Brevet FR2765699A1 — publié le 19990108

L'invention concerne un procédé et un dispositif pour commander un appareil consommateur d'électricité, dans lequel cet appareil consommateur de courant électrique est commandé cycliquement par un rapport, que l'on peut définir au préalable entre la durée de passage du courant pendant le cycle et la durée du cycle, le rapport entre la durée de pas- sage du courant pendant le cycle et la durée du cycle pouvant être défini au préalable en fonction d'une valeur de la ré- sistance de l'appareil consommateur de courant électrique et d'une valeur de consigne, caractérisés en ce que la valeur de la résistance de l'appareil consommateur de courant électri- que subit une adaptation. On connaît un procédé et un dispositif servant à commander des appareils consommateurs d'électricité par le document DE-OS-35 29 742. L'appareil consommateur d'électricité est commandé de façon cyclique. Le rapport en- tre la durée de passage du courant pendant le cycle et la du- rée du cycle est défini au préalable en fonction de la résistance de l'appareil consommateur d'électricité et d'une valeur de consigne souhaitée. On détecte l'intensité qui passe à travers l'appareil consommateur d'électricité et on la compare à la valeur de consigne. En fonction de cette com- paraison, un appareil de réglage modifie le rapport entre la durée de passage du courant pendant le cycle et la durée du cycle de telle sorte que s'établisse la valeur de consigne de l'intensité. Ce mode opératoire pose des problèmes dans le cas des commandes cycliques quand on soumet le système à des exi- gences contradictoires. La fréquence de commande doit être aussi basse que possible pour éviter un frottement statique. Dans le cas d'une fréquence de commande assez basse, l'appareil consommateur d'électricité reste en permanence en mouvement et il ne se produit pas de frottement statique. Mais une fréquence de commande assez basse requiert que l'intensité oscille avec une fréquence correspondante. Pour pouvoir disposer d'une valeur réelle appropriée, on filtre la valeur réelle avec un filtre passe-bas. Dans le cas d'une fréquence de cycle assez basse, il se produit de la sorte un grand temps mort dû au filtre passe-bas. Ceci à son tour a pour conséquence que la valeur réelle ne réagit que très len- tement aux valeurs de consigne modifiées. On a un appareil de réglage dynamiquement lent, qui ne réagit aux variations de la valeur de consigne qu'au bout d'un temps important de re- tardement. Objet de l'invention L'invention a pour objet, dans le cas d'un procé- dé et d'un dispositif servant à commander un appareil consom- mateur d'électricité, de fournir avec une commande cadencée à fréquence assez basse, un appareil de réglage dynamiquement rapide, qui réagisse très vite aux variations de la valeur de consigne. Avantages de l'invention Avec le mode de fonctionnement selon l'invention, la valeur réelle de l'intensité peut être très rapidement adaptée aux variations de la valeur de consigne. Ceci est également possible dans le cas de commandes cycliques avec une faible fréquence de cycles. Dans le cas du mode de fonc- tionnement selon l'invention, on obtient un mode de conduite plus rapide que par rapport à un appareil de réglage propor- tionnel-intégral (PI) avec commande préalable. Ceci vaut aus- si dans le cas de petites fréquences de cycles et de cette façon dans le cas o le système de réglage présente un grand temps mort. En outre, avec le mode de fonctionnement selon l'invention, il se produit le même mode apériodique d'oscillations du circuit de réglage de l'intensité indépen- damment de la résistance actuelle de l'appareil consommateur d'électricité. En outre, il n'est pas nécessaire d'avoir des résistances de compensation pour compenser la température de l'appareil consommateur d'électricité. De cette façon, on peut éviter des pertes additionnelles de puissance. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: * l'adaptation de la valeur de la résistance de l'appareil consommateur de courant électrique a lieu en partant d'un écart de réglage entre une valeur réelle de l'intensité et la valeur de consigne de l'intensité, * la valeur de la résistance peut être définie au préalable en partant d'une valeur de la commande préalable et d'un facteur de correction, * le facteur de correction peut être prédéfini en partant de la comparaison entre la valeur réelle de l'intensité et la valeur de consigne de l'intensité, * le facteur de correction peut être défini au préalable par un appareil d'intégration, * pour calculer la valeur de la résistance de l'appareil con- sommateur de courant électrique, on multiplie le facteur de correction par la valeur de la précommande et on additionne le résultat avec la valeur de la précommande, * la valeur réelle de l'intensité est filtrée avec un filtre passe-bas. L'invention concerne également un dispositif ser- vant à commander un appareil consommateur de courant électri- que, dispositif dans lequel on commande l'appareil consommateur de courant électrique avec un rapport entre la durée de passage du courant pendant le cycle et la durée du cycle qui peut être défini au préalable et dans lequel une commande définit au préalable le rapport entre la durée de passage du courant pendant le cycle et la durée du cycle en fonction de la valeur de la résistance de l'appareil consom- mateur de courant électrique et d'une valeur de consigne de l'intensité, caractérisé en ce que l'on prévoit des moyens pour adapter la valeur de la résistance de l'appareil consom- mateur de courant électrique. Dessins L'invention va être décrite ci-après plus en dé- tail à partir de plusieurs formes de réalisation, représen- tées sur les dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 montre un diagramme par blocs, grossier, du dispositif selon l'invention, - la figure 2 montre différents signaux portés en fonction du temps et - la figure 3 montre une représentation plus détaillée de la commande de l'appareil consommateur d'électricité. Description des exemples de réalisation Sur la figure 1, on a représenté un diagramme grossier par blocs du dispositif selon l'invention. Un appa- reil consommateur d'électricité est, d'une part, en liaison5 avec une tension d'alimentation Ubat et, d'autre part, par l'intermédiaire d'un appareil de mesure de l'intensité 110 et d'un dispositif de commutation 120, avec la masse. Aux deux raccords de l'appareil de mesure de l'intensité 110 est relié un amplificateur différentiel 130 dont le signal de sortie arrive par l'intermédiaire d'un fil- tre passe-bas 141 à un convertisseur analogique/numérique 150. Le filtre passe-bas 141 consiste, selon le mode de réa- lisation représenté, en une résistance 140 qui est disposée entre le convertisseur analogique/numérique 150 et la sortie de l'amplificateur différentiel 130. La résistance 140 est en liaison via un condensateur 145 avec la masse. La résistance et le condensateur 145 constituent le filtre passe-bas 141. Le signal de sortie du convertisseur analogi- que/numérique 150 arrive à une commande 160 qui actionne à son tour le dispositif de commutation 120 avec un signal de commande U. Dans le cas de l'appareil consommateur d'électri- cité 100, il s'agit de préférence de la bobine d'une électro- vanne. En particulier, dans le cas des électrovannes propor- tionnelles, on règle l'intensité I qui passe à travers l'appareil consommateur d'électricité 100 sur une valeur pré- déterminée. L'électrovanne proportionnelle prend une position déterminée en fonction de l'intensité I qui passe à travers l'appareil consommateur d'électricité 100. On utilise de telles électrovannes proportionnel- les par exemple dans les moteurs à combustion interne. C'est ainsi, par exemple, que dans le cas des systèmes à rail com- mun, on règle la pression dans un accumulateur sur une valeur que l'on peut définir au préalable. Pour cela, on utilise une électrovanne proportionnelle. En fonction de l'intensité qui passe à travers l'appareil consommateur d'électricité 100, il s'établit un débit déterminé de carburant à travers la vanne et de telle façon une variation déterminée de la pression. Le mode de fonctionnement selon l'invention n'est pas toutefois limité à cette application. On peut l'utiliser dans le cas de tous les appareils qui consomment de l'électricité pour lesquels l'intensité doit être réglée sur une valeur déterminée. Le dispositif de commutation 120 est constitué de préférence sous la forme d'un transistor, en particulier sous la forme d'un transistor à effet de champ. L'appareil de me- sure de l'intensité 110 est constitué de préférence sous la forme d'une résistance ohmique. Ce système composé de l'appareil de mesure de l'intensité 110 et du dispositif de commutation 120 à la figure 1 n'a été choisi qu'à titre d'exemple. On peut prévoir aussi que l'appareil de mesure de l'intensité 110 soit branché vers la masse ou vers la tension d'alimentation Ubat. Le mode de fonctionnement de ce dispositif va être décrit à partir des signaux portés sur la figure 2. La commande 160 détermine un signal de commande U en fonction de l'intensité voulue, qui doit passer à travers l'appareil con- sommateur d'électricité 100, signal de commande qui commande le dispositif de commutation 120. Ce signal est représenté sur la figure partielle 2a. La fréquence ou la durée de la période T est dans ce cas constante et on peut la définir au préalable en fonction de grandeurs caractéristiques du fonc- tionnement. La durée de la période T est choisie de telle fa- con qu'il ne se produise pas de frottement statique dans l'électrovanne. On évite celui-ci grâce au fait que l'aiguille de la vanne se trouve en permanence en mouvement. De façon correspondante, on définit au préalable la fréquence ou la durée de la période T. En règle générale, il s'agit dans le cas de l'appareil consommateur d'électricité, d'un consommateur in- ductif. Cela signifie que si l'on branche le courant, c'est- à-dire si la tension U prend une valeur élevée, l'intensité I augmente. En position débranchée, l'intensité I retombe. Du fait de l'inductance du consommateur, il s'établit une intensité qui est représentée à la figure 2b. Ce signal est fourni par l'amplificateur différentiel 130. Ce signal I ne convient pas à un retraitement direct. Ainsi, dans le cas d'une exploitation numérique, on recueille en rè- gle générale une valeur momentanée. En fonction de l'instant du balayage, la valeur varie très fortement. Pour rendre pos- sible une exploitation numérique, on filtre ce signal au moyen d'un filtre passe-bas 141. A la sortie de ce filtre passe-bas se trouve le signal IF qui est représenté à la fi- gure 2C. A la place du filtre RC représenté, on peut aussi utiliser d'autres filtres appropriés. Ce problème est alors qu'en raison du filtrage on a un grand temps mort. Lors de la détection de la valeur réelle, une variation de la valeur de l'intensité n'entraîne une variation du signal IF qu'au bout d'un temps mort relativement long. Ce temps mort est d'une part souhaité car de brèves oscillations de l'intensité, comme celles représentées à la figure 2b, sont compensées lors d'une variation de la valeur de consigne. Ceci conduit toutefois à un temps mort considérable de la détection de la valeur réelle. La valeur IF de la moyenne des valeurs de l'intensité dépend essentiellement de la résistance R de l'appareil consommateur de courant électrique et du rapport TV de la commande. Le rapport TV est défini comme le rapport E/T entre le temps E, pendant lequel le dispositif de commu- tation laisse passer le courant et la durée de la période T. La valeur filtrée de l'intensité IF arrive par l'intermédiaire d'un convertisseur numérique/analogique à la commande 160. La commande 160 détermine alors en partant du signal IF le signal de commande U. La commande 160 est représentée de façon dé- taillée à la figure 3. Les éléments déjà décrits à la figure 1 sont désignés par des références correspondantes. Un dispo- sitif 300 qui définit au préalable le rapport entre la durée de passage du courant pendant le cycle et la durée du cycle actionne le dispositif de commutation 120 avec le signal de commande U. Le dispositif 300 qui définit au préalable le rapport entre la durée de passage du courant pendant le cycle et la durée du cycle, rétracte le signal de sortie R d'un point de combinaison 310. Sur la première entrée du point de combinaison 310 et sur la première entrée du point de combi- naison 320 se trouve le signal de sortie d'un dispositif 330 de prédéfinition RO. Sur la seconde entrée du point de combi- naison 310 se trouve le signal de sortie d'un point de combi- naison 320. Sur la seconde entrée du point de combinaison 320 se trouve le signal de sortie K d'un limiteur 340, qui est alimenté par un appareil d'intégration 350 avec un signal. L'appareil d'intégration 350 retraite le signal de sortie d'un point de combinaison 370 sur la première entrée duquel se trouve le signal de sortie du convertisseur analogi- que/numérique 150. Sur la seconde entrée du point de combi- naison 370 se trouve le signal de sortie ISF d'un filtre 380 de valeur de consigne. A l'entrée du filtre de la valeur de consigne 380 se trouve un signal de sortie IS d'un dispositif de prédéfinition 360 de la valeur de consigne, que le dispo- sitif de prédéfinition RO 330 alimente aussi avec la valeur de consigne IS. Selon une configuration de l'invention, on peut aussi renoncer à la filtration de la valeur de consigne 380. Le système de réglage est marqué par une ligne en tirets. L'appareil consommateur d'électricité 100 et le fil- tre passe-bas 141 sont représentés sous la forme des éléments PT1. Le dispositif fonctionne alors comme suit. En partant de la valeur de consigne IS souhaitée et de la résis- tance R de l'appareil consommateur d'électricité 100, le dis- positif de définition préalable 300 détermine le rapport nécessaire entre la durée de passage du courant pendant le cycle et la durée du cycle, avec lequel le dispositif de com- mutation 120 doit être actionné. La résistance ohmique R(T) de l'appareil consommateur d'électricité 100 est fonction de la température T. Dans ce cas, on a la relation suivante en- tre la résistance R et la température dont elle dépend: R(T) = R(TO) * (1 + a * (T - TO)) = RO * (1 + K) La valeur K décrit la dépendance de la résistance R de l'appareil consommateur d'électricité par rapport à la température. La valeur RO est la résistance de l'appareil consommateur d'électricité pour une température définie TO. Dans ce cas, on suppose qu'on a normalement des valeurs nor- males d'environ 20 degrés qui se produisent en fonctionnement habituel. En partant de la résistance RO qui se produit à la température normale TO et du facteur K, on détermine le rapport U entre la durée de passage du courant pendant le cy- cle et la durée du cycle. A une température normale, le fac- teur K prend la valeur zéro. Lors de la commande correspondante du dispositif de commutation 120, il s'établit l'intensité moyenne IF. La valeur réelle II ainsi déterminée pour l'intensité est comparée au point de combinaison 370 avec la valeur de consigne IS. En partant de cette valeur, l'appareil d'intégration 350 détermine la valeur K. Ceci a lieu par exemple de la façon suivante. Si la valeur réelle II est plus grande que la valeur de consigne, la valeur K est augmentée d'une valeur déterminée. Cette augmentation a lieu jusqu'à ce que la valeur réelle II soit égale à la valeur de consigne IS. Si la valeur réelle II est plus petite que la valeur de consigne, la valeur K est diminuée d'une valeur déterminée. Cette diminution a lieu jusqu'à ce que la valeur réelle II soit égale à la valeur de consigne IS. Comme valeur initiale pour l'appareil d'intégration, on utilise habituellement la valeur zéro. Ensuite, on limite dans le limiteur 340 la valeur K à des valeurs physiquement plausible. Ensuite, on combine au point de combinaison 320 la valeur K avec la valeur RO en effectuant une multiplication. On additionne alors le résul- tat au point de combinaison 310 avec la valeur RO. Ces points de combinaison 320 et 310 reproduisent l'équation indiquée ci-dessus. Avec la valeur R ainsi corrigée, on calcule alors le rapport entre la durée de passage du courant pendant le cycle et la durée du cycle. La valeur K ainsi déterminée est alors en permanence disponible pour calculer la résistance R ou pour calculer le signal de commande. La régulation de l'intensité consiste en une com- mande préalable de la valeur de la résistance de l'appareil consommateur de courant électrique au moyen de la résistance normale RO et d'une adaptation du facteur de correction K en fonction de la température. S'il se produit une variation de la valeur de consigne, ceci conduit alors du fait de la com- mande préalable, directement à une variation du rapport U en- tre la durée de passage du courant pendant le cycle et la durée du cycle, et de cette façon à une modification de la valeur réelle II. La résistance de l'appareil consommateur de cou- rant électrique varie en règle générale très lentement. De telles variations sont compensées par l'adaptation du facteur K. L'information relative à la grandeur actuelle de K est formée à partir de l'intégrale de la différence du réglage (II-IS) de l'intensité. La vitesse d'adaptation peut être réglée en fonc- tion de la constante de temps de l'appareil d'intégration 350 en s'adaptant à la constante de temps du filtre RC 141. Le calcul du rapport entre la durée de passage du courant pendant le cycle et la durée du cycle a lieu dans une grille de temps fixe. C'est ainsi par exemple que le calcul est effectué toutes les 10 ms. L'appareil de détection de la valeur réelle possède une grande constante de temps. L'organe de réglage, c'est-à-dire l'appareil con- sommateur de courant électrique 100, réagit très vite à une modification du signal de commande. Ceci signifie que le sys- tème de réglage possède une très petite constante de temps. Du fait de la très petite fréquence de commande qui se trouve de préférence dans la zone d'environ 200 Hz, on a une grande constante de temps lors du filtrage de la valeur réelle. La valeur réelle est en conséquence disponible avec un temps mort important. Une régulation d'un tel système avec un organe de réglage dynamiquement bon d'une détection de la valeur réelle avec un temps mort élevé et avec un appareil de réglage numé- rique avec un temps de balayage important pose en règle géné- rale beaucoup de problèmes. Ceci signifie que le temps mort du filtrage détermine le temps de réglage du circuit de ré- glage tout entier. Grâce à la structure particulière de la commande préalable qui définit au préalable le rapport entre la durée de passage du courant pendant le cycle et la durée du cycle en fonction de la valeur de la précommande RO pour la résis- tance et de la valeur souhaitée pour l'intensité et grâce à l'adaptation de la résistance au moyen de l'appareil d'intégration, on peut avec le mode de fonctionnement selon l'invention, dans le cas de ces conditions données, obtenir un réglage très rapide et très précis de l'intensité réelle lors d'une variation de l'intensité de consigne. La réaction rapide aux variations de la valeur de consigne est assurée grâce à la commande préalable de la valeur de la résistance. Cette précision de réglage est garantie par l'appareil d'intégration 350 qui règle le facteur de correction K sur la valeur nécessaire. i! R E V E N D I C A T ION S 1 ) Procédé servant à commander un appareil consommateur de courant électrique, procédé dans lequel cet appareil consom- mateur de courant électrique est commandé cycliquement par un rapport, que l'on peut définir au préalable entre la durée de passage du courant pendant le cycle et la durée du cycle, le rapport entre la durée de passage du courant pendant le cycle et la durée du cycle pouvant être défini au préalable en fonction d'une valeur de la résistance de l'appareil consom- mateur de courant électrique et d'une valeur de consigne, caractérisé en ce que la valeur de la résistance de l'appareil consommateur de cou- rant électrique subit une adaptation. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'adaptation de la valeur de la résistance de l'appareil con- sommateur de courant électrique a lieu en partant d'un écart de réglage entre une valeur réelle de l'intensité et la va- leur de consigne de l'intensité. 3 ) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la valeur de la résistance peut être définie au préalable en partant d'une valeur de la commande préalable et d'un facteur de correction. 4 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le facteur de correction peut être prédéfini en partant de la comparaison entre la valeur réelle de l'intensité et la va- leur de consigne de l'intensité. ) Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le facteur de correction peut être défini au préalable par un appareil d'intégration. 6 ) Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que pour calculer la valeur de la résistance de l'appareil con- sommateur de courant électrique, on multiplie le facteur de correction par la valeur de la précommande et on additionne le résultat avec la valeur de la précommande. 7 ) Procédé selon l'une des revendications préalables, caractérisé en ce que la valeur réelle de l'intensité est filtrée avec un filtre passe-bas. 8 ) Dispositif servant à commander un appareil consommateur de courant électrique, dispositif dans lequel on commande l'appareil consommateur de courant électrique avec un rapport entre la durée de passage du courant pendant le cycle et la durée du cycle, qui peut être défini au préalable et dans le- quel une commande définit au préalable le rapport entre la durée de passage du courant pendant le cycle et la durée du cycle en fonction de la valeur de la résistance de l'appareil consommateur de courant électrique et d'une valeur de consi- gne de l'intensité, caractérisé en ce que l'on prévoit des moyens pour adapter la valeur de la résis- tance de l'appareil consommateur de courant électrique.