Brevet FR2236224A1 — publié le 19750131

L'objet de l'invention est un régulateur électronique de précision à action proportionnelle et integrale. Un dispositif conforme à la presente invention permet de réaliser un réseau correcteur d'un quelconque asservissement comportant une action proportionnelle et un controle intégral en s'affranchissant des limites imposées par de tels réseaux de conception analogique sans cependant entrainer la complexité des réseaux numériques. On sait que les dispositifs existant actuellement,-réalisant une action proportionnelle et une intégration, font appel à deux types distincts de technologie, la technologie analogique et la technologie numérique. En technologie analogique, ces dispositifs de conception simple présentent néanmoins de graves inconvénients en ce qui concerne le contrôle intégral. On sait en effet que le contrôle intégral d'un asservissement fait appel à un circuit dont le résultat consiste en une intégration du signal d'entrée multiplié par l'inverse d'une constante de temps de l'action intégrale. Or on rencontre toujours en technologie analogique de tosses difficultés à obtenir des constantes de temps de l'action intégrale suffisamment élevés. Les intégrateurs analogiques présentent en effet une certaine dérive dans le temps qui diminue leur précision notamment lorsque l'intégrateur fait intervenir une capacité qui se décharge progressivement avec le temps. De plus, dans ce cas, la valeur de cette constante ne peut pas être facilement modifiée. En technologie numérique, ces dispositifs sont de petits calculateurs exécutant simultanément l'action proportionnelle et le contrôle intégral. Dans une installation assez complexe, il sera toujours possible de faire appel à une unité centrale qui prend en compte d'autres tâches en même temps. Si les systemes numériques évitent l'inconvénient de la dérive des integrateurs analogiques et permettent de choisir des constantes de temps aussi grandes que lin veut, ils font néanmoins appel à des ensembles relativement complexes qui ne sauraient être manipules par des non-spécialistes de la technologie numérique. La Demanderesse s'est attachée à concevoir un dispositif réalisant la fonction de transfert complète à action proportionnelle et à action intégrale tout en conservant la simplicité de la conception analogique et les performances présentées par la conception numérique. Il est fait appel à une technologie analogique pour 11 action proportionnelle et à une technologie numérique pour le contrôle intégral. L'objet de ltinvention est donc un régulateur électronique de précision à action proportionnelle de gain K et d'action intégrale de constante de temps T comprenant - un élément analogique amplifiant itécart dé tension d'asservissement avec le gain K, - un sommateur analogique recevant par la première de ses entrées, le signal analogique issu de l'élément amplifiant, caractérisé en ce que la deuxième entrée du sommateur est alimentée à travers les éléments suivants montés en série - un convertisseur analogique-digital recevant également l'écart d'asservissement amplifié avec le gain K et le transformant en permanence en une grandeur numérique, - un élément numérique multiplicateur, - un accumulateur numérique faisant la somme algébrique des produits précédents, - un convertisseur digital-analogique fournissant un signal analogique à la deuxième entrée du sommateur qui délivre la grandeur de sortie sous forme analogique. La constante de temps T de l'action intégrale résulte du nombre multiplicateur N de l1élément numérique multiplicateur et dés facteurs de conversion du conver-- tisseur analogique-digital et du convertisseur digital-analogique. L'invention sera mieux comprise en se reportant à une description plaus détaillée de ces appareils ainsi qu'aux figures annexées dans lesquelles la figure 1 représente un schéma de principe, la figure 2 représente-un exemple de réalisation concrète d'un tel dispositif. Si on se reporte à la figure, os voit en l, l'arivée 4u signal r,epré- sentatif de l'écart d'asservissement. Ce sera dans a plupart des cas 'une tension Ve (t) représentant l'écart entre la tension de consigne et la valeur actuelle de la tension asservie. Cette valeur est multiplié dans un élément amplifiant 2. De sorte qu'à la sortie 3 de l'élément amplifiant 2, la tension est KVe (t). Cette tension est appliquée d'une part à la première entrée 4 d'un sommateur analogique 5 et d'autre part à l'entrée d'un convertisseur analogiquedigital 7. A sa sortie 8, la valeur numérique obtenue est miltipliée par I/N dans le circuit numérique 9.Les valeurs successives ainsi obtenues sont accumulées en permanence dals un accumulateur numérique 10 puis eonverties en valeurs analogiques dans le convertisseur digital-analogique 11. On injecte done en 12 à la deuxième entrée du sommateur analogique 5 une grandeur proportionnelle à l'intégrale de la grandeur Ve(t) multipliée par KlT. De sorte qu'à la sortie 3 du commateur 5, on recuielle la somme analogique de la valeur K Ve(t) correspondant à l'action proportionnelle et la valeur actuelle de l'intégrale de K Ve(t) x1/t. Cette constante de temps @ résulte d'une part de l'action de l'élément multiplicateur 9 qui multiplie la grandeur numérique qu'il reçoit par l et d'autre part des facteurs de conversion du convertisseur analogiquendigital et du conver@ tisseur digital-analogique. La figure 2 illustrant -une réalisation concrète- d'un tel montage est donnée à titre d'exemple non limitatif dans lequel la onversion analogique-digitale se fait au moyen d'un tel dispositif connu effectuant la conversion tension-fréquence et délivrant à sa sortie une suite d'impulsions d'autant plus rapprochées dans le temps que la tension appliquée st plus élevée. Le signal analogique arrivant sous forme de tension variant avec le temps Ve(t), et représentant l'écart entre la tension de consigne et la valeur actuelle de la tension asservie se présente à l'entrée 21 d'un amplificateur analogique 22 de gain K. A la sortie de ce dernier, on obtient en 23 une tension : K Ve(t). Cette tension est appliquée directement à la première entrée 24 d'un sommateur analogique 25. La même tension K Ve(t) est appliquée à ltentree 26 d'un convertisseur tension-fréquence 27 qui délivre en sortie une suite d'impulsions sur la sortie 28 ou 29 suivant le signal de la grandeur d'entrée K Ve(t), la fréquence F des impulsions délivrées étant proportionnelle à ladite grandeur d'entrée. Cette fréquence est divisée par le nombre N dans le diviseur de fréquence 30. Les impulsions de sortie du diviseur de fréquence 30 sont transmises sur l'une des sorties 31 ou 32 au compteur décompteur numérique 34 à sortie parallèle. Dans le compteur 34, ces impulsions sont additionnées si la grandeur K Ve(t) est positive et décomptées si elle est négative. Ce compteur Joue le rôle de l'accumulateur 10 du schéma de principe et intègre la valeur K Ve(t). La sortie numérique de ce compteur est convertie en tension analogique dans le convertisseur digital-analogique 35 à entrée parallèle. Sa sortie est raccordée en 36 à la deuxième entrée du sommateur 25 qui élabore à sa sortie 37 la tension de sortie Vs représentant la somme de l'action proportionnelle KVe(t) et de l'ac K Ve(t) tion intégrale résultant de l'intégration de . La constante d'intégration t t est fonction du facteur de conversion du convertisseur tension-fréquence 27, de la constante N du diviseur 30 et du facteur de conversion du convertisseur digital-analogique 35. L'exemple de réalisation ci-dessus fait appel à des éléments simples parfaitement connus de l'homme de l'art. La mise en oeuvre dlun système de conversion analogique-digital différent mais remplissant la même faction ainsi que l'utilisation d'un système draccumula- teur, peut conduire à un montage différent mais équivalent sans que le dispositif ainsi réalisé sorte du cadre de l'invention. Le régulateur électronique ainsi défini est susceptible de recevoir de nombreuses applications. Il peut être utilisé à stabiliser un asservissement quelconque. Il peut également être associé a un filtrage analogique disppsé soit en amont soit en aval du régulateur soit associé directement à l'élément sommateur. Il en est de même pour l'introduction d'une action dérivée analogique. Il est également possible de prévoir lors de la mise en route d'un as;r- vissement, une coupure de l'action intégrale. En effet, lors de la mise en route de l'asservissement, l'écart entre la valeur de consigne et la valeur réelle est très grande ; pour éviter la saturation de l'action intégrale, on supprimera cette dernière pendant une certaine période et ce n'est que lorsque l'écart entre la valeur de consigne et la valeur réelle sera deVeùu telátlvement faible que l'on mettra en route action intégrale. Si l-'on désire alors arriver lentement à la valeur de consigne, on donnera à la constante de temps T une valeur assez grande en agissant par exemple sur le facteur de-division N de l'exemple de réalisation. Le régulateur selon l'invention permet par ailleurs d'afficher les valeurs numériques de la grandeur de commande du dispositif asservi. En effet, lorsque l'équilibre est atteint, la différence entre la valeur dé consigne et la valeur observée est nulle. Le signal Ve (t) est donc nuI et la première entrée du sommateur ne reçoit aucun signal. La deuxième entrée du sommateur reçoit sous forme analogique un signal égal au signal de sortie Vs à appliquer à l'asservissement pour que l'équilibre soit maintenu. Il suffit donc de prélever à la sortie du compteur numérique 34 les informations sous forme numérique pour réaliser, direc- tement après étalonnage, un affichage de la grandeur de commande de cet asservissement. Dans certains cas, il peut être avantageux de réaliser à la maniere connue un système à 2, 3 ou n intégrateurs. Lorsque la valeur dé consigne est atteinte depuis un certain temps, la tension de sortie Vs provient uniquement de l'intégrateur et représente une erreur qui ne peut entre complètement annulée avec un régulateur comportant une seule action intégrale lorsque les conditions extérieures à l'asservissement sont soumises à dés variations. Ce sera par exemple le cas d'un four régulé par action proportionnelle et intégrale, placé lui-même dans une enceinte dont la température varie. Dans de tels cas, on sait qufil est nécessaire d'associer deux ou plusieurs intégrateurs en amont du sommateur. Une telle combinaison se réalise très simplement avec un dispositif conforme à l'invention. Le dispositif conforme à l'invention peut également remplir une fonction de mémorisation lorsque le signal d'entrée vient à disparaître de façon fortuite ou prévue. Dans ce cas le'signal d'entré est considéré comme nul : Ve = o. S'il en était réelement ainsi au moment de la coupure du signal d'entrée et que par conséquent l'action proportionnelle était nulle, le système pourrait conti- nuer à fournir une tension de correction identique à celle qui était appliquée pendant la période précédent la coupure. On peut ainsi maintenir l'asservissem ment en fonctionnement étant admis que les causes de perturbation restent exactement les mêmes et gardent le même modulé. Ainsi, par exemple, un système oscillatoire asservi par un dispositif conforme à ltinvention sur la fréquence d'une horlogé pilote a pu être maintenu en état de fonctionnement précis lorsque l'horloge a été arrêté en vue de son entretien. REVENDICATIONS 1/ Régulateur électronique de précision à action proportionnelle de gain K et à action intégrale comprenant un élément analogique amplifiant avec un gain K ltécart de tension d'asservissement, un sommateur analogique recevant à la première entrée le signal analogique issu de l'élément amplifiant, caractérisé en ce que la deuxième entrée du sommateur est alimentée par l'intermédiaire des éléments suivants montés en série - un convertisseur analogique-digital recevant de l'élément amplifiant lTécart d'asservissement amplifié avec le gain K et le transformant en permanence en une grandeur numérique, - un élément numérique multiplicateur, - un accumulateur numérique faisant la somme algébrique des produits précédents, - un convertisseur digital-analogique fournissant un signal analogique à la deuxième entrée du sommateur qui délivre la grandeur de sortie du régulateur sous forme analogique. 2/- Régulateur électronique de précision à action proportionnelle de gain K à action intégrale de constante de temps T'selon la revendication l, caractéri- sé en ce que la valeur T de cette constante résulte des facteurs de conversion des convertisseurs analogique-digital et digital-analogique ainsi que du nombre multiplicateur de l'élément multiplicateur. 3/ Régulateur électronique de précision selon la revendication 2, caractérisé en ce que le convertisseur analogique-digital recevant 11 écart d'asservissement amplifié avec un gain K est constitué par un convertisseur tension-frequence délivrant à sa sortie une suite d'impulsion proportionnelle à la tension appli- quée à l'entrée. 4/ Régulateur électronique de précision selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément numérique multiplicateur est un diviseur de fréquence en soi connu. 5/ Régulateur électronique de précision selon fa revendieatîon 4, caractérisé en ce que l'élément accumulateur est un compteur-compteur à sortie parallèle.