DESCRIPTION TITRE : Asservissement adaptatif d’un viseur optronique Domaine technique de l’invention La présente invention concerne l’asservissement d’un viseur optronique pour engin motorisé tel qu’un véhicule aérien, marin ou terrestre. Etat de la technique antérieure En référence aux figures 1 et 2, qui il lustrent un viseur optronique et un diagramme de fonctionnement d’un tel viseur selon l’état de la technique, un viseur optronique 2 est constitué d’un ensemble de caméras et / ou de dispositif de pointage, appelé module de visée 4. Ce module de visée 4 est placé sur un support 6 d’un engin motorisé et peut se mouvoir selon deux axes 8a, 10. La ligne de visée 12 dudit viseur optronique 2 désigne l’axe optique sortant de l’un de ces capteurs. Le but du viseur optronique 2 est d’orienter la ligne de visée 12 vers une cible quels que soient les mouvements de l’engin motorisés et/ou de la cible, et quel que soit l’environnement extérieur (conditions atmosphériques, etc.) . A cette fin, ledit module de visée 4 comporte des moyens de mesure 14 en continu d’une donnée angulaire, i .e. un gyromètre dans le cas de la mesure de la vitesse angulaire ou un gyroscope pour mesurer la position angulaire de la ligne de visée 12, comme cela est illustré en figure 1. L’engin porteur, de par ses mouvements ou ses régimes de motorisation, engendre des perturbations angulaires qui détériorent la stabil isation de la ligne de visée 12 des viseurs optroniques 2. Il est alors nécessaire de mettre en place un processus permettant de stabiliser l’image de manière précise et donc notamment de corriger la donnée angulaire (vitesse ou position angulaire) de la ligne de visée 12 grâce à un correcteur 15. Cette correction se fait ensuite par l’intermédiaire de moyens de commande 16 des moyens de déplacement 17a, 17b qui peuvent comprendre des cardans actionnés par des moteurs.

Pour rejeter les perturbations vibratoires agissant sur le module de visée 4 et rendre ainsi la ligne de visée 12 fixe dans un repère inertiel, il est donc nécessaire que la somme des couples, i.e. le couple moteur le couple dû aux perturbations et le couple de frottement Cf dû aux roulements des cardans, appliqués au module de visée 4 soit nulle.

Pour cela, il est classiquement connu d’utiliser une boucle d’ asservissement 20 capable d’ agir sur la donnée angulaire (vitesse ou position) de la ligne de visée 12 comme illustré en figure 2. Chaque bloc de ladite boucle d’ asservissement 20 peut être conçu comme un système, c’ est-à-dire un ensemble de relations liant des entrées et des sorties qui peuvent être explicitées à l’ aide de fonctions de transfert.

Le but de la boucle d’ asservissement 20 est donc de permettre aux moteurs de générer un couple Cmot qui compense notamment le couple de frottement Cf au niveau des cardans motorisés pour stabiliser l’ orientation angulaire de la ligne de visée, lorsqu’un engin porteur embarquant le viseur bouge angulairement. On parlera alors de fonction de transfert entre une tension u et un couple La consigne u des moteurs est générée par la sortie d’un correcteur K. Cette boucle d’ asservissement a pour objectif de faire tendre la sortie y vers une référence y _c k, bien que les moteurs et cardans soient soumis à des perturbations dues au roulement des cardans et à la perturbation angulaire

La fonction d’ asservissement de la ligne de visée du viseur optronique 2 comprend une partie analogique 22 et une partie numérique 24. Tout d’ abord, dans la partie analogique 22, les raies spectrales associées aux vibrations perturbatrices engendrées par la rotation du rotor et des pales d’un hélicoptère sont identifiées et des filtres fixes sur ces raies spectrales seront par la suite constitués. Ainsi, la fonction de transfert permet de modéliser l’ impact des vibrations perturbatrices ^sur l’ orientation angulaire de la ligne de visée. En sortie de la fonction de transfert, on obtient donc la perturbation angulaire de la ligne de visée due aux vibrations perturbatrices qui pourra ainsi être considérée dans la boucle d’ asservissement du viseur optronique. Cette méthode d’ asservissement se base donc sur une connaissance a priori d’un modèle du système étudié.

Ensuite, une autre des étapes consiste à modéliser la dynamique de la mesure de la donnée angulaire (position ou vitesse angulaire) de la ligne de visée par une fonction de transfert appelée Cette fonction de transfert se base soit sur la mesure y de la position de la ligne de visée par l’ intermédiaire d’un gyroscope, soit sur la mesure y de la vitesse angulaire de la ligne de visée obtenue par un gyromètre ou plus précisément par le capteur inertiel du gyromètre. La mesure de la donnée angulaire de la ligne de visée y _m obtenue passe dès lors par un Convertisseur Analogique Numérique (CAN) et est ainsi échantillonnée pour devenir la mesure échantillonnée y _m k. Une erreur d’ asservissement est alors obtenue par différence entre une référence y _c k et la mesure échantillonnée Cette erreur d’ asservissement passe alors en entrée d’un correcteur K linéaire et invariant dans le temps.

Ce dernier est calculé en vue de compenser les vibrations perturbatrices dont la fréquence fondamentale est fixe dans le temps. L’implémentation logicielle dudit correcteur K se fait sous forme de combinaison (somme et/ou produit) de filtres linéaires numériques du second ordre. En sortie de ce correcteur est obtenue une commande moteur numérique Uk qui est ensuite transformée en commande analogique u (tension) par un Convertisseur Numérique Analogique (CNA) . Cette commande analogique u est appliquée au moteur électrique, modélisé par la fonction de transfert qui délivre en conséquence un couple électromécanique. Elle permet ainsi d’ obtenir le couple électromécanique à fournir par le moteur pour tourner les cardans. Plus l’ erreur sera importante, plus le couple fourni par les moteurs devra être important afin de réduire cette erreur. Le couple électromécanique Cmot fourni par le moteur actionne les cardans modélisés par la fonction de transfert afin de compenser/annuler l’erreur ε _k . Cette erreur est due d’une part au couple perturbateur de frottements dans les roulements des cardans et d’autre part à la perturbation angulaire δ _y . Par ailleurs, le viseur optique est généralement équipé d’au moins une machine à froid intégrée qui est destinée à refroidir le ou les modules de visée. Tel est en particulier le cas des modules de visée qui intègrent un senseur optique à infra-rouges qui nécessite un contrôle de température. La machine à froid génère également des perturbations sinusoïdales dont la fréquence varie en fonction de la température requise pour refroidir le module de visée, qui dépend elle-même de la température de l’environnement extérieur. Dans l’état de la technique antérieure, ces perturbations sont subies et ne sont pas compensées par les correcteurs de la boucle d’asservissement. La machine à froid est donc également une source de perturbation pour la ligne de visée, dont la fréquence propre varie. Le but de l’invention est donc de proposer un viseur optique capable, de compenser les perturbations engendrées par un ou plusieurs générateurs de perturbation embarqués internes susceptible d’influer sur la ligne de visée. Présentation de l’invention L’invention a donc pour objet un viseur optronique pour engin motorisé tel qu’un véhicule aérien, marin ou terrestre, comprenant : - un module de visée apte à être déplacé autour d’un premier axe et d’un second axe (10) non parallèle au premier axe, - des moyens de déplacement du module de visée autour du premier et du second axe, - des moyens de mesure en continu d’une donnée angulaire dudit module autour des premier et second axes. Le viseur optique comprend en outre une boucle d’asservissement comprenant : des moyens d’ acquisition de la fréquence fondamentale de perturbations vibratoires engendrées par le fonctionnement d’ au moins un dispositif du viseur, et un correcteur adaptatif configuré pour recevoir en entrée :

- ladite fréquence fondamentale,

- un écart entre une valeur de consigne angulaire et ladite donnée angulaire

- fournir en sortie une valeur de consigne de déplacement aux moyens de déplacement.

Ainsi le correcteur adaptatif varie en fonction de la fréquence des vibrations perturbatrices par le fonctionnement d’un dispositif embarqué, tel qu’une machine à froid destinée au refroidissement d’un senseur optique à infrarouges, tout en garantissant la stabilité de la boucle d’ asservissement.

Le correcteur adaptatif peut être relié audit dispositif du viseur par une liaison de communication numérique sur laquelle est transmise ladite fréquence fondamentale des perturbations vibratoires.

Avantageusement, la liaison de communication est reliée à un module électronique de pilotage dudit dispositif du viseur délivrant la fréquence fondamentale.

Les moyens de mesure en continu de ladite donnée angulaire peuvent comporter un gyroscope apte à obtenir une position angulaire ou un gyromètre apte à obtenir une vitesse angulaire.

Le correcteur adaptatif peut être un correcteur Linéaire à Paramètres Variants.

Ce correcteur Linéaire à Paramètre Variant est linéaire mais variant dans le temps, en fonction de paramètres mesurables ou identifiables. Il dépend linéairement du paramètre variant.

Ledit correcteur adaptatif peut suivre la représentation d’ état selon la formule suivante : où Xk est la variable d’ état du correcteur, est l’erreur d’ asservissement en entrée du correcteur, Uk est la commande moteur numérique calculée par le correcteur (sortie du correcteur), f sont deux fréquences bornant la fréquence fondamentale en temps rée des vibrations perturbatrices Le correcteur Linéaire à Paramètres Variants (LPV) peut comprendre les matrices d’état affines suivantes : où Ao, Bo, Co, Do, A1 , B1, C1 , D1 désignent des gains matriciels qui sont les paramètres sauvegardés en mémoire d’un logiciel qui implémente ledit correcteur.

Le premier axe et le second axe peuvent être perpendiculaires l’un à l’ autre. L’invention a également pour objet un engin motorisé tel qu’un hélicoptère, un véhicule aérien , marin ou terrestre comprenant un viseur optronique tel que défini ci-dessus.

Brève description des figures

[Fig. 1 ] est une vue schématique d’un viseur optronique de l’ art antérieur, [Fig. 2] est un diagramme représentant le fonctionnement d’un viseur optronique dans l’ art antérieur,

[Fig. 3] est une vue schématique d’un viseur optronique selon l’invention, [Fig. 4] est un diagramme représentant le fonctionnement d’un viseur optronique selon l’ invention, Description détaillée de l’invention

Les figures 3 et 4, sur laquelle des éléments identiques à ceux des figures 1 et 2 portent les mêmes références numériques, illustrent respectivement une vue schématique d’un viseur optronique 2 et un diagramme représentant le fonctionnement d’un tel viseur selon une forme de réalisation de l’ invention. Le viseur optronique 2 comprend notamment : un module de visée 4 apte à être déplacé autour d’un premier axe 8a et un second axe 10 perpendiculaire au premier axe, des moyens de déplacement 17a, 17b du module de visée 4 autour du premier 8a et du second axe 10, des moyens de mesure 14 en continu d’une donnée angulaire dudit module autour des premier 8a et second axe 10.

Dans le mode de réalisation illustré aux figures, le premier axe 8a et le second axe 10 sont perpendiculaires mais on comprend que les détails de réalisations donnés ci-après sont également applicables à des réalisations dans lesquelles les axes ne sont pas perpendiculaires ni même sécants. Le premier axe 8a et le second axe 10 peuvent également être sécants et non perpendiculaires.

Le mode de réalisation des figures 3 et 4 est destiné à asservir la position du viseur optique sur une valeur de consigne angulaire y _c et à compenser les vibrations engendrées lors du fonctionnement de dispositifs internes embarqués à bord du viseur optronique, dont la fréquence fondamentale est connue ou peut être estimée.

Il peut s’ agir de tout type de dispositif embarqué dans le viseur. Toutefois, le mode de réalisation décrit s’ applique à la compensation des vibrations engendrées lors du fonctionnement d’une machine à froid MàF destinée au refroidissement d’un senseur optique à infra-rouges et dont le fonctionnement engendre des vibrations dont la fréquence varie en fonction du régime de fonctionnement de la machine, et donc en fonction de la température de l’ environnement de la machine.

L’ asservissement de la position du viseur optique utilise une mesure de la donnée angulaire de la ligne de visée obtenue soit à partir de la mesure y de la position de la ligne de visée par l’ intermédiaire d’un gyroscope, soit à partir de la mesure y de la vitesse angulaire de la ligne de visée obtenue par un gyromètre ou plus précisément par le capteur inertiel du gyromètre. La dynamique de la mesure de donnée angulaire (position ou vitesse angulaire) de la ligne de visée est ensuite modélisée par une fonction de transfert et la donnée modélisée passe par un Convertisseur Analogique Numérique (CAN) et est ainsi échantillonnée pour devenir la mesure échantillonnée y _m k. Une erreur d’ asservissement est alors obtenue par différence entre une référence y _c et la mesure échantillonnée Cette erreur d’ asservissement passe alors en entrée d’un correcteur K 26 linéaire et invariant dans le temps.

Par ailleurs, le viseur optronique 2 des figures 3 et 4 diffère du viseur optronique 2 présenté en référence aux figures 1 et 2 en ce que, dans la boucle d’ asservissement 34 selon la présente divulgation, en entrée du correcteur K, on trouve désormais non seulement l’ erreur d’ asservissement qui est fonction de la mesure échantillonnée de la donnée angulaire mais aussi la fréquence fondamentale f ariant en temps réel, des vibrations perturbatrices _f de la machine à froid.

Le correcteur adaptatif 26 est donc calculé en vue de compenser les vibrations perturbatrice dont la fréquence fondamentale f _v k varie dans le temps en fonction du régime de fonctionnement du dispositif, ici la machine à froid, qui génère ces perturbations. Pour cela, la fréquence d’ excitation de la machine à froid qui dépend du régime nécessaire au refroidissement du senseur optique, est fournie au correcteur par un module électronique de pilotage 28 de la machine à froid par l’ intermédiaire d’une liaison numérique de communication. Plus précisément, le module électronique de pilotage de la machine à froid délivre au correcteur une estimation de la fréquence fondamentale des vibrations, cette estimation pouvant avantageusement être est imée à partir du régime de fonctionnement de la machine. Concernant les calculs opérés par le correcteur adaptatif t rois techniques peuvent être utilisées : soit en utilisant une commande Linéaire à Paramètres Variants (LPV), soit par le biais d’un correcteur symbolique, soit par une combinaison de ces deux types de correcteurs (LPV et symbolique). Dans le cas d’un correcteur à commande LPV, une représentation d’état minimale du système ( ) est désigné par (A, B, C, D) avec A ∈ B L’implémentation logicielle sous forme d’état du correcteur adaptatif se fait selon la relation suivante : où x _k ∈ ℝ ^{^^^^} est la variable d’état du correcteur adaptatif, ε _k est l’erreur d’asservissement en entrée du correcteur adaptatif, u _k est la commande numérique des moyens de déplacement calculée par le correcteur adaptatif (sortie du correcteur adaptatif) , f _min et f _max sont deux fréquences bornant la fréquence fondamentale en temps réel _^ des vibrations perturbatrices γ _màf . Les matrices d’état (A, B, C, D) sont affines en et s’écrivent sous la forme : où A ₀ , B ₀ , C ₀ , D ₀ , A ₁ , B ₁ , C ₁ , D ₁ désignent des gains matriciels qui sont les paramètres sauvegardés en mémoire d’un logiciel qui implémente ledit correcteur adaptatif Ainsi le correcteur adaptatif varie directement en fonction de la fréquence des vibrations perturbatrices engendrées par le dispositif embarqué, tout en garantissant la stabilité de la boucle d’asservissement.