EP0043772A1 - Method and system for controlling a mobile platform mounted on a spacecraft - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne les systèmes permettant d'orienter une plate-forme mobile montée à bord d'un véhicule spatial.The present invention relates to systems for orienting a mobile platform mounted on board a spacecraft.
On connaît différents systèmes supports de plate-forme mobile, en particulier ceux décrits dans les brevets français de la Demanderesse N° 79.05 283 et N° 79.15 593. La commande de la plate-forme proposée dans le brevet N° 79.05 283 utilise le signal d'un détecteur radiofréquence visant une balise terrestre. Ledit détecteur est soit porté par la plate-forme, soit porté par le satellite lui-même mais dans ce cas la plate-forme supporte un réflecteur qui focalise le faisceau radio-électrique de la balise. La commande proposée dans le brevet N° 79.15 593 utilise un détecteur infrarouge et visant la terre par l'intermédiaire d'un miroir plan lié à la plate-forme mobile.Various mobile platform support systems are known, in particular those described in the French patents of the Applicant N ° 79.05 283 and N ° 79.15 593. The control of the platform proposed in the patent N ° 79.05 283 uses the signal a radiofrequency detector targeting a terrestrial beacon. Said detector is either carried by the platform or carried by the satellite itself but in this case the platform supports a reflector which focuses the radioelectric beam of the beacon. The command proposed in patent No. 79.15 593 uses an infrared detector and targeting the earth by means of a plane mirror linked to the mobile platform.
Toutefois, cette conception comporte certains inconvénients. Le réflecteur comporte généralement une fenêtre laissant passer les ondes en provenance de la terre et à destination du détecteur infrarouge mais cela déforme le faisceau radio-électrique réfléchi par le réflecteur et affecte la précision du détecteur terrestre.However, this design has certain drawbacks. The reflector generally has a window allowing waves to pass from the earth to the infrared detector, but this distorts the radioelectric beam reflected by the reflector and affects the accuracy of the terrestrial detector.
En outre, l'axe du faisceau réfléchi par le miroir plan a une rotation double de celle dudit miroir, ce qui n'est qu'une approximation dans le cas du réflecteur parabolique.In addition, the axis of the beam reflected by the plane mirror has a rotation twice that of said mirror, which is only an approximation in the case of the parabolic reflector.
La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'asservissement d'une plate-forme mobile portant une antenne ou tout autre système, ledit procédé garantissant un asservissement autonome à bord du satellite, indépendant d'une référence externe.The present invention relates to a method and a device for controlling a mobile platform carrying an antenna or any other system, said method guaranteeing an autonomous control on board the satellite, independent of an external reference.
Dans ce but le système d'orientation de la plate-forme est muni de détecteurs de position. Les détecteurs peuvent être placés selon deux axes quelconques de rotation de la plate-forme mais il est avantageux de choisir les deux axes selon lesquels agissent les actuateurs, tels qu'ils sont décrits dans le brevet précité N° 79 05 283.For this purpose, the platform orientation system is provided with position detectors. The detectors can be placed along any two axes of rotation of the platform, but it is advantageous to choose the two axes along which the actuators act, as described in the aforementioned patent No. 79 05 283.
La commande des actuateurs à partir des détecteurs de position garantit à la plate-forme une réponse très rapide. La plate-forme reste fixe par rapport au satellite, en absence de couple ou force extérieure. Le procédé a l'avantage de contrer de façon autonome les perturbations les plus brutales rencontrées à bord des satellites, c'est-à-dire les effets sur la plate-forme des accélérations linéaires du satellite.Controlling actuators from position sensors ensures platform response very fast. The platform remains fixed relative to the satellite, in the absence of torque or external force. The process has the advantage of autonomously countering the most brutal disturbances encountered on board satellites, that is to say the effects on the platform of the linear accelerations of the satellite.
Cela se produit périodiquement lors de l'allumage des tuyères de contrôle d'orbite sur ordre du sol.This occurs periodically when switching on the orbit control nozzles on ground order.
Un autre avantage du procédé est que la boucle d'asservissement peut être une boucle à grand gain car elle n'inclut pas les détecteurs propres au satellite, comme les détecteurs terrestres par exemple qui présentent en général le double inconvénient de posséder un temps de reprise relativement long et un rapport signal sur bruit assez faible. Par contre, il est aisé de trouver des détecteurs de position et si nécesaire de vitesse très performants ou encore des détecteurs d'accélération. Les détections peuvent être linéaires ou angulaires. Par exemple on peut utiliser des détecteurs basés sur le principe de transformateurs différentiels qui sont très rapides et très peu bruités, ou encore des détecteurs basés sur l'utilisation de courants de Foucault, ou des détecteurs à principe optique, ou encore des détecteurs capacitifs.Another advantage of the method is that the control loop can be a high gain loop because it does not include detectors specific to the satellite, such as terrestrial detectors for example which generally have the double disadvantage of having a recovery time. relatively long and a fairly low signal-to-noise ratio. On the other hand, it is easy to find very efficient position and if necessary speed detectors or even acceleration detectors. Detections can be linear or angular. For example, it is possible to use detectors based on the principle of differential transformers which are very fast and very little noise, or detectors based on the use of eddy currents, or detectors with an optical principle, or even capacitive detectors.
Par la suite on appellera ce dispositif à large bande passante le dispositif primaire.Thereafter, this broadband device will be called the primary device.
L'autonomie du dispositif primaire qui, comme on l'a remarqué, n'utilise aucun détecteur visant une cible extérieure au satellite, est avantageuse parce que le satellite peut subir une coupure brève de liaison avec le sol sans que l'asservissement de la plate-forme soit coupé, c'est-à-dire que la plate-forme ne se trouve jamais en oscillations libres, non amorties, autour de son support flexible, ce qui est une amélioration du dispositif proposé dans les brevets précités N° 79.05 283 et N° 79.15 593.The autonomy of the primary device which, as noted, does not use any detector aimed at a target external to the satellite, is advantageous because the satellite can undergo a brief cut in connection with the ground without the servo-control of the platform is cut, that is to say that the platform is never in free oscillations, not damped, around its flexible support, which is an improvement of the device proposed in the aforementioned patents N ° 79.05 283 and No. 79.15 593.
On pourra appeler ce procédé d'asservissement autonome sans commande extérieure le procédé "d'attente".We can call this autonomous control process without external control the "waiting" process.
Conformément à l'invention on a aussi la possibilité d'ajouter une commande extérieure à la plate-forme.In accordance with the invention there is also the possibility of adding an external control to the platform.
On peut ainsi commander un dépointage permanent par rapport au satellite. Dans une variante ce dépointage peut varier dans le temps, suivant les informations d'un détecteur quelconque, par exemple en raison inverse des mouvements angulaires du satellite par rapport à la cible, par exemple par rapport à la direction géocentrique.It is thus possible to command a permanent depointing with respect to the satellite. In a variant, this deflection can vary over time, according to the information of any detector, for example due to the angular movements of the satellite relative to the target, for example relative to the geocentric direction.
Le pointage de la plate-forme se trouve alors asservi à la cible par une boucle secondaire d'asservissement, ladite boucle étant à bande passante plus étroite que le dispositif primaire.The pointing of the platform is then enslaved to the target by a secondary servo loop, said loop being with narrower bandwidth than the primary device.
Une possibilité est d'utiliser l'information fournie par un détecteur porté par le satellite, un détecteur terrestre ou tout autre détecteur. La faible bande passante de la boucle secondaire, suffisante pour compenser les lents dépointages du satellite, a l'avantage de s'accommoder du retard et/ou du bruit éventuels du détecteur.One possibility is to use the information provided by a detector carried by the satellite, a terrestrial detector or any other detector. The low bandwidth of the secondary loop, sufficient to compensate for the slow deflections of the satellite, has the advantage of accommodating the possible delay and / or noise of the detector.
Dans le cas où la plate-forme mobile supporte l'ensemble du dispositif à pointer, par exemple l'ensemble d'une antenne et non pas seulement le réflecteur, une possibilité avantageuse est d'utiliser pour la boucle secondaire un détecteur placé sur la plate-forme elle-même. Le détecteur, peut être du type radiofréquence, infrarouge ou d'un tout autre type.In the case where the mobile platform supports the whole of the pointing device, for example the whole of an antenna and not only the reflector, an advantageous possibility is to use for the secondary loop a detector placed on the platform itself. The detector can be of the radiofrequency, infrared or any other type.
Cette solution est avantageuse à plusieurs points de vue :
- - elle s'accommode du retard et du bruit du détecteur
- - elle minimise les erreurs dues au mésalignement du détecteur lors de l'intégration du satellite puisqu'il est plus aisément aligné par rapport à la plate-forme
- - elle minimise les erreurs du détecteur lui-même car celui-ci est utilisé en détecteur de zéro, toujours pointé dans la direction de la cible, et non pas dépointé suivant les dépointages du satellite
- - elle compense automatiquement les erreurs à variation relativement lente du dispositif primaire, par exemple les erreurs d'origine thermique des détecteurs de position, des erreurs d'alignement de ces détecteurs, les décalages introduits par le vieillissement de l'électronique du dispositif primaire.
- - it accommodates the delay and noise of the detector
- - it minimizes errors due to misalignment of the detector during the integration of the satellite since it is more easily aligned with respect to the platform
- - it minimizes the errors of the detector itself because it is used as a zero detector, always pointed in the direction of the target, and not deferred according to the deflections of the satellite
- - it automatically compensates for errors with relatively slow variation of the primary device, for example errors of thermal origin of the position detectors, alignment errors of these detectors, offsets introduced by the aging of the electronics of the primary device.
L'utilisation d'un détecteur porté par la plate-forme elle-même permet éventuellement de supprimer le ou les détecteurs habituellement montés sur le satellite.The use of a detector carried by the platform itself possibly makes it possible to eliminate the detector or detectors usually mounted on the satellite.
On peut en effet limiter les dépointages du satellite par un dispositif de stabilisation utilisant simplement les informations de la plate-forme mobile, c'est-à-dire les signaux des détecteurs de position, et éventuellement les signaux des détecteurs de vitesse de la plate-forme et les signaux du détecteur monté sur la plate-forme.It is indeed possible to limit the deviations of the satellite by a stabilization device simply using the information of the mobile platform, that is to say the signals of the position detectors, and possibly the signals of the speed detectors of the platform. -form and signals from the detector mounted on the platform.
Dans une variante la commande extérieure provient d'un détecteur particulier qui est le détecteur de position d'une autre plate-forme.In a variant, the external control comes from a particular detector which is the position detector of another platform.
La boucle secondaire réalise alors une plate-forme esclave, obéissant aux commandes de la plate-forme maîtresse.The secondary loop then realizes a slave platform, obeying the commands of the master platform.
Les deux plates-formes restent alors pointées dans une ou deux directions indépendamment des mouvements du satellite. On peut également ajouter un décalage dans la boucle secondaire de la plate-forme esclave pour commander un dépointage par rapport à la plate-forme maîtresse.The two platforms then remain pointed in one or two directions independently of the movements of the satellite. It is also possible to add an offset in the secondary loop of the slave platform to control a depointing with respect to the master platform.
Le dispositif aura des applications avantageuses pour les satellites de communication ou de télévision à antennes multiples, en particulier pour émettre sur une zone déterminée, à partir d'émetteurs terrestres dont l'emplacement peut varier, ou encore pour émettre sur une cible réceptrice mobile par rapport à l'émetteur terrestre.The device will have advantageous applications for communication or television satellites with multiple antennas, in particular for transmitting on a determined area, from terrestrial transmitters whose location may vary, or even for transmitting on a mobile receiving target by report to the terrestrial transmitter.
Les dispositifs sont conçus de façon redondante. Ils comprennent donc toujours au moins deux détecteurs primaires et/ou deux détecteurs secondaires. Les actuateurs et les électroniques de commande du dispositif primaire sont également au moins doublés.The devices are designed redundantly. They therefore always include at least two primary detectors and / or two secondary detectors. The actuators and the control electronics of the primary device are also at least doubled.
De nombreuses autres variantes de mise en oeuvre de l'invention sont possibles. Mais seuls quelques cas particuliers sont décrits à titre d'exemple.Many other alternative embodiments of the invention are possible. However, only a few specific cases are described by way of example.
D'autres particularités, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui est donnée ci-après de différentes formes de réalisation possibles de ladite invention, en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels :
- la figue 1 est un schéma synoptique du circuit du dispositif primaire ;
- la figure 2 est un schéma synoptique d'une variante de la figure 1 permettant d'utiliser comme commande extérieure la détection d'un détecteur porté par le satellite, la plate-forme mobile supportant un réflecteur d'antenne ;
- la figure 3 est un schéma synoptique d'une autre variante de la figure 2 permettant d'utiliser comme commande extérieure la détection d'un détecteur porté par le corps, la plate-forme mobile supportant l'ensemble de l'antenne ;
- la figure 4 est un schéma synoptique d'une variante de la figure 1 permettant d'utiliser un détecteur porté par la plate-forme, elle-même supportant l'ensemble de l'antenne ;
- la figure 5 est une vue de détail permettant de montrer comment il est possible de commander le dispositif de la figure 4 suivant deux axes ; et
- la figure 6 est un schéma synoptique d'une variante de la figure 1 permettant d'asservir une plate-forme esclave à une plate-forme maîtresse.
- fig 1 is a block diagram of the circuit of the primary device;
- FIG. 2 is a block diagram of a variant of FIG. 1 enabling the detection of a detector carried by the satellite to be used as an external control, the mobile platform supporting an antenna reflector;
- Figure 3 is a block diagram of another variant of Figure 2 for using as external control the detection of a detector carried by the body, the movable platform supporting the entire antenna;
- Figure 4 is a block diagram of a variant of Figure 1 for using a detector carried by the platform, itself supporting the entire antenna;
- Figure 5 is a detail view to show how it is possible to control the device of Figure 4 along two axes; and
- Figure 6 is a block diagram of a variant of Figure 1 for controlling a slave platform to a master platform.
Le mode d'exécution de l'invention schématisé sur la figure 1 est destiné à réaliser la commande de rotation de la plate-forme 1. L'organe d'entrée du circuit primaire de commande de couple est un détecteur de position 2 schématisé ici comme un système électromagnétique à noyau plongeur. Le dispositif comporte une électronique qui peut être regardée comme comportant un circuit de commande primaire, à large bande passante et un circuit d'asservissement secondaire à faible bande passante. Le circuit de commande primaire est composé d'un réseau correcteur 3, par exemple P.I.D., c'est-à-dire un asservissement basé sur les informations de Position, d'Intégrale de la position et de Dérivée de la position, c'est-à-dire la vitesse. La fonction de transfert d'un tel réseau peut se représenter en transformée de Laplace suivant la formule :
- K1 et K2 sont.des gains d'amplification ;
- W a et W b sont des pulsations propres caractéristiques du réseau correcteur ;
- correcteur est l'amortissement propre du réseau correcteur ;
- p est la variable de Laplace.
- K 1 and K 2 are amplification gains;
- W a and W b are specific pulses characteristic of the correction network;
- corrector is the proper amortization of the corrector network;
- p is the Laplace variable.
La sortie du réseau 3 fournit un signal à un étage de puissance 4 qui peut par exemple être un amplificateur en courant, c'est-à-dire un dispositif qui transforme une tension en courant avec un gain déterminé, caractérisé en ampères de sortie par volts d'entrée. L'étage de puissance 4 attaque la ou les bobines 5 d'un actuateur linéaire composé d'une ou plusieurs bobines se déplaçant dans l'entrefer d'un circuit magnétique 6 porté par la plate-forme mobile autour d'un pivot flexible 7. Une commande extérieure 8 peut être ajoutée par l'intermédiaire du circuit secondaire 9 composé d'un filtre adapté à la commande utilisée.The output of the
L'ensemble est conçu de façon redondante, c'est-à-dire qu'il comporte au moins deux détecteurs primaires 2 et 2a et deux actuateurs 5 et 5a, 6 et 6a, ainsi que deux chaînes 3, 4, 9, 8 et 3a, 4a, 9a, 8a.The assembly is designed redundantly, that is to say that it comprises at least two
La variante de la figure 1 représentée figure 2 schématise le circuit où la commande extérieure 9 provient d'un détecteur 10, placé sur le satellite 11. L'antenne se compose d'un réflecteur mobile 12 porté par la plate-forme 15 et d'une source radiofréquence 13 portée par le satellite.The variant of Figure 1 shown in Figure 2 shows schematically the circuit where the
Le détecteur 10 peut être un détecteur terrestre, ou un détecteur solaire ou encore un détecteur d'étoile, l'antenne émettrice composée du réflecteur 12, et du cornet 13 peut être adaptée pour servir, en plus, de détecteur radiofréquence dont le signal peut être utilisé comme signal extérieur pour la boucle secondaire.The
Dans la variante de la figure 2 représentée figure 3, l'antenne 12, 13, 14 est entièrement montée sur la plate-forme mobile 15. On distingue bien dans cet exemple le dispositif primaire constitué par la boucle 16 et l'asservissement secondaire constitué par le détecteur 10 et le réseau 9. L'antenne 14 peut être remplacée par tout autre dispositif devant être pointé finement, par exemple un radiomètre, un appareil de prise d'images ou encore un appareil scientifique de mesures.In the variant of FIG. 2 represented in FIG. 3, the
Dans la variante de la figure 1 représentée figure 4, le détecteur 17, qui peut être un détecteur terrestre ou un détecteur d'écartométrie radiofréquence, est placé sur la plate-forme mobile 15. Celle-ci soutient l'ensemble antenne composée d'une tour 18, d'un émetteur ou récepteur 13 et d'un réflecteur 19.In the variant of FIG. 1 represented in FIG. 4, the
Le pivot flexible 7 reliant l'antenne au corps de satellite 11 est dans cet exemple placé sous un pied de la tour 18, alors que l'actuateur 6 et le détecteur 2 sont placés sous un autre pied de la tour. Un seul axe est représenté sur la figure 4 pour faciliter la compréhension mais il est bien entendu que le dispositif agit suivant deux axes. Comme on le voit sur la figure 5 le support flexible 7 est sous un pied de la tour, deux autres pieds comportent un ensemble actuateur-détecteur 2x, 6x, d'une part, et 2y, 6y, d'autre part, pour commander le dispositif suivant deux axes xx, yy.The
Bien entendu de nombreuses autres configurations de pivot et d'actuateurs sont possibles.Of course, many other pivot and actuator configurations are possible.
On distingue encore dans cet exemple le dispositif primaire constitué par la boucle 16 et la boucle secondaire constituée par le détecteur 17 et le filtre 9, qui dans ce cas peut être simplement un intégrateur.In this example, the primary device constituted by
Dans la variante de la figure 1 représentée sur la figure 6 le signal du détecteur de position 20 d'une plate-forme maîtresse 21 est utilisé comme commande du circuit secondaire d'une plate-forme esclave 22. Il n'est pas préjugé du dispositif d'asservissement de la plate-forme maîtresse, qui peut par exemple être réalisé suivant une des variantes de la figure 1. Une commande de dépointage relatif 23, entre 21 et 22, peut être introduite en 3.In the variant of FIG. 1 shown in FIG. 6, the signal from the position detector 20 of a
Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter des équivalences techniques dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de ladite invention, qui est défini dans les revendications annexées.It goes without saying that the present invention has only been described and shown as a preferred example and that technical equivalences may be made in its constituent elements without going beyond the ambit of said invention, which is defined in the appended claims.
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