Brevet FR2021063A1 — publié le 19700717

ô9 3505C i 202106S la présente invention se rapporte à un procédé assurant le réglage automatique de la valeur optimale d'un produit, lorsque ce produit est formé par deux grandeurs physiques fonctionnellement interdépendantes suivant une courte caractéristique continue. 5 Dans beaucoup de cas pratiques, il est nécessaire qu'un système ou une installation se règle automatiquement de sorte que le produit de deux facteurs présente une valeur optimale, les systèmes qui répondent à cette exigence, se rangent dans la catégorie des systèmes auto-optimisants. Citons comme exemple de tels systè-10 mes ceux destinés à maintenir constamment à la valeur la plus avantageuse la puissance électrique d'un générateur commp produit du courant et de la tension, même lorsque la courbe caractéristique du générateur, c'est-à-dire le rapport courant-tension varie. Comme exemple spécial, on petit encore citer les convertisseurs directs 15 d'énergie dont lacourbe caractéristique courant-tension, pour différentes raisons, peut varier considérablement pendant le service. Dans ce contexte il ne faut pas oublier le rayonnement solaire comme source d'énergie, utilisé par exemple sur les satellites équipés de cellules solaires, les sources d'énergie de ce genre présentent 20 des variations très fortes du débit. Selon l'endroit où le satellite se trouve et selon son assiette, la courbe caractéristique courant-tension varie considérablement. Pour d'autres installations et dispositifs êncore il est très important de régler toujours à sa valeur optimale le produit 25 de deux grandeurs physiques, par exemple lorsque des fluctuations marquées de la courbe caractéristique (ou autrement dit du comportement du système) sont provoquées par des influences extérieures ou internes - par exemple par les conditions de pression et de température, par les modifications chimiques que subissent les matiè-30 res employées ou encore par 1'endommagëment ou la défaillance d'un certain nombre de composants dans des dispositifs comprenant un nombre relativement élevé d'éléments de construction ou de composants. Si l'on ne fait agir aucune influence supplémentaire répondant à ces variations de la courbe caractéristique du système, on 35 ne peut pas être sûr que le produit optimal possible dans les conditions chaque fois données soit atteint. Pour illustrer ce qu'on vient de dire, prenons comme exem- 69 35050 2 2021063 pie- un générateur composé de cellules solaires qui alimente directement line batterie tampon à tension constante. Il faut alors choisir la tension constante de la batterie si petite que, mime dans les conditions les plus défavorables, c'est-à-dire aux tensions les 5 plus faibles produites par les cellules.et' qui doivent encore garantir 1*alimentation en énergie de la batterie par le générateur, la tension du générateur, se situe à une valeur suffisamment supérieure à la tension de la batterie. Mais alors, si la tension du générateur est relativement élevée - Souvent accompagnée d'assez 10 "faibles courants de court-circuit - un pourcentage élevé de l'énergie effectivement disponible n'est pas utilisée. Dans ces conditions, il est donc utile d'intervenir dans le système d'une manière qui l'adapté de telle façon aux nouvelles conditions qu'à nouveau 11 optimum d1 énergie possible soit transmis. 15 L'exigence d'un système auto-optimisant correspond au pro blème du calcul de variations", où l'on recherche la valeur extrême d'une variation d'un fonctional en fonction d'une ou de plusieurs fonctions. Des, procédés auto-optimisants de ce genre sont connus en .eux-mêaes. Pour pouvoir provoquer l'adaptation automatique en opti-20 misant le produit d'une multiplication de deux facteurs physiques, tous les procédés connus jusqu'ici exigent cependant la mesure ou le calcul du produit. Ceci implique souvent — par exemple pour optimiser une puissance électrique - la' nécessité de déterminer séparément les deux facteurs et de les multiplier ensuite. Mais cette mul-25 tiplication implique toujours une dépense considérable - quelle que soit la méthode appliquée pour l'opérer, les procédés sont Compliqués. Il faut prévoir pour leur réalisation beaucoup'd'instruments compliqués. Et cela entraîne non seulement des frais mais aussi de 11 encombrement et du poids supplémentaire. 30 Dans un système auto-régulateur, il ne suffit pas d'analy ser l'état instantané du système pour déterminer dans quel sens il doit être influencé ou quelles modifications du système' s*imposent afin de satisfaire aux conditions d1optimisation' prescrites. Il faut à cet effet une opération d'exploration qui est une caractéristique 35 essentielle de tous les systèmes auto-optimisants. L'analyse de l'état du système devient seulement possible grâce à cette exploration, dit mouvement de recherche. Lè mouvement de recherche est 69 35050 3 2021063 provoqué par une modification intentionnelle des paramètres de réglage, et il indique dans quel sens un réglage supplémentaire doit être opéré pour atteindre l'optimum- Cette modification supplémentaire est appelée mouvement principal. Le mouvement de recherche et 5 le mouvement principal peuvent être simultanés ou alternatifs, et ils peuvent même être réunis. Le problème que la présente invention cherche à résoudre est la réalisation d'un procédé permettant l'optimisation du produit de deux grandeurs et qui soit plus simple et nécessite un appareil-10 lage plus réduit que les procédés connus cités plus haut. L'invention prend à cet effet comme point de départ la possibilité, mentionnée ci-dessus, de réunir le mouvement de recherche et le mouvement principal, car cette possibilité promet par son principe même une moindre dépense en appareillage. 15 Selon l'invention le but visé est atteint du fait qu'on mesure, au cours d'opérations d'inversion continuelles, alternativement la valeur de crête de l'un et de l'autre des deux facteurs et qu'on envoie une quantité partielle k de la valeur mesurée vers un circuit logique de contrôle qui influence un générateur de réglage 20 de sorte qu'il réduit progressivement par l'intermédiaire d'un ou de plusieurs paramètres de réglage la valeur instantanée du facteur dont la valeur décrété vient d'être mesurée, tout en augmentant progressivement la valeur instantanéè de l'autre facteur, la prochaine opération d'inversion intervenant au moment où la valeur 25 instantanée du facteur en train de diminuer a atteint la grandeur de la quantité partielle k de sa valeur de crête précédente. Cette modification de la valeur des deux facteurs constitue en mêïfte temps le mouvement de recherche et le mouvement principal. En comparaison des procédés connus jusqu'ici, ce nouveau procédé offre l'avantage 30 qu'une mesure du produit même n'est plus nécessaire et que le processus d'exploration se règle par lui-même. De préférence, on choisit la quantité partielle k qui constitue le décrément des grandeurs à multiplier, dans l'ordre de k«^0,9. On obtient ainsi que l'amplitude du mouvement de recherche reste faible» Une condition importan-35 "te pour le générateur de réglage - on l'a dit ci-dessus - réside en ce qu'il puisse intervenir à tout moment dans le système pour varier continuellement les facteurs à multiplier. Dans une forme de réali- 69 35050 4 2021063 lisation préférée de l'invention, cela peut se faire en réalisant le générateur de réglage comme circuit intégrateur, à 3,'entrée duquel le circuit logique de contrôle appliqua alternativement une valeur constante positive on négàtivs # et çui influence le système 5 de sorte que sur la courbe caractéristique le point de fonctionnement de ce dernier change <> Les instruments de mesure des valeurs de crête utilisés pour mesurer les grandeurs physiques à aroitiplier peuvent être d'une construction très simple. On prélève s-ar- la valeur de crête mesurée 10 chaque fois un pourcentage k réglable et ta l'envoie au circuit logique de contrôle. Dans une autre forme de 1'invention, on peut utiliser à la place des instruments qui mesurent les valeurs de crête, des instruments mesurant les valeurs moyennes, pourvu que le temps de retardement de ces instruments soit tel que les changements 15 des valeurs mesurées de la grandeur coasidéxaée qui résultent du mouvement de recherche et qui apparaissent à leur sortie sont insignifiants. L'essentiel du nouveau procédé réside dans le fait que l'optimisation du produit de deux grandeurs n'exige que deux élé-20 ments de mesure et ion circuit logique de contrôle. Les éléments de mesure saisissent les valeurs de crête dea deus facteurs. Le circuit logique de contrôle sert à influencer les paramètres de réglage dans le système donné qui est à régler. D'ailleurs un seul paramètre de réglage ou plusieurs peuvent intervenir. Le circuit logi-25 que de contrôle connaît deux états quasi stables. Dans l'un de ces états, la courbe caractéristique est parcourue dans un sens et dans l'autre état, elle est parcourue dans le sens contraire. A chaque inversion du mouvement la valeur de crête que 1'un des facteurs a atteinte à cet instant est mesurée pour an prélever un pourcentage 30 réglable, comme on l'a déjà dit® Après l'inversion déclenchée par le circuit logique de contrôle s la courbe caractéristique est parcourue de telle façon que la valeur du facteur qui vient d'atteindre sa valeur de crête, se réduise constamment. Dès que ce facteur atteint vme valeur qui cor-35 respond au pourcentage k de la valeur de crltes prélevé comme expliqué ci-dessus, la sortie du circuit logique de contrôle change d'état et le point de fonctionnement dti parcourt la courbe ea- 'BAD ORIGINAL 69 3505C 5 2021063 ractéristique dans le sens opposé. A ce point d'inversion-, la valeur de crête de l'autre facteur est automatiquement mise en mémoire. De cette valeur la même quantité partielle, par exemple le pourcentage k, est prélevée pour servir de valeur de réglage pour la 5 commutation suivante, de manière analogue à ce qu'on a expliqué ci-dessus. les deux points d'inversion ainsi définis sur la courbe caractéristique représentent les deux points limites du mouvement de recherche. l'invention sera décrite ci-dessous avec plus de détails à 10 l'aide du dessin annexé, dans lequel montrent la figure 1 de façon schématique le principe du procédé ; la figure "2 le déroulement du procédé à l'aide de la courbe caractéristique ; la figure 3 un croquis de principe un peu plus détaillé 15 que celui de la figure 1 et dans lequel les instruments sont indiqués de façon schématique ; la figure 4 un exemple de montage simple emprunté à la pratique ; la figure 5 l'influence d'une modification de la caracté-20 ristique ; et les figures 6a à 6d l'interaction des différents éléments du procédé sous forme de diagrammes. A la figure 1, S désigne le système à régler ; il est supposé que ce soit le produit de U . I qui est à optimiser. Si l'on 25 prend comme exemple un générateur électrique, U désigne donc la tension et I le courant qui constituent les deux grandeurs déterminantes de ce système, les valeurs de crête de ces deux grandeurs, c'est-à-dire des facteurs U et I sont mesurées à l'aide d'instruments mesurant les crêtes, par exemple la tension U par le voltmè-30 tre de crête SpM 1 et le courant 1^ par l'ampèremètre de crête SpM 2. les instruments de mesure envoient, chaque fois que l'un ou l'autre a pris une mesure, une certaine quantité partielle de la valeur de crête mesurée, c'est-à-dire le pourcentage k . ou k . Ig,' vers un circuit logique de contrôle SI. En plus, les va-35 leurs instantanées U et I elles-mêmes sont envoyées vers le circuit logique de contrôle SI. Cette dernière agit sur le générateur de réglage G qui intervient dans le système S par l'intermédiaire d'un 69 35050 6 2021063 ou de plusieurs paramètres Z, pour y provoquer la modification décrite ci-dessus, à savoir : la diminution de l'un des facteurs et l'augmentation de l'autre. Le déroulement du procédé sera décrit à l'aide de la figure 5 2 du dessin. Cette figure montre une courbe caractéristique de la fonction courant-tension avec les coordonnées U et I. Admettons que le système se trouve au moment considéré sur la courbe caractéristique au point Q£ et qu'un inversement du sens du mouvement du point de fonctionnement vient d'avoir eu lieu. Alors le voltmètre de crê-10 te SpM 1 mesure la valeur de crite tfo, de la tension. Par le mouvement de recherche décrit plus haut, le générateur de réglage G modifie le système par l'intermédiaire du paramètre Z de sorte que le facteur dont la crête vient d'être mesurée, donc dans le cas d'espèce la tension U, baisse continuellement, selon la courbe caracté-15 ristique. La tension U se déplace donc en décroissant à partir de la valeur tF -20 cuit logique de contrôle opère une commutation de sorte que la courbe caractéristique est parcourue dans le sens inverse. Au point d'inversion l'ampèremètre de crête SpM 2 mesure la valeur de crite ï/3, du courant et renvoie son pourcentage k . Ig vers le circuit logique de contrôle. Lorsque, ensuite, le second facteur, 25 c'est-à-dire le courant, a atteint la valeur du pourcentage k . Ip, l'inversion a lieu à nouveau et le point de fonctionnemènt parcourt la courbe caractéristique à nouveau dans le sens initial. Tant que le point de fonctionnement n'a pas atteint sa position optimale sur la courbe caractéristique, les déplacements respectivement ascen-30 dants et descendants sur la courbe caractéristique ne sont pas égaux et par conséquent la zone du mouvement de recherché qu'on vient de décrire se déplace vers le point de fonctionnement optimal, en un mouvement principal superposé. La figure 2 montre l'état où le point de fonctionnement a déjà atteint le point P de puissan-35 ce optimale. Dans ce cas, l'amplitude des mouvements de recherche reste constante et le point de fonctionnement se déplace en un mouvement de va-et-vient régulier entre les points d'inversion ol et /S. 69 35050 7 2021063 Lorsque les deux points ot et fb ne sont pas trop éloignés l'un de l'autre, ou en d'autres termes lorsque k présente par exemple \me valeur d'environ 0,9, l'amplitude des mouvements de recherche reste petite et n'exerce pratiquement aucune influence sur le 5 produit de sortie U « I du système. Dans la zone du mouvement de recherche, la puissance n'est donc soumise qu'à de faibles variations. Si, par suite d'influences quelles qu'elles soient, la courbe caractéristique change, de sorte que le point de fonctionnement 10 ne se trouve plus dans la zone optimale, le mouvement de recherche réagit immédiatement à cette modification. Sous l'influence des valeurs de crite des deux facteurs qui en résultent, la zone du mouvement de recherche se déplace par un mouvement principal jusqu'à ce que les points limites des mouvements se situent sur la courbe 15 caractéristique de part et d'autre du point où le produit atteint sa valeur optimale selon la courbe caractéristique modifiée. Dans cette position, le mouvement de recherche continue en un mouvement de va-et-vient régulier, c'est-à-dire qu'il s'établit un état quasi sta-tionnaire. 20 La figure 3 montre un dispositif correspondant à la figure 1 mais où les instruments nécessaires pour la réalisation du nouveau procédé sont indiqués de façon schématique dans les différentes parties du montage. S désigne le système à régler. Le voltmètre de crête SpM 1 et l'ampèremètre de crête SpM 2, sont montrés, dans le cro-25 quis, chaque fois comme une simple combinaison d'une diode et d'un condensateur, combinaison qui, par exemple peut être employée à cet effet. Dans le circuit logique de contrôle SL des éléments bistables sont prévues à l'entrée desquels sont appliquées les quantités partielles - 1 et + k de la grandeur mesurée, c'est-à-dire du fac-30 teur considéré. Dans ces éléments il est fait la comparaison entre les valeurs instantanées des facteurs mesurés et le pourcentage k retenu dans la mémoire, comparaison grâce à laquelle l'inversion du mouvement est déclenchée. Les sorties des deux éléments bistables sont reliées à un autre dispositif de commande électronique qui, se-35 Ion la position des éléments bistables qui lf? précèdent, applique une valeur constante, soit positive, soit négative, au générateur de réglage G. Dans le dessin, une ligne de fonctionnement inscrite dans bad original 69 3505C 8 2021063 le générateur G indique de façon symbolique que le paramètre de réglage Z est variable en fonction du temps t de façon continue. Mais pour la réalisation du procédé l'emploi d'un générateur de réglage spécial n'est pas indispensable. Un exemple simple sea>-5 vira à le démontrer : dans la figure 4 il est admis l'emploi d'un convertisseur d'énergie direct K. La courbe caractéristique qui y est inscrite indique l'interdépendance entre la tension u et le courant i. La puissance électrique débitée par ce convertisseur d'énergie directe et envoyée à un récepteur Y - éventuelleaent par 10 l'intermédiaire d'une batterie accumulatrice - doit être maintenue à une valeur optimale. A cet effet, les valeurs de crête Uc£ et I Une bobine d'inductance L, suivie d'une diode D, est intercalée dans le conducteur de liaison entre le convertisseur d'énergie diréct K et le récepteur V. Entre ces deux éléments de montage, 20 il est monté un interrupteur T, indiqué de façon schématique, qui court-cirtuite le conducteur de liaison et qui, à un certain moment, peut à nouveau annuler le court-circuit. Cet interrupteur T est actionné par le circuit logique de contrôle SL à l'aide du conducteur indiqué en tirets. La forme de cet interrupteur n'a qu'une iraportan-25 ce secondaire ; on peut se servir d'un contact mécanique aussi bien que d'un élément électronique, par exemple d'un montage à transistor ou thyristor. Dès que l'interrupteur T est fermé, la tension varie suivant la loi u = L . ~ . Le point de fonctionnement parcourt par 30 conséquent la courbe caractéristique dans le sens auquel répond une réduction de la tension. Dans cet exemple encore, il est exigé que le circuit logique de contrôle déclenche l'inversion lorsque la tension U atteint la valeur k . , par exemple 0,9 . %. Alors, l'interrupteur T s'ouvre à nouveau et en même temps la valeur de 35 crête instantanée Iq du courant est mesurée. Le courant, à ce moment, continue à s'écouler de la bobine d'inductance L et à travers la diode D vers le récepteur V, puisque l'énergie accumulée dans BAD ORIGINAL 69 35050 9 2021063' l'inductance n'admet pas de variations brus_ques. Pendant ce temps le courant diminue de façon continue, et dès qu'il a atteint sa valeur k « Iya, par exemple 0,9 • 1$, le circuit logique de contrôle SL referme l'interrupteur T, et par conséquent la courbe caractéris-5 tique est à nouveau parcourue dans le sens irdfcial, et c'est la tension qui diminue. Au moment de 11 inversion du mouyeEient, la valeur de crête Uoù de la tension a été mesuréè à nouveau et son pourcentage k . a été envoyé vers le circuit logique de contrôle. C'est ainsi que s'achève le cycle complet du mouvement de recherche du 10 système. . Dans cet exemple d'éxecution, il n'y a pas de mouvement de recherche particulier, et il est inutile, de prévoir up.'générateur de réglage proprement dit. C'est plutôt le déplacement du point de fonctionnement dû aux facultés de commutation des convertisseurs 15 magnétiques de courant continu qui est utilisé simultanément pour le mouvement de recherche et le mouvement principal du procédé d'optimisation. Dans cette forme de réalisation de l'invention l'appareillage nécessaire est encore réduit. Elle est particulièrement intéressante pour le réglage optimal.des générateurs de faible puia-20 sance, par exemple les générateurs solaires. La figure 5 illustre le cas où une modification de la courbe caractéristique de la fonction courant-tension se produit, ce qui, par exemple, arrive pour des cellules.solaires dès que le satellite qui est équipé de ces cellules s'approche ou s'éloigne du 25 soleil. Si, par exemple, dans la première position du, satellite le point de puissance optimal se situe au point P^ de la courbe caractéristique K^, et /3-l sont les points d'inversion du sens du mouvement respectif de recherche. IT^ et sont respectivement les valeurs de crête à l'un ou l'autre des points d'inversion. Les quart-30 tités partielles correspondantes sont désignées par k . et k * "/31* Lorsque le satellite a pris une autre position et que la caractéristique a changé, le mouvement de recherche s'adapte à la courbe caractéristique modifiée Kg et déplace, par exemple, le 35 point de puissance maximum vers le point Pg.Dans cette deuxième position, Ofg e^/^2 S0:0:k nouveau les points d 'inversion du mouvement de recherche, tandis que ^32 son^ respectivement les va 69 35050 10 2021063 leurs de crête correspondantes de la tension et du courant. Les aires hachurées à l'intérieur des deux courbes caractéristiques représentent la puissance optimale dans chaque cas. Les rapports existants sont encore illustrés par les figu-5 res 6a à 6d« La figure 6a montre une courbe caractéristique non linéaire de la fonction tension-courant, la figure 6b montre une courbe caractéristique également non linéaire du générateur de réglage qui-modifie de façon continue mais non linéaire la. tension par l'intermédiaire du paramètre Z. A la figure 6jç, les variations de 10. la tension sont indiquées en fonction: du temps t. On y voit qu'après un petit nombre de mouvements de recherche, un état quasi station-naire s'est établi, avec des oscillations régulières autour du point de puissance maximum. La figure 6d est une représentation analogue des variations du"courant--en fonction du temps jusqu'à 15 l'établissement de l'état quasi stationnaire* du mouvement de recherche. Les diagrammes 6a à 6d sont seulement destinés à illustrer de manière tout à fait schématique les rapports existants, et ne constituent pas des exemples pratiques et à l'échelle. 20 II est évident que le procédé d'optimisation du produit de deux grandeurs expliqué à l'aide de l'exemple de l'optimisation de la puissance électrique s'applique sans difficultés à d'autres systèmes. Il présente toujours l'avantage d'un dispositif et d'une mise en oeuvre simples. Et dans tous les cas, il n'est pas nécessaire 25 de connaître ou de mesurer la valeur du "produit, mais seulement les valeurs des facteurs à multiplier. L'optimisation est toujours réalisée par l'influence exercée en sens opposés sur les deux facteurs, au cours d'un mouvement de recherche sur la courbe caractéristique du système. 69 3505C n 2021063 REVENDICATIONS 12 Procédé d'ajustement automatique d'une valeur optimale consistant dans le produit formé par deux grandeurs (facteurs) fonctionnellement interdépendantes par l'intermédiaire d'une courbe 5 caractéristique continue, caractérisé en ce qu'on mesure, au cours d*opérations continuelles dTinversion, alternativement la grandeur de crête de l'un et de l'autre des deux facteurs et qu'on envoie une quantité partielle k (0 22 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on choisit 20 comme quantité partielle k«^0,8 à 0,9. 32 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur (Q-) est réalisé sous forme d'un intégrateur, à l'entrée duquel le circuit logique de contrôle (SL) applique alternativement une grandeur constante positive et négative. 25 42 Procédé selon une des revendications 1 à 3, caractérisé par l'utilisation de combinaisons de diodes et de condensateurs pour mesurer et mettre en mémoire les valeurs de crête. 52 Procédé selon une des revendications 1 à 3,caractérisé par l'utilisation d'instruments à mesurer les crêtes avec un temps de re-30 tard tel que la modification de la valeur mesurée du facteur considéré apparaissant à leur sortie par suite du mouvement de recherche soient insignifiants. 6s Procédé selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le circuit logique de contrôle (SL) est chargé des fonctions 35 du générateur de réglage et qu'il influence le système directement (voir fig. 4). 7S Montage pour la réalisation du procédé selon la revendication 1, 3 5 0 5 G 12 2021063 aux fins d'optimiser une puissance électrique débitée par un convertisseur d'énergie direct, caractérisé en ce qu'il comporte une bobine d'inductance (L) suivie dsune diode (D) dans la ligne de liaison entre le convertisseur direct (K) et le récepteur (V), et en ce qu'un interrupteur (T), qui court-circuite la ligne de liaison sous la commande du circuit logicrae de contrôle (SL), est monté entre la bobine d'inductance (L) et la diode (D).