Brevet FR2654228A1 — publié le 19910510

L'invention concerne un procédé pour la régulation d'un paramètre d'un processus ou d'une donnée de régulation dans lequel la valeur du signal de mesure délivré au régulateur par un dispositif de mesure au régulateur est une fonction continue non linéaire du paramètre de régulation dont la courbe caractéristique possède un maximum à l'intérieur de la plage de régulation, lequel partage la courbe en une portion montant de manière monotone et une portion descendant de manière monotone. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Des boucles de régulation comportent très souvent des zones de fonction non linéaires Il peut en résulter un comportement non linéaire de l'installation de mesure avec pour conséquence le fait que le signal de mesure délivré au régulateur n'est plus proportionnel à la donnée réelle de régulation Ceci peut, dans certains cas, être souhaité par exemple pour l'extraction de la racine d'un signal appliqué en tant que paramètre pilote; dans d'autres cas ceci peut être pris en considération par une interprétation correspondante des autres éléments du circuit de régulation. Un problème apparaît cependant lorsque la courbe caractéristique de l'installation de mesure dans la plage de régulation ne se déroule plus de façon monotone, de sorte que plusieurs états du paramètre de régulation existent pour un signal de mesure, celui-ci ne caractérisant plus d'une manière évidente la donnée de régulation Il en résulte que le processus correspondant ne peut plus être commandé sur l'ensemble de la plage de régulation, de manière stable, par un dispositif de régulation de type connu. -2- Le but de l'invention est en conséquence de développer un procédé et un dispositif pour la régulation d'un paramètre d'un processus à l'aide desquels une régulation stable pourra être obtenue de manière simple sur une plage de régulation à l'intérieur de laquelle la courbe caractéristique de l'installation de mesure possède un point d'inflexion et ne se déroule donc pas de façon monotone. L'on utilise, pour atteindre ce but, un procédé caractérisé par le fait qu'à l'intérieur d'un intervalle donné de la valeur d'un signal, contenant la donnée de commande, le signal de sortie d'un régulateur de type connu est utilisé en tant que signal de régulation tandis que dans le cas de valeurs du signal situées en dehors de cet intervalle, le signal de régulation est produit par un autre dispositif générateur de signaux et dirigé de telle façon que le paramètre de régulation soit ramené au voisinage de la valeur nominale déterminé par l'intervalle, après quoi la régulation a de nouveau lieu avec le signal de sortie du régulateur de type connu en tant que signal de régulation. Pour l'essentiel, le procédé de régulation connu est limité à un voisinage de la valeur nominale du paramètre de régulation dans lequel ledit procédé est stable, tandis qu'en cas de franchissement de ces limites de zone, la régulation est assurée par un dispositif complémentaire dont le rôle est de ramener le paramètre de régulation dans la plage stable après quoi la régulation peut à nouveau se faire avec le procédé connu. Des perfectionnements avantageux peuvent être prévus comme suit. Une contre-réaction du signal de régulation sur le régulateur connu permet une réinjection sans à-coups de celui-ci. -3- La commutation requise peut être obtenue lorsqu'une différence préréglée entre la donnée de commande et la valeur du signal est atteinte. Le choix de l'intervalle permet d'éviter le dépassement du maximum et par conséquent l'apparition d'écarts plus importants du paramètre de régulation. Le fait de délivrer le signal de sortie du régulateur connu au générateur complémentaire de signaux et le fait que le signal de sortie de celui-ci se compose du signal de sortie du régulateur connu et d'impulsions séparées venant s'y ajouter aussi longtemps qu'il sert de signal de régulation permettent une modification permanente du signal de régulation lors de la commutation Ceci permet de plus d'améliorer encore le procédé en ce sens qu'à l'extérieur de la plage régulée par le régulateur connu, le signal de régulation ne se distingue que d'une manière constante et limitée dans le temps du signal de sortie du régulateur connu par la superposition qui lui est faite d'une série d'impulsions séparées Outre la commutation sans à-coups, cette mesure permet un retour relativement régulier du paramètre de régulation, par exemple par rapport à un signal complémentaire sans avoir à prendre en compte une suroscillation d'importance perturbatrice lorsque le moment de la commutation est atteint. Le dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, comprenant de manière connue un élément de régulation, un élément de mesure avec une courbe caractéristique non monotone, comporte en outre un comparateur, un dispositif générateur de signaux et un dispositif de commutation qui traite les signaux de régulation respectifs Il est avantageux que le dispositif générateur de signaux soit un étage générateur d'impulsions qui superpose au signal de sortie du régulateur des impulsions additionnelles, lors de l'activation par la -4- fermeture du commutateur et que le dispositif de commutation soit un étage différentiel à minimum ou à maximum qui compare le signal de sortie du régulateur au signal de sortie de l'étage générateur d'impulsions. Cet agencement permet de manière particulièrement simple la mise en oeuvre du procédé, par le montage de peu de pièces complémentaires dans une boucle de régulation de type connu. Le procédé et le dispositif sont représentés sur les figures et seront décrits ci-dessous. La figure 1 représente la courbe caractéristique continue et non monotone d'un dispositif de mesure. La figure 2 représente le dispositif de régulation pour la mise en oeuvre du procédé. La figure 3 représente une variante du dispositif complémentaire encadré en pointillé sur la figure 2. La figure 1 représente la courbe caractéristique continue, non monotone d'un dispositif de mesure Le signal de mesure (x') croît tout d'abord de manière monotone en fonction du paramètre de processus ou de régulation (x), présente ensuite un maximum (M) et décroît ensuite à nouveau de manière monotone Une telle courbe décrit par exemple la conductibilité d'un acide sulfurique hautement concentré ou surconcentré (oléum) en fonction de la concentration, la conductibilité relative maximale en présence d'une concentration x Me 99,5 % Avec le procédé selon l'invention, il est donc possible de fabriquer de l'acide sulfurique hautement consentré, d'une concentration donnée (voir ci-dessous) par le mélange d'acide sulfurique dilué et d'oléum, la concentration étant déterminée au moyen d'une mesure de conductibilité. -5- La régulation doit respecter une valeur nominale (x s) du paramètre de régulation Pour ce faire, l'on utilise ici un régulateur PI(D) connu ( 1) sur lequel est réglée la donnée de commande ( W = x' (x s)) Le régulateur ( 1) est installé de telle manière que, dans le cas de petits écarts de la valeur nominale (xs) le signal de sortie (YR) du régulateur ( 1), utilisé en signal de commande provoque un retour du paramètre de régulation à (x) Ceci est évoqué s par les flèches le régulateur ( 1) travaille donc de manière stable aux alentours de son point de travail (A'). Si l'on considère le cas d'un écart important du paramètre de régulation de la valeur nominale, il est clair que lors d'un écart en direction du maximum (M) il se produit un signal de différence plus petit que dans le cas d'un écart de même importance dans la direction opposée Des écarts du maximum de la courbe caractéristique allant en s'éloignant de la valeur nominale sont donc très efficacement régulés par le régulateur ( 1) Des écarts en direction de la valeur extrême sont moins efficacement régulés; en particulier, le maximum (M) peut ici être dépassé, ce qui fait passer de la plage dans laquelle la courbe caractéristique monte de façon monotone à celle o elle descend de manière monotone. Malgré l'augmentation de l'écart du paramètre de régulation (x) par rapport à la valeur nominale (xs), le signal de différence (x'w = W x') apparaissant sur le régulateur ( 1) diminue jusqu'à ce qu'il finisse par disparaître lorsque le paramètre de régulation atteint la valeur (x 2) au point (B') Ceci est une conséquence de l'ambiguité du signal de mesure: à la donnée de commande (w) correspondent deux valeurs non équivalentes (xs et x 2) du paramètre de régulation (x) Etant donné que le régulateur est réglé sur le point de travail (A') il réagit avec le signal de régulation (y) dans le cas d'un signal de différence négatif (X') de telle manière que le paramètre de régulation (x) se trouve diminué et, dans le -6- cas d'un signal de différence positif, augmenté de façon correspondante Le point (B') est en conséquence un point fixe instable du régulateur ainsi que l'esquissent les flèches Si les données perturbatrices engendrent une valeur du paramètre de régulation supérieure à (x 2) le régulateur dérive vers des valeurs de plus en plus grandes du paramètre de régulation au lieu de se recaler vers la valeur nominale (x S). Pour éviter cela, le dispositif régulateur est agencé ainsi que le montre la figure 2 Il s'y effectue sous la commande de l'organe de régulation ( 4) un mélange entre un produit (Pi) (par exemple de l'acide sulfurique à 96 %) et un produit (P 2) (par exemple de l'oléum acide sulfurique surconcentré) pour obtenir un produit (P 3) (par exemple de l'acide sulfurique à 99 %) Le dispositif de mesure ( 3) délivre un signal de mesure (x') fonction du paramètre de régulation (x), qui représente la conductibilité de l'acide sulfurique et correspond à la forme de la courbe de la figure 1 Ce signal de mesure alimente le régulateur ( 1) proprement dit auquel est par ailleurs appliquée la donnée de commande (w) Le régulateur ( 1) est calé de manière à réguler de façon stable dans le voisinage du point (A') Le signal de sortie du régulateur (YR) est appliqué sur un étage générateur d'impulsions ( 6) et sur un étage différentiel ( 5) Dans la position ouverte du commutateur ( 7) représentée, l'étage générateur d'impulsions ( 6) n'est pas activé et l'étage différentiel ( 5) transmet en tant que signal de régulation le signal de sortie (y R) du régulateur ( 1). Si, sous l'influence de données perturbatrices (par exemple des modifications de concentration dans les produits d'origine Pl et P 2), le signal de différence (x' w) de la valeur du signal de mesure (x') vient à augmenter au-delà d'une valeur (par exemple x'wl) règlable sur un comparateur ( 2) supplémentaire, ce qui définit un intervalle -7- I = (lux',x'o l) de la valeur du signal de mesure (x'), celui-ci active alors l'étage générateur d'impulsions par la fermeture du commutateur ( 7) Ledit étage ajoute alors au signal de sortie du régulateur (YR) une série d'impulsions séparées négatives et le signal résultant est transformé par l'étage différentiel à minimum ( 5) en signal de régulation (y) Cette mesure entraîne une modification continue du signal de sortie du régulateur (YR) ainsi qu'une commutation sans à-coups L'importance, la durée et la période des impulsion doivent être choisies de telle manière qu'un retour du paramètre de régulation (x) dans la région (x de régulation dans la région (x Selon la différence maximale autorisée entre la donnée de commande et la valeur du signal de mesure, telle que déterminée par le comparateur ( 2), l'on peut éviter une dérive du paramètre de régulation vers la région (x > x X), en tout cas une dérive vers la région (x > x 2) Si le paramètre de régulation a de nouveau atteint une valeur dont l'importance du signal de mesure se situe dans l'intervalle (I), le commutateur ( 7) est derechef ouvert par le comparateur ( 2) ce qui désactive l'étage générateur d'impulsion ( 6) et entraîne à nouveau la transformation par l'étage différentiel ( 5) du signal de sortie du régulateur (YR) en signal de commande (y), la contreréaction du signal de régulation (y) sur le régulateur ( 1) permettant également de réaliser une commutation sans à-coups. -8- Certes, l'étage générateur d'impulsion se trouve également activé dans la plage (x modifications à entreprendre sur les régulateurs connus. L'on peut procéder de manière analogue lorsque la valeur nominale du paramètre de régulation se trouve non pas dans la portion de la courbe caractéristique montant de manière monotone mais dans la portion descendant de manière monotone, que le régulateur ( 1) doit par exemple réguler de manière stable en (B') Le régulateur ( 1) doit ici être règlé de manière adéquate et le dispositif encadré en pointillé sur la figure 2 doit être remplacé par celui représenté sur la figure 3 Lors de l'activation, l'étage générateur d'impulsion ( 6 ') alimente le signal de sortie du régulateur (YR) avec des impulsions positives et il faut, dans ce cas, prévoir en guise d'étage différentiel un étage différentiel à maximum. -9- REVEND I CAT IONS 1 Procédé pour la régulation d'un paramètre d'un processus, dans lequel la valeur du signal de mesure (x') délivré par le dispositif de mesure ( 3) au régulateur ( 1) est une fonction continue, non linéaire du paramètre de régulation (x) dont la sa courbe caractéristique (x' = f(x) possède un maximum (M) à l'intérieur de la plage de régulation (xa x , x'0 l) de la valeur du signal (x'), contenant la donnée de commande (w) le signal de sortie (YR) d'un régulateur connu ( 1) est utilisé en tant que signal de régulation (y) pour la régulation tandis que dans le cas de valeurs du signal (x') situées en dehors de cet intervalle (I) le signal de régulation (y) est produit par un autre dispositif générateur de signaux ( 6, 6 ') et dirigé de telle façon que le paramètre de régulation (x) soit ramené au voisinage (x 5 dl, connu ( 1), en tant que signal de régulation (y). 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de régulation (y) respectif est appliqué de manière externe sur le régulateur connu ( 1). 3 Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2. caractérisé en ce que l'intervalle (I) est délimité par une valeur maximale (x'wl) du montant de la différence (X'w = W x') entre la donnée de commande (w) et la valeur du signal (x'). -10- 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'intervalle (I) ne contient pas le maximum (M). 5 Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le signal de sortie (YR) du régulateur ( 1) est appliqué sur le dispositif générateur complémentaire de signaux ( 6, 6 '). 6 Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le signal de sortie du dispositif générateur complémentaire de signaux ( 6, 6 ') se compose du signal de sortie (YR) du régulateur ( 1) et d'impulsions séparées, venant s'y ajouter, aussi longtemps qu'il sert de signal de régulation (y). 7 Dispositif de régulation pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 à 6, comportant de manière connue un élément de régulation ( 4), un élément de mesure ( 3) avec une courbe caractéristique non monotone et un régulateur PI(D) ( 1) caractérisé en ce que l'on prévoit additionnellement un comparateur ( 2), un dispositif générateur de signaux ( 6, 6 ') et un dispositif de commutation ( 5, 5 ') qui traitent les signaux de régulation respectifs. 8 Dispositif de régulation selon la renvendication 7, caractérisé en ce que le dispositif générateur de signaux ( 6, 6 ') est un étage générateur d'impulsions qui superpose au signal de sortie du régulateur (YR) appliqué des impulsions additionnelles, lors de l'activation par la fermeture du commutateur ( 7). -il- 9 Dispositif de régulation selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif de commutation ( 5, 5 ') est un étage différentiel à minimum ou à maximum qui compare le signal de sortie (YR) du régulateur au signal de sortie de l'étage générateur d'impulsion ( 6, 6 ').