Brevet FR2845780A1 — publié le 20040416

PROCEDE DE COMMANDE D'UN SYSTEME DYNAMIQUE, UTILISANT UN MODELE DE LOGIQUE FLOUE D'AU MOINS UNE FONCTION DE TRANSFERT INVERSE DE CE SYSTEME. L'invention concerne, de façon générale, les techniques de commande et de régulation. Plus précisément, l'invention concerne un procédé pour commander, au cours 10 d'une phase de régulation et en fonction d'un signal de consigne, un système dynamique physique appartenant à un type prédéterminé, soumis en fonctionnement à l'influence d'une pluralité de grandeurs physiques représentées par des paramètres d'entrée, et adoptant un comportement défini par au moins un premier paramètre physique de sortie astreint à prendre une valeur représentée par 15 le signal de consigne, ce premier paramètre de sortie étant au moins lié à un premier des paramètres d'entrée par une première fonction de transfert de ce système. De nombreux procédés répondant à cette définition sont connus à ce jour, et sont 20 largement utilisés dans de nombreux secteurs de l'industrie, notamment pour commander des dispositifs électriques. Une technique classique consiste à élaborer un signal d'erreur constitué par la différence entre le signal de consigne et une mesure du premier paramètre de 25 sortie, et à commander la première grandeur d'entrée dans un sens propre à annuler le signal d'erreur. Cette technique s'avère cependant difficilement praticable dans le cas o le premier paramètre de sortie ne peut être mesuré que par la mise en oeuvre de 30 moyens complexes et / ou coteux. Une autre technique bien connue consiste à caractériser le comportement adopté par le système en réponse à différentes variations des différents paramètres d'entrée, à mesurer un ou plusieurs paramètres d'entrée du système, et à prévoir l'état adopté par ce dernier au moyen d'un filtrage adaptatif, tel qu'un filtrage de Kalman. Si cette autre technique offre une efficacité telle qu'elle est applicable à des systèmes très complexes, elle présente en revanche le grave inconvénient d'exiger des moyens de calcul très importants. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un procédé de commande exempt des défauts précités. A cette fin, le procédé de l'invention, par ailleurs conforme à la définition 15 générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend une phase de caractérisation, préalable à la phase de régulation, et dans laquelle au moins une première fonction de transfert inverse, liant le premier paramètre d'entrée au premier paramètre de sortie est déterminée expérimentalement, et une phase de modélisation, qui est postérieure à la phase de 20 caractérisation et préalable à la phase de régulation, et dans laquelle la première fonction de transfert inverse est traduite au moyen d'un modèle de logique floue sous forme d'un premier ensemble de domaines de valeurs du premier paramètre de sortie, à chacun desquels est affectée une valeur spécifique du premier paramètre d'entrée, et en ce que la phase de régulation est mise en oeuvre en 25 déterminant une appartenance du signal de consigne à l'un des domaines de valeurs du premier ensemble, en déduisant de cette appartenance et du modèle de logique floue une valeur estimée du premier paramètre d'entrée correspondant à l'égalité recherchée entre le premier paramètre de sortie et le signal de consigne, en produisant une valeur mesurée du premier paramètre d'entrée, et en régulant le premier paramètre d'entrée en fonction d'une différence entre la valeur estimée et la valeur mesurée de ce premier paramètre d'entrée. Dans le cas o le premier paramètre de sortie est également lié à au moins un 5 deuxième des paramètres d'entrée par une deuxième fonction de transfert du système, le procédé de l'invention peut également prévoir qu'au moins une deuxième fonction de transfert inverse, liant le deuxième paramètre d'entrée au premier paramètre de sortie, soit déterminée expérimentalement au cours de la phase de caractérisation, que la deuxième fonction de transfert inverse au moins 1o soit traduite, au cours de la phase de modélisation, au moyen du modèle de logique floue, sous forme d'un deuxième ensemble de domaines de valeurs du premier paramètre de sortie, à chacun desquels est affectée une valeur spécifique du deuxième paramètre d'entrée, et que la phase de régulation soit mise en oeuvre en déterminant une appartenance du signal de consigne à l'un des domaines de 1 5 valeurs du deuxième ensemble, en déduisant de cette appartenance et du modèle de logique floue une valeur estimée du deuxième paramètre d'entrée correspondant à l'égalité recherchée entre le premier paramètre de sortie et le signal de consigne, en produisant une valeur mesurée du deuxième paramètre d'entrée, et en régulant le premier paramètre d'entrée en fonction d'une différence 20 entre la valeur estimée et la valeur mesurée du deuxième paramètre d'entrée. Le procédé est notamment utilisable dans le cas o le système physique est un dispositif consommateur d'énergie électrique alimenté par une tension d'alimentation présentant une valeur nominale ou efficace au moins sensiblement 25 constante, et o le premier paramètre d'entrée représente un courant d'alimentation de ce dispositif. Dans ce cas, le courant d'alimentation du dispositif électrique est par exemple régulé en valeur moyenne par modulation cyclique. 30 Le deuxième paramètre d'entrée peut alors typiquement représenter la tension d'alimentation du dispositif électrique. Dans le cas o le système physique est constitué par un moteur électrique, le 5 premier paramètre de sortie est par exemple constitué par la vitesse de rotation de ce moteur. Le procédé peut en outre comprendre une procédure de sécurité, cette procédure incluant une comparaison d'une mesure du courant d'alimentation à un seuil 1o prédéterminé, et une interruption de l'alimentation du dispositif électrique en cas de dépassement du seuil par la mesure du courant d'alimentation. Le procédé de l'invention peut aussi comprendre, de façon concrète, une phase d'intégration, intermédiaire entre les phases de modélisation et de régulation, et 15 dans laquelle la première fonction de transfert inverse, traduite sous la forme du premier ensemble de domaines de valeurs, est mémorisée dans un circuit intégré doté de moyens dédiés de calcul en logique floue. Dans ce cas, la deuxième fonction de transfert inverse, traduite sous la forme du 20 deuxième ensemble de domaines de valeurs, peut aussi être mémorisée, dans le même circuit intégré, au cours de cette phase d'intégration. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en 25 référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est un schéma d'une installation électrique mettant en oeuvre le procédé de l'invention; - la figure 2 est un schéma représentant symboliquement la transformation d'une fonction de transfert inverse du système à commander suivant un signal de consigne en un ensemble de fonctions ou domaines d'appartenance de ce signal de consigne; et - la figure 3 est un schéma opérationnel et symbolique de la mise en oeuvre du procédé. Comme annoncé précédemment, l'invention concerne un procédé pour 10 commander un système dynamique physique SYS appartenant à un type prédéterminé et par exemple constitué, dans l'exemple illustré à titre d'application privilégiée, par un modèle déterminé de moteur électrique MOT. Ce procédé est conçu pour permettre de commander ce système, au cours d'une 15 phase de régulation qui s'inscrit dans le temps lors de l'utilisation concrète de ce système, et en fonction d'un signal de consigne. Par exemple, le système que constitue le moteur MOT est commandé en fonction d'un signal de consigne Ko délivré par un potentiomètre POT, et représentant, 20 dans l'exemple illustré, une valeur souhaitée de vitesse de rotation du moteur. Le système SYS, constitué en l'occurrence par ce moteur MOT, est soumis en fonctionnement à l'influence d'une pluralité de grandeurs physiques telles que le couple Cpl résistant qu'il doit vaincre, le courant I qui le traverse, et sa tension U 25 d'alimentation, ces grandeurs pouvant ne pas être directement accessibles, mais étant en toute hypothèse représentées par des paramètres d'entrée connus ou inconnus a priori, tels qu'un signal de courant S(I) et un signal de tension S(U) respectivement liés au courant et à la tension d'alimentation I et U. Sous l'effet de ces grandeurs, le système adopte un comportement qui se manifeste par au moins un premier paramètre physique de sortie, en l'occurrence par sa vitesse de rotation e, le procédé de l'invention ayant précisément pour finalité de contraindre ce paramètre de sortie à prendre une valeur òk représentée par le signal de consigne Koe. Le système SYS étant prédéterminé, son comportement peut être étudié en amont de toute utilisation concrète. Par exemple, dans le cas o ce système SYS est constitué par un moteur MOT, alimenté par une source de tension de valeur instantanée ou efficace constante, il est connu que l'augmentation du couple Cpl résistant appliqué au moteur se traduit, à vitesse de rotation constante, par une augmentation de la demande du moteur en courant électrique. Il est ainsi connu que le premier paramètre de sortie que constitue la vitesse de rotation O du moteur MOT est au moins lié au courant d'alimentation 1, donc au premier paramètre d'entrée S(I) qui le reflète, par une première fonction de transfert G qui caractérise ce système et qu'il est possible d'établir. 20 Dans le montage illustré à la figure 1, le moteur MOT est alimenté par une tension alternative U, redressée par une diode Dl, pendant des intervalles de temps définis par l'état passant d'un interrupteur électronique IE lui-même commandé par un circuit intégré CI, l'une des bornes du moteur MOT étant reliée à la masse par une 25 résistance de puissance RO. La tension aux bornes de la résistance de puissance RO est filtrée par un filtre passe-bas, qui inclut par exemple deux résistances Rl et R2, un amplificateur Al, et un condensateur Cl, et qui délivre au circuit intégré CI un signal de mesure M(I) représentatif du courant moyen ayant traversé la résistance de puissance RO et donc aussi représentatif du courant moyen ayant traversé le moteur MOT. Dans le cas o la tension U n'est pas suffisamment stable, le montage illustré à la 5 figure 1 peut aussi comprendre un second filtre passe-bas, formé d'une résistance R3 et d'un condensateur C2, et délivrant au circuit intégré CI un signal de mesure M(U) représentatif d'une valeur moyenne de la tension d'alimentation du moteur MOT. i 0 Le circuit intégré CI reçoit par ailleurs le signal de consigne Ko, qui est délivré par le potentiomètre POT et qui est destiné à fixer la vitesse de rotation of du moteur. Sur chaque période T de la tension U, le circuit intégré CI place l'interrupteur 15 électronique IE dans son état bloquant pendant un intervalle de temps td, et dans son état passant pendant un intervalle de temps T - td. Le courant d'alimentation I du moteur MOT est ainsi régulé en valeur moyenne par modulation cyclique. Le problème que l'invention se propose de résoudre, et que cette figure 1 rend 20 visible, consiste à commander le système SYS, en l'occurrence le moteur MOT, en fonction du signal de consigne Kco que doit suivre son premier paramètre de sortie, en ne disposant éventuellement que de la valeur mesurée M(I) du premier paramètre d'entrée S(I). Pour ce faire, le procédé de l'invention comprend tout d'abord une phase de caractérisation du système SYS, suivie d'une phase de modélisation, ces deux phases s'inscrivant en amont de toute utilisation de ce système et étant donc préalables à la phase de régulation. La phase de caractérisation consiste à déterminer expérimentalement, selon une méthodologie bien connue de l'homme de métier, au moins une première fonction de transfert inverse G-', qui lie le premier paramètre d'entrée S(I) au premier paramètre de sortie (o. La phase de modélisation consiste à traduire cette première fonction de transfert inverse G-1 au moyen d'un modèle de logique floue sous la forme d'un premier ensemble de domaines de valeurs Xo à X9 du premier paramètre de sortie o, à chacun desquels est affectée une valeur spécifique YO à Y9 du premier paramètre i0 d'entrée S(I). Cette traduction, symboliquement représentée sur la figure 2, peut notamment être réalisée au moyen d'un logiciel dénommé "AFM", que la Société STMICROELECTRONICS SA met à la libre disposition du public sur son site 15 Internet. Une fois réalisées les phases de caractérisation et de modélisation, le procédé de l'invention comprend de préférence une phase d'intégration, dans laquelle la première fonction de transfert inverse G-', qui a été traduite sous la forme du 20 premier ensemble de domaines de valeurs Xo à X9, est mémorisée dans le circuit intégré CI. Pour ce faire, le circuit CI est avantageusement doté de moyens dédiés de calcul en logique floue, et est par exemple constitué par le circuit de référence ST 52 E 25 440 G3, commercialisé par la Société STMICROELECTRONICS SA. Toutes les phases préparatoires ayant été réalisées, la phase de régulation, qui constitue la phase opérationnelle du procédé de l'invention pour son application concrète, peut être mise en oeuvre. Lors de cette phase de régulation, le circuit CI détermine à quel domaine de valeurs Xo à X9 du premier ensemble appartient le signal de consigne Kwo qu'il reçoit. Par application des règles du modèle mémorisé, dont la partie basse de la figure 2 donne un exemple, le circuit CI déduit de la valeur du signal de consigne Kỏ qu'il reçoit une valeur estimée S(I)e que doit prendre a priori le premier paramètre d'entrée S(I) pour assurer l'égalité recherchée entre le premier paramètre de sortie io eo et le signal de consigne Kco. Enfin, le premier paramètre d'entrée S(I) est régulé en fonction de la différence AI entre la valeur estimée S(I)e et la valeur mesurée M(I) de ce premier paramètre d'entrée S(I), cette régulation prenant physiquement la forme d'une modulation de 1 5 l'intervalle de temps td dans l'exemple illustré. Jusqu'à présent, le premier paramètre de sortie que constitue la vitesse de rotation a été exclusivement considéré comme lié, par la première fonction de transfert G, au premier paramètre d'entrée S(I). Il se peut cependant que le premier paramètre de sortie co soit également lié à au moins un deuxième paramètre d'entrée S(U) par une deuxième fonction de transfert H du système. C'est le cas dans l'exemple illustré, o la vitesse de rotation du moteur Co dépend aussi du paramètre d'entrée S(U) qui reflète la tension d'alimentation du moteur MOT. Aussi longtemps que la tension d'alimentation U prend une valeur stable et connue, la régulation telle qu'exposée précédemment est totalement suffisante. Dans le cas cependant o la tension d'alimentation U est instable, et o par s conséquent le second paramètre d'entrée S(U) subit des variations qui influent sur la qualité de la régulation, la phase de caractérisation inclut de préférence la détermination expérimentale d'au moins une deuxième fonction de transfert inverse H-', qui lie ce deuxième paramètre d'entrée W(U) au premier paramètre de sortie co. Au cours de la phase de modélisation, cette deuxième fonction de transfert inverse H-1 est traduite, comme la première fonction de transfert inverse G71, au moyen du modèle de logique floue, sous la forme d'un deuxième ensemble de domaines de valeurs du premier paramètre de sortie e, à chacun desquels est affectée une 15 -valeur spécifique du deuxième paramètre d'entrée S(U). Une fois traduite, cette deuxième fonction de transfert inverse H-' est avantageusement mémorisée dans le même circuit intégré CI que la première fonction de transfert inverse G-1. Le déroulement de la phase de régulation mettant globalement en oeuvre les deux fonctions de transfert inverses G& et H-1 est illustré de façon symbolique sur la figure 3. Sur cette figure, Ml et M2 désignent les portions de circuit qui permettent respectivement l'obtention des valeurs mesurées M(I) et M(U) des premier et second paramètres d'entrée S(I) et S(U), tandis que Soustr_1, Soustr 2, et Soustr_3 désignent divers modules fonctionnels dont chacun permet de former la différence entre deux signaux ou grandeurs. Il La différence AI entre la valeur estimée S(I)e et la valeur mesurée M(I) du premier paramètre d'entrée S(I), obtenue comme exposé précédemment et produite par le module Soustr_1, vient modifier dans un sens positif ou négatif le contenu d'un accumulateur algébrique Acc. Cet accumulateur, initialement chargé d'une valeur td0 choisie de façon aléatoire ou optimisée, et appliquée au démarrage du système constitué par le moteur MOT, délivre périodiquement un signal définissant l'intervalle de temps td pendant 10 lequel le moteur n'est pas alimenté. De même que le circuit intégré CI identifie à quel domaine de valeurs du premier ensemble appartient le signal de consigne Koe qu'il reçoit et en déduit une valeur estimée S(I)e que doit prendre a priori le premier paramètre d'entrée S(I), de 15 même ce circuit identifie à quel domaine de valeurs du deuxième ensemble appartient le signal de consigne Koe qu'il reçoit et en déduit une valeur estimée S(U)e que doit prendre a priori le deuxième paramètre d'entrée S(U). La différence AU entre la valeur estimée S(U)e et la valeur mesurée M(U) du 20 deuxième paramètre d'entrée S(U), produite par le module Soustr_2, vient modifier dans un sens positif ou négatif le contenu de l'accumulateur algébrique Acc, et apporte donc sa contribution à la définition de l'intervalle de temps td pendant lequel le moteur MOT n'est pas alimenté. Cormme le montre la figure 3, le procédé de l'invention peut comprendre une procédure visant à protéger de toute surintensité le système constitué par le moteur MOT. Pour ce faire, la mesure M(I) du courant d'alimentation est en permanence comparée à un seuil prédéterminé Lim dans un module Soustr-3, et l'alimentation du moteur est interrompue lorsque cette mesure M(I) dépasse le seuil prédéterminé Lim. REVENDICATIONS. 1. Procédé pour commander, au cours d'une phase de régulation et en 5 fonction d'un signal de consigne (Kio), un système dynamique physique (SYS) appartenant à un type prédéterminé, soumis en fonctionnement à l'influence d'une pluralité de grandeurs physiques (1, U) représentées par des paramètres d'entrée (S(I), S(U)), et adoptant un comportement défini par au moins un premier paramètre physique de sortie ("o) astreint à prendre une valeur (o k) représentée 10 par le signal de consigne (Kio), ce premier paramètre de sortie (O) étant au moins lié à un premier (S(I)) des paramètres d'entrée par une première fonction de transfert (G) de ce système, caractérisé en ce qu'il comprend une phase de caractérisation, préalable à la phase de régulation, et dans laquelle au moins une première fonction de transfert inverse (G-1), liant le premier paramètre d'entrée 15 (S(I)) au premier paramètre de sortie (o) est déterminée expérimentalement, et une phase de modélisation, qui est postérieure à la phase de caractérisation et préalable à la phase de régulation, et dans laquelle la première fonction de transfert inverse (G-1) est traduite au moyen d'un modèle de logique floue sous forme d'un premier ensemble de domaines de valeurs (Xo à X9) du premier 20 paramètre de sortie (co), à chacun desquels est affectée une valeur spécifique (Yo à Y9) du premier paramètre d'entrée (S(I)), et en ce que la phase de régulation est mise en oeuvre en déterminant une appartenance du signal de consigne (Kco) à l'un des domaines de valeurs (Xo à X9) du premier ensemble, en déduisant de cette appartenance et du modèle de logique floue une valeur estimée (S(I)e) du premier 25 paramètre d'entrée (S(J)) correspondant à l'égalité recherchée entre le premier paramètre de sortie ("o) et le signal de consigne (Ko)), en produisant une valeur mesurée (M(I)) du premier paramètre d'entrée (S(I)), et en régulant le premier paramètre d'entrée (S(I)) en fonction d'une différence (A(I)) entre la valeur estimée (S(I)e) et la valeur mesurée (M(I)) de ce premier paramètre d'entrée (S(I)). 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le premier 5 paramètre de sortie (co) est également lié à au moins un deuxième (S(U)) des paramètres d'entrée par une deuxième fonction de transfert (H) du système, en ce qu'au moins une deuxième fonction de transfert inverse (HW), liant le deuxième paramètre d'entrée (S(U)) au premier paramètre de sortie (O) est déterminée expérimentalement au cours de la phase de caractérisation, en ce qu'au moins la 10 deuxième fonction de transfert inverse (H-1) est traduite, au cours de la phase de modélisation, au moyen du modèle de logique floue, sous forme d'un deuxième ensemble de domaines de valeurs du premier paramètre de sortie ( mesurée (M(U)) du deuxième paramètre d'entrée (S(U)). 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, 25 caractérisé en ce que le système physique (SYS) est un dispositif consommateur d'énergie électrique alimenté par une tension d'alimentation (U) présentant une valeur nominale ou efficace au moins sensiblement constante, et en ce que le premier paramètre d'entrée (S(I)) représente un courant d'alimentation (1) de ce dispositif. 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le courant d'alimentation (I) du dispositif électrique (SYS) est régulé en valeur moyenne par modulation cyclique. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le deuxième paramètre d'entrée (S(U)) représente la tension d'alimentation (U) du dispositif électrique (SYS). 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le système physique (SYS) est un moteur électrique (MOT). 7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le premier paramètre de sortie () est constitué par la vitesse de rotation du moteur (MOT). 15 8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une procédure de sécurité incluant une comparaison d'une mesure (M(J)) du courant d'alimentation à un seuil prédéterminé (Lim), et une interruption de l'alimentation du dispositif électrique (SYS) en cas de dépassement 20 du seuil (Lim) par la mesure (M(I)) du courant d'alimentation. 9. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une phase d'intégration, intermédiaire entre les phases de modélisation et de régulation, et dans laquelle la première fonction de 25 transfert inverse (Gl), traduite sous la forme du premier ensemble de domaines de valeurs (Xo à X9), est mémorisée dans un circuit intégré (CI) doté de moyens dédiés de calcul en logique floue. 10. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que, dans la phase d'intégration, la deuxième fonction de transfert inverse (H-1), traduite sous la forme du deuxième ensemble de domaines de valeurs, est mémorisée dans le même circuit intégré (CI).