Brevet FR2572555A1 — publié le 19860502

La présente invention se réfère aux régulateurs proportionnels qui, comme on le sait, présentent l'avantage de réaliser une stabilisation rapide des systèmes à régler. Dans ces régulateurs il est souvent prévu des moyens pour annuler, ou à tout le moins réduire, ce qu'on appelle l'erreur de statisme, c'est-à-dire la différence entre la valeur de consigne et celle réellement obtenue en régime stable, et qui résulte de l'obliquité de la droite représentative de l'action du régulateur dans la zone de réglage. On sait en effet qu'un régulateur proportionnel applique au dispositif à régler un signal de commande fonction de l'écart entre la valeur de la grandeur soumise au réglage et la valeur de consigne fixée à l'avance. Cette fonction est en général représentée par une droite, laquelle comporte obligatoirement une certaine pente en vue de réaliser la proportionnalité. On a déjà proposé de réduire ou d'éviter l'inconvénient de l'écart de statisme en utilisant un élément compensateur qui applique au dispositif à régler un signal auxiliaire déterminé de façon à réduire l'ecart en question. Cela revient en fait à déplacer la droite représentative de action du régulateur proportionnel de façon telle que le point de réglage obtenu se rapproche autant que possible de la verticale passant par le point de consigne. Un régulateur de ce genre à été décrit dans la demande de brevet français 76 07586 du 10 Mars 1986 au nom de la présente Demanderesse.L'expérience a toutefois montré qu'on ne pouvait généralement pas parvenir à réaliser automatiquement une compensation parfaite, notamment en raison du fait que le plus souvent la courbe caractéristique représentative du fonctionnement du dispositif à régler n'est pas une droite, mais une courbe complexe, laquelle est meme parfois mal définie parce que dépendant en partie au moins de phénomènes extérieurs variables. L'invention vise à remédier à ces insuffisances et à permettre de réaliser un régulateur proportionnel dans lequel l'écart de statisme puisse etre corrigé de façon automatique avec une grande précision quelle que soit l'allure de la caractéristique du dispositif à régler. Elle est d'ailleurs applicable non seulement aux régulateurs qui comportent uniquement un élément agissant de façon proportionnelle, mais également à ceux dans lesquels à un tel élément en sont associés d'autres, par exemple un d'intégration et un de dérivation, ces éléments permettant une auto-adaptation permanente et automatique à la courbe caractéristique du dispositif à régler. Conformément à ltinvention l'on établit une courbe de correction identique à la courbe caractéristique du dispositif à régler, ou très voisine de celle-ci, on enregistre cette courbe dans la mémoire associée à un processeur, on associe à ce dernier des moyens pour qu'il relève l'écart de statisme, on le programme de manière qu'il en déduise la valeur du signal auxiliaire à appliquer au dispositif et l'on prévoit des moyens pour assurer cette application. Si la caractéristique est pratiquement rectiligne, on peut la choisir directement comme courbe de correction. Le processeur procède alors par simple voie proportionnelle. Mais si tel ntest pas le cas, il est possible d'établir cette courbe de correction sous la forme d'une ligne brisée faite de courts segments rectilignes et qui se rapproche suffisamment de la caractéristique pour que les différences soient inférieures aux tolérances de réglage. On enregistre alors dans la mémoire du processeur les données correspondant à cette ligne brisée et on le programme pour que lors de chaque opération il agisse de façon proportionnelle en fonction de la pente du segment intéressé de ladite ligne. On peut encore programmer le processeur de façon que si après avoir effectué une première correction de l'écart de statisme en se basant sur les données dont il dispose, il décèle néanmoins une erreur résiduelle, il répète une opération de correction et ainsi de suite jusqu a parvenir à la précision de correction désirée. Il est en outre possible de lui faire enregistrer les données correspondant aux résultats de ces corrections par tâtonnements successifs en vue de compléter l'information introduite dans sa mémoire, ou éventuellement de la corriger, comme cela peut etre nécessaire lorsqu'en raison de variations des conditions extérieures, la caractéristique réelle du dispositif à régler s'est modifiée et ne correspond plus suffisamment à la courbe de correction initialement prévue. Il est meme possible à la limite de prévoir que le processeur ne soit pas initialement programme et qu'il établisse lui-même par tâtonnements successifs une ligne brisée susceptible de constituer une courbe de correction suffisamment précise. L'invention englobe bien entendu les régulateurs établis pour la mise en oeuvre du procédé sus-défini. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est une représentation graphique du fonctionnement d'un regulateur proportionnel, faisant ressortir l'encart de statisme et la façon générale dont on peut la corriger. Fig. 2 est une vue semblable à celle de fig. 1, mais correspondant au cas d'une courbe caractéristique à forte courbure. Fig. 3 montre le schéma par rectangles d'un régulateur proportionnel suivant l'invention associé à un dispositif à régler. Fig. 4 est un schéma allalogue, mais correspondant a un régulateur qui renferme en plus de l'élément proportionnel un élément dtintégration et un élément de dérivation. En fig. 1 l'on a rappelé sous forme graphique le fonctionnement d'un régulateur strictement proportionnel, c'est-à-dire sans élément d'intégration et/ou de dérivation. Les ordonnées A lepresentent le signal de commande émis par le régulateur et les abscisses N la valeur de la grandeur à régler.La courbe a correspond au dispositif a régler et indique la valeur de ce signal a mettre en oeuvre pour obtenir le fonctionnement du dispositif en chaque point considéré de cette courbe en régime statique A la mise en marche le signal de commande émis par le régulateur est å son maximum OP et 11 y demeure jusqu'au point Q. A ce moment, il s'abaisse suivant la droite de proportionnalité (segment QC) en direction du point C qui représente la consigne imposes. Si le réglage de l'act@on proportionnelle est convenable, on arrive ainsi au point R pour lequel il y a équilibre entre l'intensité du signal émis par le régulateur et celle exigée par le dispositif régulé. L'étendue SC du segment QC suivant l'axe des abscisses est la largeur B de bande proportionnelle. La distance TC entre la projection du point R sur cet arc et le @oint de consigne C est l'écart de statisme b qu'on mesure corriger Lçur y parveni S on saut décaler le segment QC vers la droite pour l'amener en Q'C', ce décalage étant tel que l'intersection de la courbe a ave@ le segment ainsi décalé s'effectue en un point RB situe sur la verticale du point de consigne C. On peut notamment ajouter à cet effet au @ignal de commande représenté par PQC un signal auxiliaire OU (Qi = CR') qui assure le décalage desire. On notera d'ailleurs qu'à mesure qu'on décale ainsi QC vers la droite, le signal sortant du régulateur 1 décroît (puisqu'il suit le segment QC initial, non décalé) jusqu'à s'annuler lorsque le point de réglage arrive en R'. L'on peut donc dire que le signal auxiliaire s'est totalement substitue a celui du régulateur proportionnel. Toutefois la détermination de la valeur du signal auxiliaire pose des problèmes. Si la courbe a est pratiquement rectiligne, au moins dans la zone de réglage, on peut relever sa pente et calculer aisément le décalage en fonction de celle-ci par proportionnalité pour en déduire la valeur recherchée Mais bien souvent cette courbe a comporte un fort rayon de courbure, de sorte que si lton se base sur sa pente au point R (fig. 2), en opérant par proportionnalité l'on aboutit à un point R' qui peut se trouver assez éloigné du point R" correspondant à l'annulation de l'erreur de statisme b de fig. 1.En outre, il arrive fréquemment que les conditions extérieures influent sur le fonctionnement du dispositif, c'est-à-dire sur la courbe a, et qu'il y ait donc lieu de retoucher de temps à autre la valeur du signal auxiliaire. Fig. 3 montre schématiquement comment l'invention permet de remédier aux inconvénients ci-dessus. Dans cette figure la référence 1 désigne un élément proportionnel (supposé sans élément d'intégration ni de dérivation) dont l'entrée 2 est reliée à la sortie 3 d'un comparateur 4, lequel reçoit à son tour la consigne C sur sa première entrée 5, tandis que la seconde 6 est reliée à la sortie 7 du dispositif à régler 8. Les deux entrées 5 et 6 du comparateur 4 sont reliées à deux entrées 9 et 10 d'un processeur 11 auquel est associé un ensemble de mémoires 12.La sortie 13 de ce processeur est reliée à son tour à l'entrée 14 d'un compensateur 15 dont la sortie 16 aboutit à l'une 17 des entrées d'un sommateur 18 dont l'autre 19 est reliée à la sortie 20 de l'élément proportionnel 1, la sortie 21 de ce sommateur émettant le signal de régulation appliqué à l'entrée de commande 22 du dispositif 8. Lors de la mise en marche du dispositif 8, l'élément proportionnel 1 intervient seul et assure donc le réglage au point R de fig. 1, avec l'erreur résultant de l'écart de statisme. Une fois le fonctionnement stabilisé, le processeur répond à la tension d'erreur (écart de statisme) qu'il relève entre ses entrées 9, 10 et il la traite en fonction des données enregistrées dans ses mémoires 12. I1 en déduit la valeur du signal auxiliaire ou de correction (QU en fig. 1) à ajouter au signal émis par l'élément proportionnel 1 pour corriger l'erreur précitée. Il envoie cette information au compensateur 15 qui envoie à son tour le signal correspondant au sommateur 18. Ce dernier ajoute ce signal auxiliaire à celui qu'il reçoit de l'élément régulateur 1 et il envoie la somme à l'entrée de commande 22 du dispositif à régler 8.Si les mémoires 12 ont été chargées de façon rigoureusement parfaite, le signal de l'élément régulateur 1 s'annule, comme sus-explique et le signal auxiliaire assure à lui seul le réglage du dispositif 8 exactement à la valeur de consigne. Dans la pratique, pour réaliser un traitement correct de l'information reçue par le processeur, il convient que celle-ci soit numérique. On fixe donc la consigne sous forme également numérique et l'on réalise de façon correspondante l'élément proportionnel 1, le comparateur 3 et le compensateur 15. Quant au sommateur 18, ses entrées 17 et 19 doivent être numériques, mais en général sa sortie 21 devra être analogique, du moins si le dispositif à régler 8 n'est pas prévu pour recevoir lui-même une commande numérique. Enfin, entre la sortie 7 du dispositif à régler et l'entrée 6 du comparateur 4 on interpose un transducteur analogique-numérique 23. Ce dernier est généralement incorporé au régulateur lui-même, ctest-à-dire à l'ensemble 1-4-11-12-1518. Si les données enregistrées dans les mémoires 12 ne permettent pas de faire disparattre l'ecart de statisme avec la précision voulue, l'on peut programmer le processeur li de façon qu'une fois la première correction imparfaite terminée, il détecte l'erreur subsistante et effectue une nouvelle correction. On peut ainsi arriver à un résultat parfait par approximations successives. Mais on peut éviter ces tâtonnements en faisant connaître au processeur la zone de la courbe a dans laquelle on se trouve et en enregistrant à l'avance dans les mémoires la pente moyenne de cette courbe dans la zone en question. Cela revient à remplacer la courbe a de fig. 1 et 2 par une série de courts segments de droite dont l'ensemble constitue une ligne brisée tres voisine de la caractéristique précitée. Le processeur suit alors le segment intéressé qu'il connaît par son entrée 9 et la correction de l'écart de statisme est réalisée avec une erreur ne dépassant pas la distance maximale entre le segment précité et la caractéristique a. Rien n'empêche d'ailleurs que la encore le processeur ne relève l'erreur résiduelle et n'intervienne pour la corriger. Une autre possibilité, qu'on peut d'ailleurs combiner avec la précédente, consiste à laisser le processeur corriger l'encart de statisme à la façon exposée plus haut, c'est-à-dire par proportionnalité complète ou limitée à un segment de ligne brisée, et ensuite par tâtonnements successifs s'il y a lieu, puis à enregistrer dans sa mémoire 12 d'une part la consigne C, d'autre part l'intensité du signal de commande qu'il a fallu faire apparaître sur la sortie 21 du sommateur 18 pour parvenir à annuler ledit écart, ce qu'on peut réaliser en reliant cette sortie 21 à une troisième entrée 24 du processeur 11. On conçoit qu'ainsi ce dernier peut enregistrer une information faite d'une série de données dont chacune correspond à un point de réglage antérieur.En d'autres termes, le processeur établit lui-même la ligne brisée précitée, ou bien si on lui en a indiqué une, il la parfait au fur et à mesure en prenant ainsi en compte - les modifications de la consigne imposée ; - et surtout les variations évuentuelles de la caractéristique a résultant de faits extérieurs au dispositif réglé ou de celui-ci luimême. Dans ce qui précède, on a supposé pour simplifier les explications que le régulateur considéré était uniquement constitué par un élément proportionnel 1. Mais dans la plupart des-cas, et comme le montre fig. 4, les régulateurs utilisés comprennent en outre un élément d'intégration 26 et un élément de dérivation 27 dont les entrées respectives 28 et 29 sont également reliées à la sortie 3 du comparateur 4, tandis que leurs sorties 30 et 31 le sont à deux entrées supplémentaires 32 et 33 du sommateur 13. On notera en outre que la sortie 31 de ltélément de dérivation 27 est également reliée à une quatrième entrée 34 du processeur 11, tandis qu'une seconde sortie 35 de ce dernier aboutit à une seconde entrée 36 de l'élément d'intégration 26. Le fonctionnement est alors le suivant Lors de la mise en marche, le dispositif à régler 8 reçoit la tension de commande maximale OP de fig. 1 et par conséquent le signal qu'il renvoie sur la seconde entrée 6 du comparateur 4 à travers le transducteur 23 va en augmentant rapidement. L'élément de dérivation 27 détecte cette variation par sa sortie 31, il envoie un signal correspondant sur l'entrée 34 du processeur 20, lequel est programmé de façon que le signal bloque l'action du compensateur 15. L'élément proportionnel 1 tend alors à intervenir, comme dans le cas de fig. 3, pour amener le fonctionnement au point R de fig. let 2. Mais l'intervention ni principale résulte de l'élément d'intégration 26ravit de façon complémen- taire avec sa constante de temps propre pour fournir au système à régler un signal de sortie convenable de façon à ce que la mesure rejoigne exactement la consigne. A cet instant le processeur 11, qui a détecté ltéquilibre par ses entrées 9 et 10, entre en jeu avec le compensateur 15 dont l'action se substitue à celle de l'intégrateur. L'intervention de ltélément d'intégration évite les tâtonnements successifs exposés ci-dessus et permet de parvenir plus vite au chargement convenable de la mémoire associée au processeur. Le même processus se répète lors d'une variation de la caractéristique a de fig. 1 et 2. Ce fonctionnement du régulateur appelle les deux remarques suivantes Tout d'abord, pendant le réglage, ltélément de dérivation 27 intervient puisque la sortie du comparateur 4 passe à zéro en partant d'une valeur correspondant à l'encart de statisme et subit donc une variation de valeur. Mais il est facile de voir que le signal émis par cet élément est orienté dans le bon sens et ne gene nullement l'action du processeur. En second lieu, le processeur, agissant par sa sortie 35 sur la seconde entrée 36 de~ltélément d'intégration 26, commande ce dernier au moment voulu et en fonction du :3sail approprié, de manière que le signal qui apparaît sur sa sortie 30 s'annule lorsque le réglage est parfait. Dans ces conditions, loin de gener l'action de processeur et de provoquer des phénomènes de pompage, l'élément 26 contribue à faire disparattre l'erreur résultant de l'écart de statisme. Cette action de l'élément d'integration est d'ailleurs bien connue dans la technique et n'exige donc pas d'explications complémentaires. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution decrits par tous autres équivalents. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la compensation de l'encart de statisme (b) dans un régulateur proportionnel (1), du genre dans lequel on décale la droite caractéristique de réglage (QC) de manière à rapprocher l'abscisse du point de fonctionnement (R) de celle du point de consigne (C), notamment en ajoutant au signal de réglage un signal auxiliaire (CR') qui, s'il est correctement déterminé, se substitue entièrement au premier, caractérisé en ce que - l'on établit une courbe de correction (RR') se rapprochant au moins de la courbe caractéristique (a) du dispositif à régler (8) dans la zone de réglage ;; - l'on enregistre cette courbe (RR') dans les mémoires (12) d'un processeur (11) - l'on associe à ce processeur (11, 12) des moyens (entrées 9 et 10) pour qu'il relève l'ecart de statisme (b) ; - l'on programme le processeur (11, 12) de façon qu'il déduise de cet écart et de la courbe de correction (RR') la valeur du signal auxiliaire (CR') ; - et l'on prévoit des moyens (15, 18) pour que le signal auxiliaire ainsi déterminé soit appliqué au dispositif à régler (8). 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on traduit sous forme numérique la consigne imposée (C) et la sortie du dispositif à régler (8). 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'on prévoit des moyens pour que le processeur (11, 12) ne commence calculer la valeur du signal auxiliaire que lorsque le fonctionnement du dispositif à regler (8) s'est stabilisé sous l'effet du régulateur proportionnel (1). 4. Procédé suivant la revendication 3, dans lequel on associe à ltélément proportionnel (1) du régulateur un élément de dérivation (27), caractérisé en ce qu'on programme le processeur (11, 12) de manière qu'il ne commence à opérer que lorsque le signal de sortie dudit élément de dérivation (27) s'est annulé. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, applicable au cas où la courbe caractéristique de fonctionnement (a) du dispositif à réguler (8) s'écarte notablement d'une droite dans la zone de réglage, caractérisé en ce que pour établir la courbe de correction l'on divise cette zone en une série de zones élémentaires suffisamment étroites pour que dans chacune d'elles la courbe caractéristique (a) soit assimilable à un segment de droite et en ce qu'on programme le processeur (11) de manière qu'il identifie grâce à sa mémoire (12) la zone élémentaire dans laquelle ltécart de statisme (b) est à corriger et qu'il agisse linéairement dans cette zone élémentaire. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on programme le processeur (11, 12) de manière telle que si après l'application du signal auxiliaire (CR') il subsiste encore une différence entre la consigne (C) et la sortie du dispositif à réguler (8), il procède à une nouvelle opération pour déterminer par voie proportionnelle la valeur du complément de signal auxiliaire propre à faire disparaître cette différence et à l'application de ce complément, et ainsi de suite jusqu a réalisation de la précision de réglage désirée. 7. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'on programme le processeur (11, 12) de manière qu'il mette en mémoire la valeur totale du signal auxiliaire (CR') à appliquer pour parvenir au résultat désiré et qu'il se réfère à cette valeur lors d'un nouveau réglage en opérant proportionnellement entre cette valeur et la suivante ou la précédente déjà enregistrée dans sa mémoire. 8. Régulateur, caractérisé en ce qu'il est établi pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes. 9. Régulateur suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison - un comparateur (4) recevant sur ses entrées (5, 6) un signal de consigne (C) et un signal représentant la sortie (7) du dispositif à régler (8) - un élément régulateur proportionel (1) recevant la sortie du comparateur (4) et émettant un signal de commande correspondant ; - un sommateur (18) dont l'une (19) des entrées reçoit la sortie (20) de l'élément régulateur proportionnel (1) - un processeur à mémoires (11, 12) qui reçoit sur deux entrées (9, 10) d'une part la consigne, d'autre part la sortie (7) du dispositif à régler (8), et en déduit un signal de contrôle qu'il fait apparaître sur sa sortie (13) ;; - un compensateur (15) propre à recevoir le signal de sortie du processeur (11, 12) et à appliquer un signal correspondant à une seconde entrée (17) du sommateur (18), la sortie (21) de ce dernier étant appliquée à l'entre de commande (22) du dispositif à régler (8). 10. Régulateur suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le processeur (11, 12) reçoit également sur une entrée (24) la sortie du sommateur (13) de façon à pouvoir en tenir compte dans ses calculs des données correspondantes. 11. Régulateur suivant l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte un transducteur analogique-numérique (23) interposé entre la sortie (7) du dispositif à régler (8) et ltentrée correspondante (6) du comparateur (4), I'dlément régulateur (1), le sommateur (18), le processeur (11, 12) et le compensateur (15) étant établis de façon à opérer par voie numérique. 12. Régulateur suivant l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un élément d'intégration réglable (26) et un élément de dérivation (27) montés entre la sortie (3) du comparateur (4) et des entrées correspondantes (32, 33) du sommateur (18). 13. Régulateur suivant la revendication 12, caractérisé en ce que la sortie (31) de ltélément de dérivation (27) est reliée à une entrée (34) du processeur (11, 12) de manière à ne permettre à celui-ci d'entrer en action que lorsque le régulateur s'est substantiellement stabilisé. 14. Régulateur suivant la revendication 12, caractérisé en ce que le processeur (11, 12) comporte une sortie (35) reliée à une entrée de commande (36) de ltélément d'intégration (26) de façon à faire intervenir celui-ci à l'instant approprié.