointage et ne participe pas aux mouvements du véhicule ; on a cependant établi que, lorsque le véhicule est immobile etsen l'absence d'ordres de pointage, l'arme peut exécuter, suivant les circonstances, un mouvement. Ce mouvement non intentionnel se produisant sous la forme d'un mouvement de rotation de l'arme est appelé "dérive". With such a regulation circuit, it is obviously possible to point and stabilize a weapon on a moving vehicle, that is to say that the weapon only reacts to pointing orders and does not participate in movements. of the vehicle ; it has however been established that, when the vehicle is stationary and in the absence of aiming orders, the weapon can execute, depending on the circumstances, a movement. This unintentional movement occurring in the form of a rotational movement of the weapon is called "drift".

Une dérive se produit en cas de variations des paramètres du système en fonction du temps, du lieu et de la température.Drift occurs when the system parameters vary with time, place and temperature.

En ce qui concerne la dérive, on effectue une différenciation entre des causes internes ou externes de dérive. Parmi les causes internes de dérive, on fait intervenir des influences qui résultent de composants du circuit de régulation, par exemple une asymétrie, un décalage de constituants actifs ou bien des erreurs systématiques de détecteurs, comme par exemple la variation du zéro du gyroscope. Parmi les causes externes de dérive, on fait intervenir des influences qui perturbent le système de régulation et qui sont provoquées par exemple par la température et, dans une condition de marche stabilisée, par l'accélération terrestre.With regard to drift, a differentiation is made between internal or external causes of drift. Among the internal causes of drift, there are influences which result from components of the regulation circuit, for example an asymmetry, an offset of active constituents or systematic errors of detectors, such as for example the variation of the zero of the gyroscope. Among the external causes of drift are influences which disturb the regulation system and which are caused for example by temperature and, in a stabilized operating condition, by terrestrial acceleration.

On sait effectuer une correction en ce qui concerne la dérive, par exemple en introduisant dans le circuit de régulation,par l'intermédiaire d'un potentiomètre d'équilibrage, un paramètre de guidage opposé à la dérive. Dans ce but, un opérateur doit par exemple observer la dérive de l'arme et régler le potentiomètre jusqu'à ce que cette dérive soit compensée. Tout à fait indépendamment du fait que l'intervention d'un opérateur représente toujours une source d'erreur, on allonge, avec ce mode de compensation, la période de détection de B cible et on diminue la précision de tir. It is known to make a correction with regard to the drift, for example by introducing into the regulation circuit, by means of a balancing potentiometer, a guidance parameter opposite to the drift. For this purpose, an operator must for example observe the drift of the weapon and adjust the potentiometer until this drift is compensated. Quite apart from the fact that the intervention of an operator always represents a source of error, with this compensation mode, the detection period of target B is lengthened and the shooting accuracy is reduced.

Une meilleure compensation de dérive est effectuée à l'aide d'un circuit de régulation connu d'après la demande
DE-OS 23 48 098. Dans ce cas, il est prévu un circuit additionnel de régulation de position permettant de déterminer la dérive mais qui doit cependant être-accouplé par le pointeur,par l'intermédiaire d'un accouplement actionné électromagnétiquement, à l'installation de pointage de l'arme.Better drift compensation is performed using a control circuit known from demand
DE-OS 23 48 098. In this case, an additional position regulation circuit is provided making it possible to determine the drift but which must however be coupled by the pointer, by means of an electromagnetically actuated coupling, to the gun pointing facility.

Lorsqu'il existe une dérive, un potentiomètre est aussitôt enclenché de façon à introduire une valeur de correction de dérive dans le circuit de régulation proprement dit de l'arme jusqu'à ce que celle-ci soit immobilisée. Eaalement cette correction de dérive nécessite l'intervention d'un opérateur constitué par le pointeur,qui doit assurer, sur la base de ses observations, l'enclenchement du circuit de régulation de position seulement lorsqu'il ne pointe pas l'arme et lorsque le véhicule ne se déplace pas. En outre, il doit désactiver le circuit de régulation de position aussitôt que ces conditions ne sont pas remplies car autrement on ne pourrait pas introduire des valeurs d'erreur résultant de la dérive.Du fait que le pointeur ne constitue normalement pas simultanément le conducteur du véhicule, il ne peut souvent désactiver le circuit de régulation de position qu'avec du retard et en conséquence, du fait de cette manoeuvre, des erreurs sont introduites dans le système.When there is a drift, a potentiometer is immediately triggered so as to introduce a drift correction value into the control circuit proper of the weapon until the latter is immobilized. In addition, this correction of drift requires the intervention of an operator constituted by the pointer, who must ensure, on the basis of his observations, the engagement of the position regulation circuit only when he is not pointing the weapon and when the vehicle does not move. In addition, it must deactivate the position control circuit as soon as these conditions are not met because otherwise it would not be possible to introduce error values resulting from the drift. Because the pointer does not normally constitute simultaneously the conductor of the vehicle, it can often deactivate the position control circuit only with delay and consequently, due to this maneuver, errors are introduced into the system.

L'invention a en conséquence pour but d'éliminer de telles erreurs dans tous les cas lors de la génération du signal de correction de dérive. Ce problème est résolu par le fait qu'il est prévu une porte logique dont les entrées sont constituées par des signaux qui sont fournis par le dispositif de pointage et la boite de vitesses du véhicule, en vue d'une activation automatique du circuit de régulation de position lors de l'absence d'un signal de pointage et d'une immobilisation du véhicule.De préférence, le circuit de régulation de position comporte
- un capteur de rotation incrémental accouplé à l'axe de pointage d'arme,
- un compteur progressif/régressif commandé par le capteur de rotation, dont une entrée de comptage (CL) est fermée par une signal de pointage et un mouvement du véhicule et dont la direction de comptage est commandée par le sens de rotation du capteur de rotation, ainsi qu'un convertisseur numériqueXbnalogique qui est branché entre le compteur et un organe de sommation du circuit de régulation de vitesse.The invention therefore aims to eliminate such errors in all cases during the generation of the drift correction signal. This problem is solved by the fact that a logic gate is provided, the inputs of which are constituted by signals which are supplied by the pointing device and the vehicle gearbox, with a view to an automatic activation of the regulation circuit. position control in the absence of a pointing signal and immobilization of the vehicle. Preferably, the position regulation circuit comprises
- an incremental rotation sensor coupled to the weapon pointing axis,
- a progressive / regressive counter controlled by the rotation sensor, whose counting input (CL) is closed by a pointing signal and a movement of the vehicle and whose counting direction is controlled by the direction of rotation of the rotation sensor , as well as a digital-analog converter which is connected between the counter and a summing member of the speed regulation circuit.

Suivant d'autres modalités avantageuses
- la porte logique est constituée par une porte OU qui est reliée par sa sortie à l'entrée de déclenchement (E) du compteur.According to other advantageous methods
- the logic gate is constituted by an OR gate which is connected by its output to the trigger input (E) of the counter.

- le signal du dispositif de pointage est appliqué, par l'intermédiaire d'un discriminateur de point de zéro et d'un organe de retardement, à une des entrées de la porte OU. - the signal from the pointing device is applied, via a zero point discriminator and a delay device, to one of the inputs of the OR gate.

- le capteur rotatif inrrémental comporte deux pistes de manière à produire deux séquences d'impulsions qui sont déphasées électriquement l'une par rapport à l'autre et il est prévu un dispositif de détection du sens de rotation, qui est branché entre l'émetteur rotatif et l'entrée de comptage progressif/régressif (V/R) du compteur. - the incremental rotary sensor has two tracks so as to produce two sequences of pulses which are electrically out of phase with respect to each other and a device for detecting the direction of rotation is provided, which is connected between the transmitter rotary and the progressive / regressive counting input (V / R) of the counter.

Le circuit de régulation selon l'invention permet ainsi une génération précise d'un signal de correction de dérive à tous les instants où les conditions d'obtention de ce signal de correction sont remplies. The regulation circuit according to the invention thus allows precise generation of a drift correction signal at all times when the conditions for obtaining this correction signal are fulfilled.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 est un schéma synoptique du circuit de régulation selon l'invention,et
- la figure 2 est un diagramme donnant les signaux fournis par le capteur rotatif incrémental. Other advantages and characteristics of the invention will be highlighted in the following description, given by way of nonlimiting example, with reference to the accompanying drawings in which
FIG. 1 is a block diagram of the regulation circuit according to the invention, and
- Figure 2 is a diagram giving the signals provided by the incremental rotary sensor.

Le schéma de la figure 1 comprend un circuit de régulation de vitesse,de type connu, pour le pointage d'une arme. Dans ce circuit de régulation, un dispositif de pointage 10 fournit un signal représentant une valeur de consigne de vitesse à un organe de sommation/soustraction 11. The diagram in FIG. 1 comprises a speed regulation circuit, of known type, for aiming a weapon. In this regulation circuit, a pointing device 10 supplies a signal representing a speed reference value to a summing / subtracting member 11.

Le signal de sortie de cet organe 11 commande, par l'intermédiaire d'un régulateur 12, le dispositif d'entrainement 13 de la tourelle ou de l'arme d'un char d'assaut. L'axe d'entraînement 14 est accouplé à un tachpgénérateur ou un gyroscope, non représenté, et le signal de vitesse fourni par ce tachy-générateur ou ce gyroscope est renvoyé à une entrée de soustraction de 1' organe de sommation/soustraction 11. Selon l'invention, l'axe 14 du dispositif d'entraînement 13 ou bien le prolongement de l'arbre du tachy-générateur est accouplé à un capteur de rotation incrémental 15. Ce capteur de rotation 15 fonctionne de façon opto/électronique et il comporte un circuit électronique incorporé de génération d'impulsions. Pour obtenir la précision nécessaire, il présente une résolution déterminée, à savoir par exemple de l'ordre de grandeur de 1200 incréments par tour.En outre, le capteur de rotation 15 comporte d'une manière connue deux pistes, les signaux de forme pulsatoire qui sont fournis par chaque piste étant déphasés électriquement l'un par rapport à l'autre de 900 + 450. Les signaux pulsatoires fournis par les deux pistes du capteur de rotation incrémental 15 ont été représentés sur la figure 2.The output signal from this member 11 controls, via a regulator 12, the drive device 13 for the turret or the weapon of a tank. The drive axis 14 is coupled to a tachpenerator or a gyroscope, not shown, and the speed signal supplied by this tachy generator or this gyroscope is returned to a subtraction input of the summing / subtraction member 11. According to the invention, the axis 14 of the drive device 13 or else the extension of the tacho-generator shaft is coupled to an incremental rotation sensor 15. This rotation sensor 15 operates opto / electronically and it has an integrated electronic circuit for generating pulses. To obtain the necessary precision, it has a determined resolution, namely for example of the order of magnitude of 1200 increments per revolution. In addition, the rotation sensor 15 comprises in a known manner two tracks, the signals of pulsating form. which are provided by each track being electrically phase shifted relative to each other by 900 + 450. The pulsating signals provided by the two tracks of the incremental rotation sensor 15 have been represented in FIG. 2.

Les impulsions fournies par le capteur de rotation 15 sont appliquées à l'entrée d'horloge CL d'un compteur progressif/régressif 16. Un dispositif 18 reçoit les signaux pulsatoires provenant des deux pistes du capteur de rotation 15 et il détermine, à partir de la séquence temporelle desdits signaux pulsatoires, le sens de rotation du capteur de rotation 15. En correspondance à ce sens de rotation, le dispositif 18 sollicite l'entrée de progression/régression du compteur 16 de sorte que celui-ci exécute un comptage progressif ou régressif selon le sens de rotation du capteur de rotation 15.Le contenu du compteur 16 est converti, à partir d'une valeur numérique appliquée à un convertisseur numérique/analogique 17, en un signal analogique et est transmis sous la forme d'un signal de correctiovn à l'entrée de guidage du régulateur de vitesse précité, c'est-à-dire à une entrée de soustraction de l'organe de sommation/ soustraction 11. The pulses supplied by the rotation sensor 15 are applied to the clock input CL of a progressive / regressive counter 16. A device 18 receives the pulse signals coming from the two tracks of the rotation sensor 15 and it determines, from of the time sequence of said pulsing signals, the direction of rotation of the rotation sensor 15. In correspondence with this direction of rotation, the device 18 requests the input of progression / regression of the counter 16 so that the latter performs a progressive counting or regressive according to the direction of rotation of the rotation sensor 15. The content of the counter 16 is converted, from a digital value applied to a digital / analog converter 17, into an analog signal and is transmitted in the form of a correction signal at the guide input of the above-mentioned speed regulator, that is to say at a subtraction input of the summation / subtraction member 11.

Une entrée de déclenchement E du compteur 16 est reliée à la sortie d'une porte OU 23. La porte OU 23 comporte deux entrées dont l'une est reliée à une unité 22 qui est en liaison avec la boite de vitesses du véhicule et qui produit un signal de valeur binaire "1" lorsque le véhicule est en marche, et un signal de valeur binaire "0" lorsque le véhicule est immobile L'autre entrée de la porte OU 23 est reliée, par l'intermédiaire d'un organe de retardement 20 et d'un dissriminater de point de zéro 19, à la sortie du dispositif de pointage 10. A trigger input E of the counter 16 is connected to the output of an OR gate 23. The OR gate 23 has two inputs, one of which is connected to a unit 22 which is connected to the vehicle gearbox and which produces a binary value signal "1" when the vehicle is in motion, and a binary value signal "0" when the vehicle is stationary The other input of the OR gate 23 is connected, by means of a member delay 20 and a zero point dissriminater 19, at the output of the pointing device 10.

En fonction de la structure décrite ci-dessus, on va maintenant expliquer le mode de fonctionnement du circuit de régulation de position 21. Depending on the structure described above, we will now explain the operating mode of the position regulation circuit 21.

Lorsqu'il existe dans le système une dérive, le capteur de rotation 15 fournit des impulsions tant que le signal de correction n'a pas atteint une valeur qui compense la dérive sous la forme d'un signal de guidage Lorsqu'aucune impulsion n'est plus émise par le capteur de rotation, le contenu du compteur 16 reste constant et par conséquent le signal analogique de guidage fourni par le convertisseur numérique/analogique 17 reste inchangé. When there is a drift in the system, the rotation sensor 15 supplies pulses as long as the correction signal has not reached a value which compensates for the drift in the form of a guide signal When no pulse is no longer emitted by the rotation sensor, the content of the counter 16 remains constant and consequently the analog guide signal supplied by the digital / analog converter 17 remains unchanged.

Du fait que le signal de correction doit etre appliqué, avec le signe correct, sous la forme d'une grandeur de guidage, il faut déterminer, en plus de sa valeur, la direction de la dérive. Cette détermination de direction de dérive est effectuée à l'aide de l'unité 18, qui définit à partir de la séquence temporelle de signaux pulsatoires des deux pistes et à l'aide d'un circuit électronique de traitement, quel signal pulsatoire présente initialement un flanc croissant. En fonction du sens de rotation connu, l'unité 18 produit à sa sortie un signal "1" ou un signal "0", qui est appliqué à l'entrée de comptage progressif/régressif
V/R du compteur 16. Ainsi par exemple dans le cas d'un signal "1", le compteur effectue un comptage progressif et, dans le cas d'un signal "0", le compteur effectue un comptage régressif.Lors de l'enclenchement de l'ensemble du système, le compteur 16 est remis à zéro par l'intermédiaire d'une entrée de pré-réglage, non représentée.Since the correction signal must be applied, with the correct sign, in the form of a guide quantity, it is necessary to determine, in addition to its value, the direction of the drift. This drift direction determination is carried out using the unit 18, which defines from the time sequence of pulsating signals of the two tracks and using an electronic processing circuit, which pulsating signal initially presents a growing flank. Depending on the known direction of rotation, the unit 18 produces at its output a signal "1" or a signal "0", which is applied to the progressive / regressive counting input.
G / T of counter 16. Thus for example in the case of a signal "1", the counter performs a progressive counting and, in the case of a signal "0", the counter performs a regressive counting. 'engagement of the entire system, the counter 16 is reset to zero via a preset input, not shown.

Du fait que la dérive constitue une vitesse de rotation non intentionnelle, on fait intervenir des conditions qui permettent d'établir une différence entre une vitesse de rotation commandée et une vitesse de rotation non commandée. Dans ce but, on analyse différents états du véhicule et de l'installation de pointage et de stabilisation d'arme. Since the drift constitutes an unintended speed of rotation, conditions are involved which make it possible to establish a difference between a controlled speed of rotation and an uncontrolled speed of rotation. For this purpose, we analyze different states of the vehicle and of the gun pointing and stabilization installation.

Lorsque le véhicule est en marche, il n'est pas possible d'effectuer une mesure de dérive car les forces d'accélération s'exerçant sur la tourelle ou sur l'arme provoquent des changements de position qui sont indépendants de la dérive. D'autre part, lorsque le véhicule est immobile et lorsque par conséquent il ne se produit pas les forces d'accélération mentionnées ci-dessus, on ne peut également pas effectuer une mesure de dérive lorsque le dispositif de pointage commande- une vitesse de rotation. En d'autres termes, on ne peut effectuer une compensation de dérive que lorsqu'il n'existe aucun signal de pointage et lorsque le véhicule est immobile. When the vehicle is in motion, it is not possible to make a drift measurement because the acceleration forces exerted on the turret or on the weapon cause changes of position which are independent of the drift. On the other hand, when the vehicle is stationary and when therefore the above-mentioned acceleration forces do not occur, it is also not possible to perform a drift measurement when the pointing device controls a rotational speed. . In other words, drift compensation can only be carried out when there is no pointing signal and when the vehicle is stationary.

Ces deux conditions sont détectées par l'unité 22 et par l'organe de retardement 20 et le discriminateur de point de zéro 19 et ellessont converties en signaux logiques, qui sont soumis à une combinaison logique OU dans la porte
OU 23. C'est seulement lorsque cette porte OU 23 fournit un signal "0" à sa sortie, que l'entrée de déclenchement E du compteur 16 est ouverte pour le comptage des impulsions fournies par l'émetteur rotatif 15 à son entrée d'horloge
CL.These two conditions are detected by the unit 22 and by the delay device 20 and the zero point discriminator 19 and they are converted into logic signals, which are subjected to a logical OR combination in the gate.
OR 23. It is only when this OR gate 23 provides a signal "0" at its output, that the trigger input E of the counter 16 is open for counting the pulses supplied by the rotary transmitter 15 at its input d 'clock
CL.

Le discriminateur de point de zéro 19 détecte la position de zéro du dispositif de pointage 10. Cette position de zéro peut cependant etre atteinte pendant une courte période lors d'un changement volontaire de direction ou lors d'un passage au zéro du dispositif de pointage et il est par conséquent nécessaire de faire la différence entre ce franchissement de la position de zéro et un séjour prolongé du dispositif de pointage dans cette position. Cette fonction est remplie par l'organe de retardement 20 qui est branché en aval du discriminateur de point de zéro 19. The zero point discriminator 19 detects the zero position of the pointing device 10. This zero position can however be reached for a short period during a voluntary change of direction or during a zero crossing of the pointing device. and it is therefore necessary to differentiate between this crossing of the zero position and an extended stay of the pointing device in this position. This function is fulfilled by the delay member 20 which is connected downstream of the zero point discriminator 19.

Il est possible, dans le cas d'une arme installée dans une position fixe, de supprimer l'unité 22, reliée dans les autres cas à la bote de vitesses du véhicule. Dans ce cas, le déclenchement du compteur 16 est seulement effectué en fonction d'un actionnement du dispositif de pointage 10. It is possible, in the case of a weapon installed in a fixed position, to remove the unit 22, connected in other cases to the gearbox of the vehicle. In this case, the triggering of the counter 16 is only carried out according to an actuation of the pointing device 10.

Claims

1. Regulation circuit of a pointing and stabilization installation of a weapon mounted on a vehicle comprising a speed regulation circuit, the set value of which is predetermined by a pointing signal and the real value of which is predetermined by a sensor gear coupled to the aiming axis of the weapon, as well as an additional position regulation circuit for drift compensation, circuit characterized in that there is provided a logic gate (23) whose inputs are formed -by signals which are supplied by the pointing device (10) and the gearbox (22) of the vehicle, with a view to automatic activation of the position regulation circuit (21) in the absence of a pointing signal and immobilization of the vehicle.

2. Regulation circuit according to claim 1, characterized in that the position regulation circuit (21) comprises

- an incremental rotation sensor (15) coupled to the weapon pointing axis (14),

- a progressive / regressive counter (16) controlled by the rotation sensor, whose counting input (CL) is closed by a pointing signal and a movement of the vehicle and whose counting direction is controlled by the direction of rotation of the rotation sensor (15), as well as a digital / analog converter (17) which is connected between the counter (16) and a summing member (11) of the speed regulation circuit (12, 13).

3. Regulation circuit according to claim 2, characterized in that the logic gate is constituted by an OR gate (23) which is connected by its output to the trigger input (E) of the counter (16).

4. Regulation circuit according to claim 3, characterized in that the signal from the pointing device (10) is applied, via a zero point discriminator and a delay member (20), to one of the inputs of the OR gate (23).

5. Regulation circuit according to claim 2, characterized in that the incremental rotary sensor (15) has two tracks so as to produce two sequences of pulses which are electrically phase shifted relative to each other and in that '' there is a device (18) for detecting the direction of rotation, which is connected between the rotary transmitter and the progressive / regressive counting input (V / R) of the counter (16)