FR2502771A1 - Ensemble gyroscopique de reference pour vehicule - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES ENSEMBLES GYROSCOPIQUES DE REFERENCE. ELLE SE RAPPORTE A DES ENSEMBLES AYANT DES GYROMETRES A SUSPENSION SOUPLE A REEQUILIBRAGE DE FORCE. SELON L'INVENTION, LE COUPLAGE PAR TRANSFORMATEUR ENTRE LES BOBINES DE MOTEUR-COUPLE 34A, 34B ET LES BOBINES DE CAPTEUR 33A, 33B ET LE COUPLAGE PAR TRANSFORMATEUR ENTRE LES BOBINES DE MOTEUR-COUPLE ELLES-MEMES SONT SUPPRIMES PAR SELECTION DE LA FREQUENCE D'EXCITATION DES CAPTEURS A UNE VALEUR QUI N'EST PAS UN MULTIPLE ENTIER DE LA FREQUENCE D'EXCITATION DES BOBINES DE MOTEUR-COUPLE, ET PAR RETARDEMENT DES FLANCS POSTERIEURS DES IMPULSIONS DES SIGNAUX DESTINES AU MOTEUR-COUPLE. APPLICATION A TOUS LES APPAREILS GYROSCOPIQUES UTILISES POUR LA STABILISATION, LA COMMANDE, LA NAVIGATION ET LE PILOTAGE DES AERONEFS.

Description

La présente invention concerne de façon générale

des ensembles gyroscopiques de référence du type qui com-

prend plusieurs capteurs gyrométriques à rééquilibrage de force

solidaires de la structure du véhicule et destinés à mesu-

rer les vitesses de rotation de celui-ci autour des axes principaux, ainsi qu'un ensemble de calcul de données de stabilisation et d'attitude de l'aéronef à partir de ces mesures. La demande de brevet français n' 79. 12 613 décrit

un exemple d'ensemble solidaire de la structure d'un véhicule.

L'invention concerne plus précisément le réglage de capteurs

gyrométriques à deux degrés de liberté par réaction du couple.

Les spécialistes dans les ensembles de commande gyroscopique des aéronefs connaissent bien les appareils gyroscopiques de référence à inertie du type solidaire de la structure d'un aéronef ou d'un véhicule spatial; la littérature décrit en détail de nombreuses configurations

de gyromètre ainsi que des ensembles de commande les met-

tant en oeuvre. En général, ces ensembles comprennent plu-

sieurs gyromètres fixés à la structure du véhicule et des-

tinés à mesurer la vitesse angulaire du véhicule autour de ses axes principaux, et cette mesure, accompagnée des

mesures de l'accélération et du cap du véhicule, est trans-

mise à un ordinateur qui forme des données de sortie des-

tinées à être utilisées pour la stabilisation, la commande,

la navigation ou le guidage de l'aéronef. Comme les ensem-

bles gyroscopiques sont fixés à la cellule de l'aéronef, les capteurs gyroscopiques sont de préférence du type à

rééquilibrage de force ou de couple, c'est-à-dire que l'appa-

reil gyroscopique est maintenu pratiquement aligné sur le boîtier de support par transmission d'un signal d'un capteur gyroscopique au moteurcouple du gyroscope d'une

manière telle que la valeur du signal du capteur reste prati-

quement nulle, le courant du moteur couple si nécessaire

étant une mesure de la vitesse détectée par le gyromètre.

La demande de brevet français n0 70.18 034 et le brevet

des Etats-Unis d'Amérique n0 4 189 948 décrivent des exem-

ples de gyromètre à deux degrés de liberté de ce type. Il faut noter que le signal final d'un gyromètre doit être

compatible avec les critères fixés par les techniques dis-

ponibles de traitement par ordinateur.

La demande de brevet français n0 79.22 123 décrit un appareil destiné à rendre compatible le signal de sortie des gyromètres avec les ordinateurs. Cette demande de brevet décrit un appareil de conversion analogiquenumérique à modulation par impulsions de largeur variable, utile dans les ensembles gyroscopiques de référence par inertie, fixés

à la cellule et qui utilisent plusieurs gyromètres à équili-

brage de force pour la détection des vitesses de la carlin-

gue de l'aéronef autour des axes principaux de celui-ci, les courants de réaction du moteur-couple des gyromètres étant maintenus proportionnels avec précision aux vitesses détectées de la cellule et un nombre précis proportionnel à ces courants est souhaitable. L'appareil met en oeuvre une technique de comptage numérique pour la formation d'un

nombre précis proportionnel au courant transmis au moteur-

couple. Ce nombre est formé par utilisation d'impulsions d'horloge à haute fréquence pour la numérisation d'une onde

rectangulaire à fréquence plus faible qui a subi une modu-

lation par largeur d'impulsion proportionnelle à l'amplitude

du signal correspondant d'erreur du gyroscope, l'onde rec-

tangulaire déterminant l'amplitude des courants de réaction

de remise à zéro transmis à l'enroulement du.moteur-couple.

Le compteur unidirectionnel est validé en synchronisme par la même onde rectangulaire et, comme il utilise la même horloge pour la transmission de sa fréquence d'horloge, le signal de sortie du compteur, par rapport à un nombre de référence, représente le nombre voulu correspondant aux courants transmis au moteur-couple et correspondant donc

à la vitesse détectée. Les courants précis transmis au moteur-

couple du gyroscope sont réglés par un circuit à transistor

de commutation de puissance du type métal-oxyde-semi-conduc-

teur à canal vertical. Les effets nuisibles des courants parasites associés aux deux flancs des courants de l'onde rectangulaire modulée par largeur d'impulsion, surtout aux extrémités positives et négatives, sont éliminés par utilisation de deux impulsions de bande de garde au début et à la fin du cycle du modulateur, ces impulsions étant utilisées de façon prévisible pour le réglage des deux flancs des courants du moteur-couple et pour l'inhibition du comp- teur si bien que les incertitudes sur le nombre au moment de la commutation sont éliminées et un courant parasite

erratique n'est pas transmis au moteur-couple.

Comme décrit en détail dans la demande de brevet français n' 79.22 123, le signal d'entrée du moteur-couple est une série d'impulsions de courant à une fréquence de 500 Hz, ayant des largeurs d'impulsions qui sont modulées

et qui varient entre une demi-valeur positive et une demi-

valeur négative d'une part et une valeur positive sensible-

ment maximale et une valeur négative sensiblement maximale (pendant le cycle d'utilisation à 90 % et 10 %, étant donné les impulsions de bande de garde) suivant le signal d'un capteur gyroscopique. Il faut noter cependant qu'il existe un couplage indésirable par transformateur entre les bobines du moteur-couple et les bobines du capteur, ce signal ayant un effet nuisible car il crée un couple résultant appliqué

au rotor du gyroscope. Le couple résultant est dû à l'annu-

lation d'un signal erroné de capteur et à l'action des cons-

tantes élastiques de la suspension du rotor et des phénomè-

nes d'échappement d'air (frottement de l'air, etc.), qui

provoquent l'application d'un couple indésirable au gyromè-

tre et provoquent en conséquence une dérive indésirable

de celui-ci, variant avec les signaux d'entrée de vitesse.

Il faut noter en outre que, étant donné la faible distance

séparant les bobines du moteur-couple, si les flancs posté-

rieurs des ondes rectangulaires du modulateur par largeur

d'impulsion de chaque canal du gyroscope se présentent pra-

tiquement en même temps ou très près l'un de l'autre, les

champs magnétiques changeants d'une première bobine de cap-

teur sont couplés par transformateur dans la bobine de l'au-

tre avec formation d'une forme d'onde modulée par largeur d'impulsion qui est formée et d'une dérive indésirable en présence de vitesses d'entrée. Ainsi, un appareil réduisant au minimum le couplage par transformateur qui existe dans les gyroscopes à suspension souple du type ayant des signaux de moteur-couple modulés par largeur d'impulsion est très

souhaitable.

Lors du fonctionnement normal par réaction de couple des gyroscopes connus à suspension souple ayant des signaux de moteur-couple à réaction modulée par largeur d'impulsion, il existe une induction nuisible, par exemple un couplage par transformateur, entre les bobines des capteurs et les bobines du moteur-couple, ainsi qu'un couplage par

transformateur entre les bobines du moteur-couple elles-

mêmes. Ce couplage par transformateur provoque l'apparition d'un signal de sortie indésirable correspondant à une dérive

très rapprochée, dépendant des vitesses angulaires d'entrée.

L'invention concerne l'élimination pratiquement totale d'une

telle dérive indésirable par réduction au minimum de l'in-

duction nuisible.

Plus précisément, l'invention concerne un ensemble gyroscopique de référence comprenant au moins un gyroscope

à deux degrés de liberté à rééquilibrage de couple, compre-

nant un rotor libre destiné à tourner autour d'un axe et

à pivoter librement autour de deux axes de détection per-

pendiculaires l'un à l'autre et perpendiculaires à l'axe de rotation, lors de la rotation du véhicule, des bobines de capteur auxquelles est reliée une alimentation alternative de référence et qui sont couplées au rotor afin qu'elles

détectent le pivotement de celui-ci autour de l'axe de détec-

tion et transmettent des signaux alternatifs correspondants, et des bobines de moteur-couple qui sont aussi couplées

au rotor afin qu'elles lui appliquent des couples en fonc-

tion de signaux alternatifs proportionnels aux signaux des capteurs afin que ces derniers signaux soient réduits à

zéro, si bien que les courants du moteur-couple sont propor-

tionnels au mouvement de rotation de l'aéronef; l'ensemble -comporte en outre un appareil de compensation du couplage électromagnétique éventuel des bobines du moteur-couple agissant autour d'axes adjacents, l'appareil comprenant

un dispositif de réglage de largeur d'impulsion compre-

nant un comparateur commandé par les signaux des capteurs et par une tension de référence en dents de scie et destiné à transmettre des trains d'impulsions de courant sensible- ment rectangulaires qui leur correspondent, aux bobines

correspondantes du moteur-couple, chacune des ondes rectan-

gulaires des trains d'impulsions ayant un flanc dont l'ap-

parition est variable au cours du temps en fonction de l'am-

plitude des signaux des capteurs, et un circuit commandé par le comparateur correspondant et destiné à empêcher la mise pratiquement en coïncidence des flancs variant au cours

du temps des trains respectifs d'impulsions rectangulaires.

De préférence, un multiple entier de la fréquence

des trains d'impulsions de moteur-couple de forme rectangu-

laire diffère de la fréquence de l'alimentation de référence

des capteurs d'une quantité importante, si bien que le cou-

plage électromagnétique entre une bobine de capteur donné et une bobine adjacente de moteur-couple est évité. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, le couplage par transformateur entre les bobines des capteurs et les bobines de moteur-couple est rendu minimal ou éliminé par sélection de la fréquence d'excitation des capteurs afin qu'elles ne présentent pas de relation harmonique avec la

fréquence des bobines de moteur-couple si bien que la diffé-

rence entre un multiple entier quelconque de la première fréquence et de l'autre fréquence est de l'ordre de quelques centaines de hertz ou plus, et le couplage par transformateur entre les bobines de moteur-couple rapprochées elles-mêmes est rendu minimal ou éliminé à l'aide d'un dispositif grâce auquel les flancs postérieurs des impulsions des signaux modulés par largeur d'impulsion transmises aux bobines de moteur-couple sont retardés l'un par rapport à l'autre afin

d'éviter ce couplage par transformateur.

D'autres caractéristiques et avantages d'un ensemble gyroscopique de référence selon l'invention ressortiront

mieux de la description qui va suivre, faite en référence

aux dessins annexés sur lesquels les figures 1A et 1B forment ensemble un diagramme synoptique d'un exemple de gyromètre du type deux axes à rééquilibrage de couple comprenant l'appareil perfectionné de rééquilibrage de couple modulé par largeur d'impulsion selon l'invention, ces deux figures représentant les éléments principaux ainsi que leurs connexions électriques; la figure 2 représente graphiquement des formes

d'onde électriques utiles pour la description du fonctionne-

ment de l'appareil des figures 1A et 1B, les courbes supérieu-

res correspondant à un canal A et les courbes inférieures à un canal B; et

la figure 3 est un diagramme synoptique d'un cir-

cuit d'horloge utilisé dans l'appareil des figures 1A et 1B. L'invention est utilisée pour la mesure précise des vitesses de rotation d'un aéronef, ayant un mode de fonctionnement aux faibles vitesses et un autre mode aux

vitesses élevées, et à la transformation des mesures ob-

tenues en données numériques destinées à être utilisées dans un appareil numérique de référence d'attitude et de cap fixé à la cellule de l'aéronef. Les gyromètres de cet appareil peuvent être des gyroscopes à suspension souple à réaction de couple et à deux axes du type général décrit

dans les brevets et demandes de brevet précités, ces docu-

ments décrivant la structure et le fonctionnement des gyro-

mètres à suspension souple. De tels gyroscopes ou gyromètres se caractérisent par un rotor gyroscopique qui en fait est suspendu librement par des organes souples de support afin qu'il puisse tourner autour d'un axe de rotation, à l'aide

d'un arbre entrainé par un moteur électrique et tourillon-

nant dans le bottier de l'instrument. Le pivotement du rotor du gyroscope autour de deux axes perpendiculaires à l'axe

normal de rotation est rendu possible par le support souple.

De tels instruments gyroscopiques comportent norma-

lement des paires de capteurs inductifs, espacés de 90 et destinés à détecter le déplacement angulaire du rotor par rapport à son axe de rotation, autour d'axes d'inertie perpendiculaires l'un à l'autre. L'appareil comporte aussi normalement des paires complémentaires en quadrature de

bobines de moteur-couple disposées de manière analogue.

Sur les figures 1A et 1B, le gyroscope et ses bobines sont représentés schématiquement par raison de commodité, la paire de bobines du moteurcouple étant représentée par une seule bobine 34a, 34b alors que la paire de capteurs inductifs est représentée par des bobines uniques 33a, 33b de capteur correspondantes. Normalement, le signal de la bobine 33a de capteur par exemple est maintenu à une valeur

nulle par passage dans un amplificateur tampon 32a et finale-

ment dans la bobine 34a du moteur-couple afin que le rotor 41 du gyroscope subisse une précession opposée à celle qui est provoquée par la vitesse d'entrée si bien que l'axe du rotor 41 reste pratiquement aligné sur l'instrument et le boîtier du moteur (non représenté), ce boîtier étant fixé au véhicule. Comme décrit dans les brevets précités,

le rotor 41 a une suspension souple sur un arbre d'entrai-

nement et il est entraîné en rotation par un moteur placé à l'intérieur du bottier de l'instrument. De manière analogue, le signal provenant de la bobine de capteur en quadrature 33b est annulé par l'intermédiaire de la boucle de rappel

gyroscopique comprenant un amplificateur tampon 32b et par-

venant finalement à la bobine de moteur-couple 34b. Il faut donc noter que le courant transmis dans chaque bobine 34a ou 34b de moteur-couple est proportionnel à la vitesse à laquelle le boîtier du gyroscope tourne lorsque l'aéronef lui-même tourne de manière correspondante autour de ses axes respectifs d'inertie. Lorsque l'aéronef sur lequel le gyroscope est fixé présente un roulis par exemple, le rotor 41 du gyroscope est maintenu en position pratiquement fixe par rapport à son boîtier par précession du rotor 41

suivant un roulis à même vitesse que le roulis de l'aéronef.

En conséquence, la vitesse de roulis de l'aéronef par exem-

ple peut être mesurée avec précision lorsque les courants passant dans les bobines correspondantes 34a ou 34b du

moteur-couple sont mesurés avec précision.

Dans la suite du présent mémoire, les hommes du métier doivent noter que les ensembles de commande associés

aux deux axes d'inertie sont fonctionnellement en double.

L'ensemble de rappel de position du rotor comprenant la boucle la utilise des signaux de pivotement formés par rapport à un premier axe par la bobine 33a de capteur afin que les signaux de précession soient transmis par le fil 30a à la bobine 34a de moteur-couple d'axe correspondant. De manière analogue, la boucle lb de rappel du rotor du gyroscope utilise des signaux de pivotement formés par rapport à l'axe en quadrature par la bobine de capteur 33b pour la transmission de signaux de précession par un fil 30b à la bobine 34b de moteur-couple de l'axe en quadrature. Il apparaît aussi que les deux boucles coopérantes la et lb sont semblables,

si bien qu'on ne décrit que la boucle la en détail.

Les figures lA et 1B forment ensemble un diagramme synoptique simplifié d'un appareil selon l'invention, dont

la description est utile pour la considération des détails

de l'invention, comme indiqué en référence à la figure 2.

Le signal d'erreur détecté par le capteur 33a est couplé par l'intermédiaire de l'amplificateur tampon 32a à un premier jeu d'entrée d'un démodulateur 2a. Celui-ci, de même que le démodulateur 2b, reçoit d'une alimentation 10a une onde rectangulaire de référence d'amplitude constante ayant une fréquence de 9,708 kHz par exemple, constituant aussi le signal d'excitation des bobines 33a, 33b des capteurs. Le moteur d'entraînement du gyroscope peut être entraîné par une source d'un signal à 400 Hz (non représentée). Le signal d'erreur en courant continu de polarité variable provenant

du démodulateur 2a parvient à une première entrée d'un am-

plificateur 7a par l'intermédiaire d'un circuit classique de filtrage et de conformation 3a, d'un amplificateur 6a à gain variable et d'une résistance 42a. De manière analogue, le signal d'erreur de sortie en courant continu de polarité variable du démodulateur 2b est couplé à une première entrée d'un amplificateur 7b par l'intermédiaire d'un circuit analogue de filtrage et de conformation 3b, d'un amplificateur 6b à gain variable et d'une résistance 42b. Si les axes des gyroscopes sont inclinés par rapport aux axes de l'aéronef afin que la stabilité soit accrue, comme décrit dans la demande précitée de brevet français n0 79.12 613, il faut noter que les signaux d'erreur provenant des démodulateurs 2a, 2b peuvent subir d'abord une opération de compensation classique d'après l'axe transversal, mettant en oeuvre des circuits de filtrage et de conformation qui ne sont pas

décrits dans le présent mémoire car ils ne sont pas indis-

pensables à l'invention. Il faut noter par exemple à propos de la boucle la que le signal de sortie du démodulateur 2a est transmis à une première entrée de l'amplificateur

7a qui est un amplificateur relié à la manière d'un compa-

rateur classique du niveau d'un premier signal d'entrée au niveau instantané d'une tension répétitive croissant progressivement ou en dents de scie couplée à la seconde

entrée de l'amplificateur par une résistance 43a, 43b et pro-

venant d'une source 8 décrite dans la suite, l'onde en dents de scie, dans le mode de réalisation représentée, ayant une fréquence de répétition de 500 Hz et étant transmise

par des circuits de synchronisation repérés de façon géné-

rale par la référence 5.

Le signal de sortie du comparateur 7a, 7b est couplé

à une résistance de réaction 44a, 44b, à un circuit de compensa-

tion ayant un condensateur 4a, 40b,et une résistance 41a, 41b et à un circuit 9a, 9b de modulation par largeur d'impulsion qui reçoit aussi des signaux d'une horloge (non représentée) provenant d'une borne 1Ob des circuits 5. Dans le mode de

réalisation représenté, les impulsions d'horloge sont trans-

mises à une fréquence de 100 kHz et elles sont utilisées pour la numérisation de l'onde rectangulaire modulée par largeur d'impulsion, comme décrit plus en détail dans la suite du présent mémoire. Le signal de sortie du circuit9a, 9b a deux rôles. Il est transmis directement par un fil 14a, 14b à un dispositif 17a, 17b de commutation qui est destiné à assurer la commutation du mode à plage large, ce signal déterminant l'état de conduction ou de non-conduction des commutateurs éléments individuels formant le commutatur

global 17a. Les commutateurs 17a et 17b de plage large re-

çoivent des signaux convenables d'entrée de référence 16a et 16b, et ils sont reliés à des sources de tension unidi- rectionnelles (non représentées) qui, sous la commande de signaux transmis par le fil 14a, constituent une source de courant de moteur-couple destiné à être transmis aux

bobines 34a et 34b.

Le signal de sortie du modulateur 9a parvient aussi à un compteurdécodeur 21a dont la seconde entrée

reçoit des impulsions provenant d'une commande 20 de comp-

teur du circuit 5 de synchronisation. Le compteur 21a comp-

te cycliquement les impulsions de numérisation correspon-

dant au signal analogique de vitesse de la boucle la et

conserve ces données afin qu'il les introduise dans un or-

dinateur classique non représenté, par exemple relié à la

sortie du compteur 21a, sous la commande du circuit de cou-

plage d'entrée à l'ordinateur. Il faut noter que le compteur

21a est un compteur unidirectionnel simple et que les im-

pulsions d'horloge ne sont comptées que pendant la partie positive de l'onde rectangulaire numérisée, comme décrit

dans la suite du présent mémoire. Ainsi, un nombre de réfé-

rence transmis par la borne 22a parvient au compteur-décodeur

21a et il correspond à la moitié du nombre total représen-

tant les cycles d'utilisation de l'onde en dents de scie, le nombre mesuré étant soustrait du nombre de référence

afin qu'il forme un nombre proportionnel à la vitesse dé-

tectée de l'aéronef. Dans une variante, la partie de décodage du compteurdécodeur 21a est utilisée pour la détermination du mode de fonctionnement de l'appareil, en fonction de

la plage de vitesses.

Selon l'invention, des impulsions de bande de garde provenant d'une source 15 et en synchronisme avec

le cycle d'utilisation à 500 Hz, sont transmises afin qu'el-

les assurent la commande précise du commutateur 17a et des

courants qu'il transmet ainsi que la commande précise cor-

il respondante des impulsions de numérisation parvenant au

compteur 21a. Ces impulsions sont utilisées pour la compen-

sation des imprécisions qui sont normalement associées au temps fini de montée et de descente et aux caractéristiques possibles de dépassement des courants des moteurs-couples,

ainsi que pour la représentation fidèle des courants effi-

caces transmis au moteur-couple-du gyroscope par les impul-

sions transmises au compteur. L'incorporation des impulsions

de bande de garde introduit un intervalle de temps en syn-

chronisme avec le cycle d'utilisation à 500 Hz pendant lequel les circuits 21a de décodage, en fonction du contenu du compteur, déterminent si le couple de commande doit commuter

du mode à faible vitesse au mode à grande vitesse ou inver-

sement, si bien que le fait que les sources de courant élevé et de courant faible sont commutées par le commutateur 17a est aussi déterminé. Cette caractéristique est représentée schématiquement sur les figures lA et 1B par le fil 19a qui relie le compteur-décodeur 21a afin qu'il transmette l'ordre de commande de mode au commutateur. En outre, le

signal de commande de mode du fil l9a règle le gain du si-

gnal des capteurs du gyroscope par l'intermédiaire de l'am-

plificateur à gain variable 6a afin que le gain global de la boucle fermée et la stabilité de la boucle restent les

mêmes dans les deux modes de fonctionnement.

Comme indiqué précédemment, la boucle lb associée

à la bobine 33b de capteur et à la bobine 34b de moteur-

couple est pratiquement identique, par sa structure et son fonctionnement, à la boucle la qui est associée à la bobine 33a de capteur et à la bobine 34a de moteur-couple, en ce qui concerne sa coopération avec le rotor 41 du gyroscope,

et on ne la décrit donc pas en détail. Par exemple, le com-

mutateur 17b de commande de mode est lui-même commandé par des signaux des fils 14b et 19b déterminant si le signal de couple de la plage des valeurs élevées ou de la plage des faibles valeurs est appliqué à la bobine 34b. En outre, le compteur-décodeur 21b collecte cycliquement les nombres correspondant au signal de vitesse analogique de la boucle lb, accumule ces nombres reçoit en 22b le nombre de référence, décode la plage de vitesses et transmet le nombre à un ordinateur ou unité de traitement, afin que ces données soient utilisées de façon classique pour la stabilisation, la commande, la navigation ou le guidage de l'aéronef. Comme indiqué précédemment, la plage des faibles

vitesses constitue le mode normal. Les éléments de commuta-

tion disposés en diagonale parmi les commutateurs du mode

de la plage des valeurs élevées sont ouverts et fermés si-

multanément et instantanément d'après les surfaces positives et négatives de l'onde rectangulaire modulée par largeur

d'impulsion, commandée par les signaux des fils 14a et 14b.

Par exemple, si le signal de fréquence d'entrée transmis au comparateur 7a est égal à zéro, les commutateurs montés en diagonale du commutateur 17a conduisent et ne conduisent pas pendant des temps égaux. En conséquence, le couple

résultant appliqué au moteur-couple du gyroscope est nul.

Comme indiqué plus en détail dans la demande de

brevet français no 79.22 123, le signal d'entrée du moteur-

couple est formé d'une série d'impulsions de courant à 500 Hz ayant des largeurs qui varient d'une valeur positive moitié et d'une valeur négative moitié à une valeur positive pratiquement maximale et une valeur négative pratiquement maximale (pendant le cycle d'utilisation à 90 % et 10 %, étant donné les impulsions de bande de garde) en fonction du signal des capteurs du gyroscope. On constate que, même lorsque la fréquence du signal de capteur est un multiple

entier de la fréquence du moteur-couple, il existe un cou-

plage harmonique par transformateur entre les bobines 34a,

34b du moteur-couple et les bobines 33a, 33b de capteur.

En outre, la grande proximité des bobines 34a, 34b provoque un couplage par transformateur de celles-ci. Tout couplage

harmonique par transformateur des bobines 34a, 34b du moteur-

couple aux bobines 33a, 33b des capteurs a un effet nuisi-

ble car il provoque un couple résultant appliqué au rotor

41, résultant d'une annulation erronée du signal des cap-

teurs et de l'action des constantes élastiques de la sus-

pension du rotor et des phénomènes d'échappement d'air.

Ainsi, un couple indésirable est appliqué au rotor 41 et crée une dérive indésirable du gyroscope, variant avec les signaux d'entrée de vitesse. Le couplage harmonique par transformateur entre les bobines 34a, 34b du moteur-couple et les bobines 33a, 33b des capteurs, et le couplage par transformateur des bobines du moteur-couple elles-mêmes sont représentés sur la figure 1A par des flèches en traits

interrompus. Il faut noter que la grande proximité des bo-

bines 34a, 34b et 33a, 33b et la très grande dimension des

gyroscopes à suspension souple rendent pratiquement impossi-

ble toute tentative matérielle de blindage qui pourrait

par ailleurs supprimer le couplage par transformateur.

- Le couplage harmonique précité entre les bobines 34a, 34b et les bobines 33a, 33b d'autre part peut cependant être éliminé efficacement parsélection de la fréquence des signaux d'excitation du moteur-couple ou des signaux d'excitation des capteurs de manière qu'il n'y ait pas de relation harmonique résultante entre eux. Dans le mode de réalisation considéré, le signal d'excitation des capteurs est choisi avec une fréquence qui est multiple non-entier

choisi de la fréquence du signal d'excitation du moteur-

couple. De préférence, la différence entre un multiple en-

tier quelconque de la fréquence du moteur-couple et la fré-

quence des capteurs est de l'ordre de quelques centaines

de hertz ou plus.

Le fonctionnement de l'ensemble des figures 1A et 1B peut donc être contrôlé par une horloge principale à haute fréquence représentée sur la figure 3 et les différentes fréquences nécessaires aux différents éléments de l'ensemble sont formées par division de la fréquence de l'horloge principale à l'aide de circuits diviseurs classiques 51, 52. L'horloge principale 50 représentée sur la figure 3, a une fréquence de 4 MHz, et la fréquence de 500 Hz du moteur-couple est obtenue par division par 8000 à l'aide du circuit diviseur 52. Il faut noter que, dans la demande précitée de brevet français no 79.22 123, la fréquence du signal d'excitation des capteurs est de kHz, c'est-à-dire un multiple entier de la fréquence de 500 Hz du moteur-couple. Cependant, selon l'invention,

la fréquence du signal d'excitation des capteurs est choi-

sie à une valeur approximativement égale à 9,708 kHz, obte- nue par division de la fréquence de l'horloge principale de 4 MHz par 412 dans le circuit diviseur 51. Il faut noter en outre que cette fréquence de 9,708 kHz est aussi utilisée comme fréquence de référence pour les démodulateurs 2a et 2b. De manière classique, le couplage harmonique de l'onde

rectangulaire du moteur-couple à 500 Hz dans les démodula-

teurs 2a et 2b provoque la formation d'une polarisation

du signal de sortie des démodulateurs par le signal de sor-

tie des capteurs, cette polarisation ayant tendance à rame-

ner le signal de sortie à zéro par l'intermédiaire de la boucle de réaction. Cette annulation du signal de sortie des démodulateurs crée le couple permanent correspondant appliqué au gyroscope et la dérive résultante de polarisation qui dépend de la vitesse angulaire d'entrée. La sélection de la fréquence de 9,708 kHz comme fréquence d'excitation des démodulateurs et des capteurs élimine cependant ces effets indésirables de dérive de polarisation associés au

couplage par transformateur ou par induction entre les bo-

bines 34a, 34b et 33a, 33b.

Comme indiqué précédemment, il existe aussi un couplage par transformateur entre les bobines 34a, 34b du moteur-couple, par l'intermédiaire de l'enveloppe du rotor

ainsi que du gaz. Cette seconde source de couplage par trans-

formateur peut être attribuée à la grande proximité des bobines 34a, 34b et aux signaux de moteur-couple modulés par largeur d'impulsion et ayant une configuration définie avec précision. Comme décrit dans la demande précitée de brevet français n0 79.22 123, les signaux de moteur-couple

à rééquilibrage ou de réaction modulés par largeur d'impul-

sion sont essentiellement des impulsions de courant à onde

rectangulaire de forme très précise, dont les largeurs d'im-

pulsion varient entre 10 % et 90 % du cycle d'utilisation

suivant les signaux des capteurs du gyroscope, par l'inter-

* médiaire des commutateurs 17a et 17b. En outre, comme ces impulsions sont tirées d'un circuit logique commun, les

flancs antérieurs des impulsions appliquées à chaque bobi-

ne 34a, 34b de moteur-couple croissent toujours avec préci- sion et simultanément. Cependant, les flancs postérieurs

retombent à des moments variant avec les signaux des capteurs.

Il faut noter que le capteur 33a du canal A excite le moteur-couple 34a du canal A et que le capteur 33b du canal B excite le moteur-couple 34b du canal B. Cependant,

selon la théorie classique de la précession dans les gyros-

copes, il faut noter que le rotor doit subir un couple au-

tour de l'axe Y du gyroscope afin qu'un signal de capteur provoqué par un pivotement.du rotor 41 autour de l'axe X

du gyroscope soit annulé.

Parfois, les largeurs des impulsions des courants A et B sont très différentes, c'est-à-dire que les flancs postérieurs des impulsions ne retombent pas en même temps

ou que les flancs postérieurs se recouvrent dans le temps.

En conséquence, lorsque par exemple le flanc postérieur de l'onde rectangulaire du moteur-couple B retombe, l'onde rectangulaire du moteurcouple A est totalement positive ou totalement négative. Le courant variable de la bobine 34b de moteur-couple B n'est pas couplé à la bobine 34a

de moteur-couple A, selon la théorie classique du cou-

plage par transformateur, puisqu'il consomme déjà son courant maximal. Cependant, pour d'autres combinaisons de vitesse angulaire de roulis et de tangage de l'aéronef, les flancs postérieurs des ondes rectangulaires A et B retombent très près ou se recouvrent. Dans ce cas, les champs magnétiques produits par des changements des courants dans les bobines

34a, 34b provoquent un couplage d'une bobine de moteur-

couple à l'autre avec induction de courant dans l'une ou l'autre, ces courants n'étant pas compensés par des courants égaux mais opposés induits pendant les flancs ascendants des impulsions et introduisant donc des vitesses de dérive de la polarisation du gyroscope. Ainsi, les configurations des impulsions sont déformées. L'invention remédie à ces

effets indésirables du couplage mutuel des bobines du mo-

teur-couple et élimine ainsi toute dérive résultante de

polarisation du gyroscope dépendant des vitesses angulai-

res d'entrée. L'opération est réalisée essentiellement par empêchement délibéré de l'apparition des flancs postérieurs en même temps ou à peu près en même temps. Ce résultat est obtenu par détection du début de la transition du flanc

postérieur de l'une des impulsions et par retardement immé-

diat du déclenchement de la transition de l'autre. L'impor-

tance de ce retard est à peu près égale à la durée de la

transition du flanc postérieur d'une impulion normale.

Les figures 1A et 1B représentent un mode de ré-

alisation de circuit de compensation par modulation par

largeur d'impulsion qui sont ajoutés à l'ensemble de rééqui-

librage de couple de type connu, et la figure 2 représente les formes d'onde modulées par largeur d'impulsion associées à l'addition de ces circuits. Comme représenté sur la figure

1A et comme décrit dans la demande précitée de brevet fran-

çais no 79.22 123, une onde de tension en dents de scie est appliquée aux amplificateurs 7a et 7b du comparateur

qui reçoit aussi les signaux démodulés du capteur du gyros-

cope. Si l'on ne considère que le canal A pour le moment et comme indiqué sur les figures 1A, 1B et 2, on suppose que l'aéronef tourne dans une direction qui provoque la création d'un signal par le capteur 33a. Le démodulateur 2a et l'amplificateur 6a fonctionnent sous la commande de

ce signal et créent un signal continu positif fini à l'en-

trée supérieure de l'amplificateur 7a de gain élevé. Lors-

que la tension en dents de scie, à l'entrée inférieure de l'amplificateur 7a, augmente jusqu'à une valeur égale au

signal du capteur, l'amplificateur 7a transmet une ten-

sion élevée de commutation au modulateur 9a. Comme décrit

dans la demande de brevet précitée no 79.22 123, il appa-

raît alors un signal sous forme d'un courant proportionnel modulé par largeur d'impulsion (à une fréquence de 500 Hz) appliqué à la bobine 34a du moteur-couple du canal A, par

l'intermédiaire du commutateur 17a, et un couple propor-

tionnel résultant est appliqué au rotor 41, celui-ci subis-

sant une précession dans le sens qui réduit le signal du capteur. Lorsque le signal d'erreur diminue vers zéro, les largeurs des impulsions positives deviennent de plus en plus étroites jusqu'à ce que, lorsque le signal du capteur est nul, les impulsions du moteur-couple correspondent à nouveau à la moitié de la valeur, dans un sens, et à la moitié de la valeur, dans l'autre sens, si bien qu'un couple

résultant nul est appliqué au rotor 41. Une opération ana-

logue a lieu lorsque l'aéronef subit une vitesse de rota-

tion autour de l'autre axe du gyroscope. Il faut noter que les deux signaux de moteur-couple proviennent d'une source

commune 8 de tensions de référence en dents de scie.

Comme décrit précédemment, on constate selon l'in-

vention que, lorsque les flancs postérieurs des impulsions de courant de moteur-couple à 500 Hz retombent à peu près en même temps, c'est-à-dire lorsqu'il y a un recouvrement des temps de descente des impulsions, le courant du flanc postérieur qui retombe le premier, parvenant à la bobine 34a ou 34b, provoque un couplage par transformateur dans

l'autre bobine du moteur-couple (étant donné leur induc-

tance mutuelle) si bien que, lorsque le courant du flanc postérieur commence à retomber, le courant couplé modifie

ce dernier et augmente ou réduit en fait le courant résul-

tant. Inversement, le courant du second flanc postérieur modifie la configuration du premier flanc à retomber, par

action mutuelle. Un certain nombre de tels cycles d'impul-

sions augmentées provoque manifestement l'application d'un couple résultant erroné au rotor 41 du gyroscope et une erreur indésirable par dérive de polarisation. Ce phénomène

est particulièrement prononcé pour de faibles vitesses an-

gulaires d'entrée, autour d'un axe ou de deux axes, pouvant

atteindre environ - 50 par seconde.

L'invention empêche le couplage perturbateur en

ne permettant pas le recouvrement des flancs postérieurs.

Comme indiqué sur les figures 1A, 1B et 2, il faut se rappeler que les amplificateurs comparateurs 7a et 7b qui reçoivent les tensions des signaux des capteurs et les tensions en dents de scie, sont des dispositifs classiques à gain élevé

et jouent pratiquement le rôle de commutateurs qui transmet-

tent, à la sortie, une tension négative relativement impor- tante, lorsque le signal en dents de scie est plus positif que le signal d'erreur de capteur. Selon l'invention, cette tension continue, provenant de la sortie de l'un ou l'autre comparateur 7a, 7b de l'un ou l'autre canal, est transmise sous forme croisée à l'entrée de l'onde en dents de scie de l'autre canal par un circuit de couplage, par exemple un circuit de formation d'impulsions. De préférence, le couplage comprend un circuit de dérivation comprenant un condensateur et une résistance montés en série, tels que

les condensateurs 40a, 40b et les résistances 41a, 41b.

Le circuit de couplage est réalisé de manière qu'il forme ce qu'on peut appeler une "impulsion de suppression" ayant une durée pratiquement égale au temps normal de descente

du flanc postérieur de l'onde rectangulaire de largeur va-

riable.

L'effet de cette alimentation croisée des impul-

sions entre les canaux est schématiquement représenté sur la figure 2. On suppose que l'amplificateur comparateur

7a du canal A est déclenché en premier (du fait des tolé-

rances des circuits et du fonctionnement d'un ensemble nor-

mal, la probabilité pour que les deux comparateurs soient

déclenchés exactement au même instant est extrêmement fai-

ble), et son signal continu de sortie est transmis par son circuit d'axe transversal, l'impulsion continue résultante étant trasmise à l'entrée de l'onde en dents de scie de l'amplificateur 7b dans un sens qui réduit la tension de l'onde en dents de scie à l'entrée du comparateur pendant

la durée de l'impulsion. En conséquence, le signal de sor-

tie de l'amplificateur comparateur 7b est retardé et, à

son tour, la retombée du flanc postérieur de l'onde rec-

tangulaire résultante de courant est inhibée si bien que le courant variable de l'onde rectangulaire du canal A ne peut pas être couplé à la bobine 34b du moteur-couple 1 9 du canal B. Une opération analogue a lieu lorsque le flanc postérieur de l'onde du canal B apparaît en premier. Les hommes du métier peuvent noter que les formes d'onde de la figure 2 sont très exagérées et, en pratique, le signal du capteur du gyroscope ne varie pas aussi rapidement par rapport à la fréquence de l'onde en dents de scie. Dans un mode de réalisation par exemple, l'onde en dents de scie varie à une fréquence de 500 Hz alors que les variations normales du signal du gyroscope correspondent à quelques

Hertz.

Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs. Par exemple, l'impulsion de suppression peut ne pas être créée par des techniques analogiques mais par des techniques de comptage numérique. Le signal de sortie de l'amplificateur comparateur peut déclencher un compteur

numérique qui compte un nombre prédéterminé de cycles d'hor-

loge afin qu'il crée le retard voulu. En outre, les modula-

teurs de largeur d'impulsion des canaux A et B peuvent ne pas être commandés en synchronisme par une source commune d'ondes en dents de scie mais peuvent être commandés par

des ondes en dents de scie de fréquences identiques, convena-

blement déphasées.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Ensemble gyroscopique de référence pour véhicule

destiné à naviguer, du type qui comprend au moins un gyros-

cope à rééquilibrage de couple et à deux degrés de liberté comprenant un rotor libre destiné à tourner autour d'un axe de rotation et à pivoter librement autour de deux axes

de détection perpendiculaires l'un à l'autre et perpendicu-

laires à l'axe de rotation, lorsque le véhicule tourne,

les bobines de capteur ayant une source alternative de ré-

férence qui leur est reliée et qui est couplée au rotor afin qu'elle détecte le pivotement du rotor autour des axes

de détection et transmette des signaux alternatifs corres-

pondants en fonction de ce pivotement, et des bobines de moteur-couple qui sont aussi couplées au rotor et destinées

à lui appliquer des couples en fonction de signaux alterna-

tifs proportionnels aux signaux des capteurs afin que ceux-

ci soient réduits à zéro, si bien que les courants des mo-

teurs couples sont proportionnels à la rotation de l'aéro-

nef, ledit ensemble étant caractérisé en ce qu'il comprend

en outre un appareil de compensation de tout couplage élec-

tromagnétique entre les bobines de moteur-couple (34a, 34b) agissant autour d'axes adjacents, l'appareil comprenant un dispositif de réglage de largeur d'impulsion (7a, 9a; 7b, 9b) comprenant des comparateurs (7a, 7b) commandés

par les signaux des capteurs et par une tension (8) de réfé-

rence en dents de scie, de manière qu'ils transmettent des trains correspondants d'impulsions de courant sous forme

d'ondes pratiquement rectangulaires aux bobines correspon-

dantes de moteur-couple (34a, 34b), chacune des ondes rec-

tangulaires des trains d'impulsions ayant un premier flanc dont le moment de l'apparition varie avec l'amplitude des signaux des capteurs, et des circuits (40a, 41a; 40b, 41b)

commandés par le comparateur correspondant (7a, 7b) et des-

tinés à empêcher que lesdits flancs variant au cours du

temps des trains respectifs d'impulsions à ondes rectangu-

laires coïncident pratiquement.

2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé

en ce qu'un multiple entier de la fréquence des trains d'im-

pulsions de moteur-couple à ondes rectangulaires diffère de la fréquence de la source de référence des capteurs (8)

d'une quantité notable, de manière que le couplage électro-

magnétique soit évité entre une bobine donnée de capteur (33a, 33b) et une bobine adjacente de moteur-couple (34a, 34b).

3. Ensemble selon l'une des revendications 1 et 2,

caractérisé en ce que les circuits comprennent des disposi-

tifs (40a, 41a; 40b, 41b) qui sont commandés par celui

des signaux de sortie des comparateurs (7a, 7b) qui appa-

raît le premier et qui retarde le signal de sortie de l'au-

tre comparateur pendant un temps prédéterminé.

4. Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que les circuits comprennent des condensateurs (40a, b).

5. Ensemble selon l'une des revendications 3 et 4,

caractérisé en ce que les circuits comprennent des circuits

à résistance et capacité (40a, 41a; 40b, 41b).

6. Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit à résistance et capacité comprend un condensateur et une résistance montés en série (40a, 41a;

b, 41b).