Brevet FR2694645A1 — publié le 19940211

La présente invention concerne une boucle de régula- t-ion numérique avec un régulateur conventionnel qui trans- forme un écart de réglage Xd, soit une différence entre une consigne W et une valeur effective X, en une grandeur réglante Yk qui agit sur un système réglé, le cas échéant par l'intermédiaire d'un convertisseur numérique/analogi- que, dont la grandeur de sortie X sert également à la for- mation de la grandeur réglante Yk. Dans des boucles de régulation numériques, la grandeur de sortie du régulateur la grandeur réglante ne peut être variée que par échelons du fait de la précision de calcul du régulateur ou de la largeur de mot du canal d' édition Cela comporte l'inconvénient qu'il n'est pas pos- sible de réaliser statiquement n'importe quelle valeur ef- fective C'est par exemple le cas pour un régulateur de vitesse dont la grandeur réglante peut faire varier la va- leur effective, c'est-à-dire la vitesse, en vingt échelons entre O à 2 000 l 1/minl, ladite vitesse ne pouvant être fixée statiquement que par échelons de 100 l 1/minl. La présente invention a donc pour but de perfection- ner une boucle de régulation numérique en ce sens qu'il est aussi possible de réaliser des échelons intermédiaires. Ce but est atteint, conformément à l'invention, par ce qu'au régulateur conventionnel il est mis en parallè- le un régulateur tout ou rien dont la grandeur d'entrée est l'écart de réglage Xd et dont la grandeur réglante Y 2 pkt est ajoutée à la grandeur réglante Yk du régulateur conventionnel, la grandeur réglante totale Y = Yk + Y 2 pkt étant appliquée au système réglé. -2- L'invention se base sur l'expérience que des échelons intermédiaires peuvent être réalisés si la grandeur réglan- te est modulée par une fréquence non relevée par le sys- tème réglé. Le régulateur tout ou rien utilisé pour la modulation de la grandeur réglante est comparable, en cas d'écarts de réglage peu importants, à un régulateur P avec ampli- fication infinie, c'est-à-dire que des écarts de réglage minima provoquent une variation de la grandeur réglante. En cas d'écarts de réglage importants, l'amplification tend vers zéro parce que la grandeur réglante peut être variée d'un échelon au maximum par le régulateur tout ou rien Ce système compense de faibles écarts de réglage par la forte amplification, mais ne devient pas un système ins- table grâce à l'amplification allant diminuant avec l'aug- mentation de l'écart de réglage Cela signifie que le ré- gulateur tout ou rien n'influe pas sur la stabilité du sys- tème régulateur entier et que, tout de même, les écarts inhérents au système sont compensés par la quantification de la grandeur réglante Ainsi, l'optimisation du régula- teur conventionnel par des procédés connus est possible notamment en ce qui concerne la stabilité Par régulateurs conventionnels, il faut entendre ici tous les régulateurs du type P, PI, I ou PID. Comme, en cas d'utilisation de ces régulateurs con- ventionnels, la partie I est adaptée au système réglé "lent", les écarts de la partie P et le cas échéant de la partie D, provoqués par la quantification, doivent être compen- sés La valeur de la partie P dépend dans la plupart des cas de la limite de stabilité du système régulateur La modulation de la grandeur réglante dépend donc aussi du système réglé, ce qui signifie que, l'amplification pro- portionnelle de la partie P étant donnée, l'erreur mini- male est déterminée par la quantification de la grandeur réglante. Suivant un perfectionnement avantageux, il est pré- 3 - vu qu'en amont du régulateur conventionnel sont disposés des organes pour créer un seuil de réponse Xdmin Le seuil de réponse a pour but d'admettre des réactions du régula- teur conventionnel à des écarts Xd supérieurs à un seuil Xdmin, ce qui empêche que le régulateur conventionnel am- plifie la réaction du régulateur tout ou rien et agit en conséquence de façon négative sur le comportement du ré- gulateur. Il est prévu de préférence une application pour la régulation numérique de la vitesse d'un moteur électrique, la grandeur réglante totale étant une tension à impulsions modulées en largeur, lissée par l'inductivité du moteur électrique Pour la transformation de la grandeur réglan- te numérique en un signal analogique, il faut, dans la plu- part des cas, utiliser un convertisseur numérique/analo- gique Dans quelques rares applications, la grandeur ré- glante peut être appliquée directement au système réglé qui réalise alors la transformation numérique/analogique par son comportement intégrant C'est par exemple le cas avec une régulation numérique de la vitesse d'un moteur électrique du fait de son inductivité Un moteur électri- que à régulation de vitesse peut par exemple utilisé avan- tageusement pour l'entraînement d'un ventilateur monté dans la canalisation d'air et/ou d'évacuation des gaz brû- lés d'un chauffe-eau marchant à un combustible fossile. Des perfectionnement de l'invention font l'objet des sous-revendications ou sont décrits ci-après plus en dé- tail à l'aide d'un exemple de réalisation. Les figures montrent: Fig 1, un schéma de principe d'une boucle de régula- tion suivant l'invention, Fig 2, deux diagrammes reproduisant le fonctionne- ment de la boucle suivant la fig 1. La boucle de régulation suivant la fig 1 se compo- se essentiellement d'un régulateur conventionnel 1 qui peut être un régulateur P, PI, I ou PID, d'un générateur de 4 - seuil 2, d'un système réglé 3, en aval, et d'un régulateur tout ou rien 4 en parallèle à l'ensemble régulateur 1 / générateur de seuil 2 A la boucle de régulation sont ap- pliquées la grandeur réglante W et la valeur effective mo- mentanée X Par un organe différenciateur 5 est établi 1 ' écart de réglage Xd = W X A travers un branchement 6, aussi bien le générateur de seuil 2 que le régulateur tout ou rien 4 sont actionnés Si un écart de réglage mini Xdmin est dépassé, le régulateur conventionnel 1 est activé. Le régulateur conventionnel 1 génère une grandeur ré- glante Yk, tandis que le régulateur tout ou rien 4 produit une grandeur réglante de correction Y 2 pkt Les sorties des deux régulateurs sont reliées à un organe additionneur 7 qui fait l'addition des deux grandeurs Yk et Y 2 pkt Sa sor- tie débite la grandeur réglante totale Y comme signal nu- mérique Ce signal peut être appliqué ou directement au système réglé 3 ou à un convertisseur numérique/analogique pour être transformé en un signal que le système réglé 3 peut utiliser Le régulateur tout ou rien 4 assure en quel- que sorte la modulation de la grandeur réglante Si l'é- cart de réglage Xd est supérieur ou supérieur/égal à zé- ro, la grandeur réglante Yk du régulateur conventionnel est augmentée d'un pas, ce qui vaut une modulation de la grandeur réglante C'est ce qui montre la fig 2 dans deux diagrammes de temps combinés Dans le diagramme supérieur est représentée l'évolution de la valeur effective, et dans le diagramme inférieur, la grandeur réglante respec- tive débitée par le régulateur tout ou rien 4 Sans aucu- ne modulation de la grandeur réglante, seuls les valeurs effectives discrètes espacées, à savoir Xyi, Xyi+ 1 et Xyi+ 2, peuvent être réglées statiquement Si la consigne ou grandeur pilote W se situe entre deux valeurs X, l'é- cart de réglage Xd qui en résulte peut être important Pour permettre un réglage plus exact, il est donc prévu qu'à la grandeur réglante Ykr assez grossièrement subdivisée, du régulateur conventionnel, une grandeur réglante de cor- - rection Y 2 pkt est superposée Entre t 1 et t 2, le régula- teur tout ou rien 4 génère un signal de sortie "high", c' est-à-dire Y 2 pkt, ce qui vaut l'addition d'un pas Si 1 ' écart de réglage est négatif, le régulateur tout ou rien passe à "low", ce qui est le cas entre t 2 et t 3 Ce phé- nomène se reproduit en cas de grandeur réglante constan- te, à la fréquence inhérente au système Les écarts de ré- glage provoqués par la modulation ne sont donc plus fonc- tion que du temps de palpage du régulateur tout ou rien 4. L'invention ne se limite pas à l'exemple de réalisa- tion décrit plus haut Au contraire, nombre de variantes peuvent être réalisées qui utilisent les caractéristiques de l'invention, en dépit de leur conception tout à fait autre. E 2694645 Revendications 1 Boucle de régulation numérique avec un régulateur con- ventionnel qui transforme un écart de réglage Xd, soit une différence entre une consigneW et une valeur ef- fective X, en une grandeur réglante Yk qui agit sur un système réglé, le cas échéant par l'intermédiaire d'un convertisseur numérique/analogique, dont la gran- deur de sortie X sert également à la formation de la grandeur réglante Yk, caractérisée par le fait qu'au régulateur conventionnel ( 1) il est mis en parallè- le un régulateur tout ou rien ( 4) dont la grandeur d'entrée est l'écart-de réglage Xd et dont la gran- deur réglante Y 2 pkt est ajoutée à la grandeur réglan- te Yk du régulateur conventionnel ( 1), la grandeur réglante totale Y = Yk + Y 2 pkt étant appliquée au sys- tème réglé ( 3). 2 Boucle de régulation suivant la revendication 1, ca- ractérisée par le fait qu'en amont du régulateur con- ventionnel ( 1) est disposé un générateur de seuil ( 2) pour créer un seuil de réponse Xdmin. 3 Boucle de régulation suivant la revendication 1, ca- ractérisée par une application pour la régulation nu- mérique de la vitesse d'un moteur électrique, la gran- deur réglante totale Y étant une tension à impulsions 7 2694645 modulées en largeur, lissée par l'inductivité du mo- teur électrique. 4 Boucle de régulation suivant la revendication 3, ca- ractérisée par une application du moteur électrique à régulation de vitesse pour l'entraînement d'un ven- tilateur monté dans la canalisation d'air et/ou d'é- vacuation des gaz br&lés d'un chauffe-eau marchant à un combustible fossile.