Brevet FR2434419A1 — publié le 19800321

L'invention concerne un système de commande multivariable, c'est-à-dire un système recevant un ensemble d'informations de mesure et un ensemble d'informations de consigne correspondantes, et émettant un ensemble d'ordres destinés a des actionneurs. La plupart des procédés pilotés par des commandes multivariables sont non linéaires, en ce sens que leur comportement se mo du fie en fonction du point de fonctionnement (fabrication différente, niveau de production différent, etc...) ou éventuellement linéaires a paramètres variables dans le temps (usure de -certains éléments, encrassements, etc.). Dans ces conditions, une commande multivariable linéair,pre- vue pour un point de fonctionnement déterminé, n'est généralement plus utilisable pour des points de fonctionnement du procédé très différents. Elle ne permet donc pas de suivre des productions différentes entraînant des variations de la vitesse des machines ou du debit d'alimentation et, par suibetdes variations des paramètres dynamiques. Le système peut alors devenir instable et oscillatoire. La commande linéaire multivariable pose également des problè- mes meme dans le cas d'un procédé industriel a fabrication constante, si l'on a commis des erreurs dans l'identification du modèle du procédé audit procédé. On a déjà propose, pour rendre adaptative une commande multivariable, d'introduire dans la commande un secteur de commande supplémentaire v formé- à partir du secteur des consignes, du vecteur d'écart entre sortie d'un modèle de référence d'asservisse- ment et sortie du procédé et du vecteur de sortie du procédé, mais cette solution n'est absolument-pas satisfaisante lorsque le procédé comporte des temps morts. La présente invention se propose au contraire de résoudre le problème, resté jusqu'ici sans solution, d'établir un système de commande adaptative multivariable pour un procédé à temps morts. A cet effet, dans un système asservi à un modèle de référence d'asservissement et comportant un modèle parallèle au procédé, avec une matrice d'entrée de consigne dans le procédé et dans le modèle parallèle et une matrice de retour placée dans une boucle de retour ramenant la sortie du modèle parallèle vers une entrée commune à ce modèle parallèle et au procédé, et un mécanisme d'adaptation recevant au moins trois informations dont le vecteur des consignes et un secteur d'écart entre sortie du modèle de référen ce d'asservissemênt et sortie du procédé ou du modèle parallèle, l'invention prévoit que le mécanisme d'adaptation reçoit comme troisième information la sortie du modèle parallèle et ajuste les deuxmatrices dites d'entrée et de retour constituées alors par des matrices ajustables, tandis que des temps morts du modèle parallèle, correspondant à ceux du procédé, sont placés en dehors de la boucle de retour. Ainsi, bien que le modèle parallèle comporte des temps morts, ceux-ci se trouvent en dehors de la boucle de retour sur laquelle agit le mécanisme d'adaptation. Dans une première réalisation, le rKecteur d'écart est établi à partir de la sortie du procédé et on ajoute alors des temps morts correspondant à ceux du procédé, à la fois à la sortie du modèle de référence d'asservissement, avant comparaison avec la sortie du procédé, au vecteur des consignes et à la sortie du modèle parallèle avant introduction de celle-ci dans le mécanisme d'adaptation. Dans une deuxième réalisation, on établit le-vecteur d'écart à partir de la sortie du modèle parallèle, en supprimant les temps morts au niveau du mécanisme d'adaptation précédemment défini, et on installe un deuxième mécanisme d'adaptation qui identifie au procédé le modèle parallèle. Ce deuxième mécanisme d'adaptation reçoit au moins les trois informations constituées, après addition de temps morts correspondant à ceux du procédé par : l'entrée du procédé et du modèle parallèle, la sortie du modèle parallèle et l'écart entre la sortie du procédé et la sortie du modèle parallèle et il agit sur des matrices ajustables permettant d'adapter le modèle parallèle. On va donner un exemple de chacune des deux réalisations ense référant aux dessins joints dans lesquels -- la figure 1 est un schéma d'une première réalisation de système de commande adaptative multivariable appliquée à un pro ÇEdé comportant des temps morts, - la figure 2 est un schéma d'une deuxième réalisation de système de commande adaptative multivariable appliquée à un procédé comportant également des temps morts, - la figure 3 est un schéma simplifié de la réalisation selon la figure 2, dans lequel on a ajouté la prise en compte des perturbations mesurables. Dans l'exemple de la figure 1, une consigne Z est envoyée en l sur un modèle de référence d'asservissement 2 et sur une matrice ajustable 3 d'entrée de consigne, par l'intermédiaire de laquelle la consigne est amenée à une entrée, constituée par un additionneursoustracteur 4, commune au procédé 5 et à un modèle 6 parallèle à ce procédé. La sortie 7 du modèle de référence 2 est amenée à l'additionneur-soustracteur 4 par l'intermédiaire d'une matrice 8. La sortie 7 est également amenée, par l'intermédiaire d'un circuit à retard 9 introduisant un retard égal aux temps morts du procé- dé 5, dans un comparateur 10 recevant d'autre part la sortie il du procédé 5. Ce circuit à retard comme les autres circuits à retard de ces schémas, est de type en soi connu. I1 peut par exemple, numerrcrue selon travaille en technologie Le mecanisme d'adaptation 14 ajuste par ses sorties 20 et 21, respectivement la matrice 3 et une matrice ajustable 22 placée dans une boucl-e de retour entre la sortie 18 du modèle parallèle et l'additionneur-soustracteur 4. La sortie 23 de l'additionneursoustracteur 4 est introduite dans le procédé 5 et dans le modèle parallèle 6. Le mécanisme d'adaptation 14 ajuste les matrices 3 et 22 pour que l'écart e, obtenu à la sortie 12, soit constamment nul. L'action de ce mécanisme d'adaptation 14 sur les matrices ajustables établie par exemple en appliquant la théorie de l'hyperstabilité de POPOV telle qu'elle a été appliquée par LANDAU dans "Design of Nultivariable Adaptative Model Following Control Systems (I.D. LANDAU et B. COURTIOL) - AUTOMATICA vol. 10 n 5 Septembre 1974 (483 à 495). Dans le schéma de la figure 2, on retrouve tout d'abord les mêmes organes que dans celui de la figure 1, sauf que les circuits à retard 9, 16 et 19 ont été supprimés et que l'écart e a été pris à la sortie 24 d'un comparateur 25 recevant en entrée la sortie 7 du modèle de référence et la sortie 18 du modèle parallèle. Le modèle parallèle 6 se compose ici d'une partie fixe 26 avec deux matrices ajustables 27 et 29 permettant l'adaptation du modèle : la matrice 27 est placée dans une boucle allant de la sortie 18 du mo dèle 6 à un soustracteur 28 et la matrice 29 est placée à l'entrée du modèle.Un deuxième mécanisme d'adaptation 30 ajuste ces matrices ajustables 27 et 29, par ses sorties 31 et 32. I1 reçoit:sur une entrée 33, le vecteur d'entrée dans le procédé et le modèle parallèle, qui est la sortie 23 de l'additionneur-soustracteur 4, après passage dans un circuit à retard 34 introduisant un retard égal aux temps morts 2 du procédé ; sur une entrée 35, la sortie 18 du modèle parallèle après passage dans un circuit 36 à retard , et sur une entrée 37, la sortie d'un comparateur 38 qui reçoit en entrée d'une part,la sortie 11 du procédé et, d'autre part, la sortie 18 du modèle parallèle après passage de celle-ci, dans un circuit 39 à retard t. L'action de ce deuxième mécanisme d'adaptation, comme celle du premier mécanisme d'adaptation, peut être établie en appliquant la théorie de l'hyperstabilité citée plus haut. Ainsi, le deuxième mécanisme d'adaptation 30 identifie en permanence le modèle parallèle 6 au procédé 5, tandis que le premier mécanisme d'adaptation 14 assure un écart e nul entre la sortie 7 du modèle de référence 2 et la sortie 18 du modèle parallèle 6 (et, par conséquent, la sortie 11 du procédé 5). Les contraintes du procédé sont prises en compte de manière implicite par ce système de commande adaptative. On a représenté sur la figure 3, où l'on a repris de façon très schématique la réalisation selon la figure 2, l'installation d'un modèle des perturbations mesurables 40. Ce modèle 40, reçoit en 41 les mêmes perturbations mesurées que le procédé 5,et la sDrtie 42 de ce modèle 40 entre dans . un additionneur-soustracteur 43 recevant aussi la sortie 11 du procedé et la sortie 18 du modèle parallèle. La sortie 44 de l'additionneur-scustracteur s'ajoute dans un additionneur 45 à l'entrée du modèle de référence d'asservissement 7. On voit ainsi que l'invention n'empêche pas de prendre en compte les perturbations mesurables, mais que le modèle des perturbations mesurables est linéaire, sans adaptationRpermettant ainsi d'effectuer une compensation rapide. L'invention s'applique, dans des domaines extrêmement variés, aux machines ou procédés multivariables dont le fonctionnement comporte un transport de matière. On peut citer notamment parmi ces applications la commande des machines à papiers et notamment la commande des caisses de tête. R E V E N D I C A T I O N S 1/ Système de commande multivariable d'un procédé à temps morts, asservi à un modèle de référence d'asservissement et comportant un modèle parallèle au procédé, avec une matrice d'entrée de consignes dans le - procédé et dans le modèle parallèle et une matrice de retour placée dans une boucle de retour ramenant la sortie du modèle parallèle vers une entrée commune à ce modèle parallèle et au procédé,et un mécanisme d'adaptation recevant au moins trois informations, dont le vecteur des consignes et un vecteur d'écart entre sortie du modèle de référence d'asservissement et sortie du procédé ou du modèle parallèle, 'carctérisé en ce que le mécanisme d'adaptation (14) reçoit comme troisième information la sortie (18) du modèle parallele (6) et ajuste les deux matrices dites d'entrée (3) et de retour (22) constituees alors par des matrices ajustables tandis que des temps morts (19 ou 39) du modèle paral lèle (fui), correspondant à ceux du procédé (5), sont placés en dehors de la boucle de retour (18, 22, 4). 2/ Système de commande multivariable selon la revendication 1, caractérisé en ce quele vecteur d'écart (12) est obtenu par comparaison de la sortie (11) du procédé (5) à la sortie (7) du modèle de référence d'asservissement (2), après addition à cette dernière sortie de temps morts (9) correspondant à ceux du procédé (5) et en ce que le vecteur des consignes (1) ainsi que la sortie (18) du modèle parallèle sont introduits (15, 17) dans le mécanisme d'adaptation (14) après addition de temps morts (16, 19) correspondant à ceux du procédé (5). 3/ Système de commande multivariable selon la revendication 1, caractérisé en ce que le vecteur d'écart (24) est obtenu par comparaison de la sortie (18) du modèle parallèle (6) à la sortie(7) du modèle de référence d'asservissement et en ce qu'un deuxième mécanisme d'adaptation (30) reçoit au moins les trois informations constituées par : l'entrée (23) du procédé et du modèle parallèle après addition de temps-morts (34) correspondant à ceux procédé, la sortie (18) du modèle parallèle (6) après addition de temps morts (36) correspondant à ceux du procédé, et l'écart (37) entre la sortie (11) du procédé (5) et la sortie (18) du modèle parallèle (6) après addition à cette dernière de temps morts (39) correspondant à ceux du procédé, et agit sur les matrices ajustables (27,29) permettant d'adapter le modèle parallèle (5).