Brevet FR2861191A1 — publié le 20050422

PROCEDE DE COMMANDE D'UN SYSTEME A REGULATION, DISPOSITIF DE COMMANDE ET SYSTEME POUR METTRE EN OEUVRE LE PROCEDE La présente invention concerne la commande d'un système à régulation par l'intermédiaire d'un système de communication générateur de retard. Elle concerne plus particulièrement la commande à distance d'un système à régulation, par exemple pour la mise en oeuvre d'un processus industriel. Certains systèmes, par exemple pour la mise en oeuvre de processus industriels, doivent faire l'objet d'une régulation pour être efficaces. On peut citer à titre d'exemple la régulation de la température pour un système de chauffage. Une telle régulation s'appuie généralement sur des mesures effectuées au niveau du système à réguler et transmises par compte rendu au point de commande, contrôlant la régulation. Bien que le point de commande soit local dans les systèmes connus, c'està-dire placé à proximité du système à réguler, il reçoit le compte rendu de mesures avec un certain retard. Ce retard crée une instabilité, susceptible d'entraver fortement le fonctionnement du système. Certains procédés de compensation sont connus et utilisés pour évaluer et compenser ce retard, et ainsi rétablir un équilibre de fonctionnement du système. Toutefois, ces procédés de compensation sont complexes et nécessitent une identification complète du système. De plus, ils sont adaptés à la correction de retards relativement faibles et peu variables. En revanche, ces mêmes procédés de compensation ne sont pas adaptés à des régulations de systèmes pilotées à distance, ou plus généralement à des régulations de systèmes effectuées par l'intermédiaire d'un système de communication générateur d'un retard souvent important et variable. Or, la commande à distance de systèmes à régulation peut être particulièrement intéressante pour certaines applications, par exemple pour piloter des robots ou des véhicules, pour faire fonctionner des appareils ménagers ou pour d'autres applications domotiques. Plus précisément, la mise 2861191 -2- en oeuvre d'une régulation de système depuis un terminal mobile, par l'intermédiaire d'un système de communication, par exemple un réseau de télécommunications, éventuellement sans fil, peut être souhaitable pour certaines applications. Un but de la présente invention est de pallier le manque des procédés de compensation de retard connus actuellement, en proposant un mécanisme de compensation plus souple. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de commande d'un système à régulation adapté à une mise en oeuvre par l'intermédiaire d'un o système de communication générateur de retard, par exemple pour une commande de système à distance. L'invention propose ainsi un Procédé de commande d'un système à régulation, par l'intermédiaire d'un système de communication générateur de retard, à partir d'un signal de commande émis par un point de commande. Le procédé comprend les étapes suivantes: /al on évalue, à partir d'informations de compte-rendu transmises au point de commande par le système à régulation, des paramètres relatifs au système combiné comprenant le système à régulation et le système de communication; lbl on détermine une fonction de compensation de retard à partir des paramètres évalués; /c/ on modifie le signal de commande selon la fonction de compensation de retard déterminée. Selon ce procédé, on estime en outre un retard pur généré par le 25 système de communication et dans lequel la détermination de la fonction de compensation de retard tient compte dudit retard pur estimé. Ainsi, on prend en compte le retard introduit par le système de communication, qui peut être un réseau de communication, pour le compenser, sans avoir à recalculer de façon trop fréquente tous les paramètres caractérisant le système. De façon avantageuse, lorsque le système de communication 2861191 -3comprend un réseau de communication sans fil, le point de commande etlou le système à régulation peuvent alors être au moins partiellement mobiles. L'invention propose également un dispositif de commande d'un système à régulation, par l'intermédiaire d'un système de communication 5 générateur de retard, agencé pour mettre en oeuvre le procédé susmentionné. Elle propose en outre un système comprenant un dispositif de commande, un système à régulation et un système de communication générateur de retard, le dispositif de commande étant apte à commander le système à régulation par l'intermédiaire du système de communication o générateur de retard, ledit système étant agencé pour mettre en oeuvre le procédé susmentionné. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs, en référence au dessins annexé, dans lequel: - la figure 1 est un schéma fonctionnel représentant un mode de réalisation de l'invention dans un contexte de radiocommunication. Selon l'invention, un système à régulation 2 est commandé par un dispositif de commande 1, ou point de commande, par l'intermédiaire d'un système de communication générateur de retard. Le système à régulation 2 peut être de tout type. Il peut par exemple s'agir d'un système adapté à la mise en oeuvre d'un processus industriel (par exemple un processus de chauffage ou de conditionnement d'un produit) . Il peut également s'agir d'un dispositif apte à être piloté depuis le point de commande, comme un robot ou un véhicule. Le système de communication générateur de retard est avantageusement un réseau de communication, par exemple un réseau 3 supportant une technologie protocolaire de type IP ("Internet Protocol"). De façon avantageuse, ce réseau est au moins partiellement un réseau sans fil. Par exemple, le réseau 3 peut utiliser la technologie UMTS ("Universal Mobile Télécommunications System"). Dans un tel cas, illustré sur la figure 1, le point de commande, comme le système à régulation, peuvent être mobiles: ils sont alors chacun rattachés à une terminaison mobile, respectivement désignée par 2861191 -4- les références 10 et 20 sur la figure, apte à communiquer avec des équipements radio du réseau 3 (eux-mêmes connectés à un réseau coeur permettant la commutation et le routage des unités de données échangées). Les fonctions autres que l'émission et la réception de signaux radio sont, quant à elles, avantageusement réalisées dans un équipement terminal (1 ou 2 sur la figure) qui communique avec l'équipement radio 10 ou 20 correspondant. Une telle architecture permet la régulation à distance du système 2 par le point de commande 1. Le point de commande 1 est agencé pour émettre une consigne 11, c'est-àdire un signal de commande destiné au système à régulation 2. Le système 2 interprète un tel signal, selon les valeurs qu'il prend, comme requerrant une action particulière: par exemple une augmentation ou une diminution de la température dans le cas d'un processus de chauffage. Des mesures sont effectuées au niveau du système à régulation 2 et sont transmises par compte-rendu au point de commande 1. Ces comptes-rendus de mesures permettent au point de commande d'adapter ses consignes en fonction de la situation détectée au système à régulation 2. Ainsi, dans le cas d'un processus de chauffage d'un élément, le point de commande peut décider de stabiliser la température de chauffage lorsque l'élément chauffé a atteint une température donnée. Pour éviter le problème d'instabilité du système, évoqué en introduction, lié au retard existant entre une mesure effectuée au système à régulation 2 et sa réception et sa prise en compte par le point de commande 1, un mécanisme de compensation du retard est nécessaire. A cet effet, une identification du système est réalisée (bloc 16). Elle consiste à évaluer certains paramètres qui caractérisent une fonction de transfert du système. Dans ce cas, le terme "système" est à considérer du point de vue du point de commande 1: il désigne donc l'ensemble combiné comprenant le système à régulation 2 et le réseau 3. L'identification du système se fonde sur l'analyse de comptes-rendus de mesures transmis depuis le système à régulation 2 vers le point de commande 1. De façon avantageuse, les comptes-rendus faisant l'objet d'une telle analyse contiennent 2861191 -5- des mesures effectuées dans le système à régulation 2, en réponse à une certaine consigne 11, c'est-à-dire en réponse à un signal prédéterminé, par exemple un échelon de tension. Un modèle permet alors la détermination des paramètres. Dans cet exemple, un modèle classique de Broida permet l'identification du système. Selon ce modèle, la fonction de transfert du système, qu'on considère comme étant du premier ordre pour simplifier, sans toutefois restreindre la portée de - l'invention, est de la forme: K. e, où p désigne la variable de Laplace, K 1+T.p représente le gain du système, -r est un paramètre d'inertie du système et 0 o représente le retard pur du système. L'identification du système consiste alors à déterminer des valeurs pour les paramètres K, et 9 représentatifs du système à un instant donné. Toutefois, une telle identification implique un nombre et une complexité de calculs qu'il est avantageux de réduire. Selon l'invention, un mécanisme de sondage 12 est disponible dans le point de commande 1. Il consiste à émettre des demandes de réponse de la part du système à régulation 2 auquel ces demandes sont transmises. A titre illustratif, si le réseau 3 utilise le protocole de communication IP, le point de commande 1 et le système à régulation 2, qui sont connectés à ce réseau IP, possèdent chacun une adresse IP propre. Les requêtes de sondage sont donc transmises à l'adresse IP du système à régulation 2. Ces requêtes peuvent par exemple faire l'objet de datagrammes UDP ( User Datagram Protocol ). En particulier, ces requêtes peuvent être des messages de "ping" tels que définis dans le protocole IP. Sur réception d'un tel message, le système à régulation 2 répond au point de commande 1 (à son adresse IP). Le point de commande 1, est alors capable d'estimer (bloc 13) le temps qui sépare la transmission de la requête de sondage et la réception de la réponse consécutive. Ce temps représente le temps d'aller-retour nécessaire pour tout échange de données entre le point de commande 1 et le système à régulation 2. Il correspond au retard pur généré par le réseau 3 dans toute communication entre ces deux entités. 2861191 -6- Une telle estimation 13 du retard pur par le point de commande 1 peut être effectuée en complément de l'identification 16 du système telle que décrite plus haut. En effet, l'estimation du retard pur généré par le réseau 3 peut être utilisée pour caractériser le système, sans recourir à une identification systématique du système. Le retard 6 est en effet la somme d'un retard introduit par le système à régulation 2 lui-même, qui est relativement peu variable, et du retard pur généré par le réseau 3, qui est varie davantage. Il est donc possible de retrouver la valeur du paramètre 0, à partir de l'estimation du retard pur généré o par le réseau 3, en décalant cette estimation de la valeur du retard introduit par le système à régulation 2 (qui peut être déduite d'une identification préalable du système). Ainsi l'indentification du système peut se limiter parfois à la détermination des paramètres K et tandis que la valeur du paramètre e est déduite du retard pur estimé selon le mécanisme de sondage. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le retard pur généré par le réseau est estimé selon le mécanisme de sondage à intervalles de temps rapprochés, par exemple de manière périodique. Puis une analyse de l'évolution du retard pur estimé est effectuée au point de commande 1. Si cette analyse montre une grande variabilité du retard pur estimé, une nouvelle identification du système est réalisée. Si un modèle de Broida est utilisé, cela conduit à déterminer les nouvelles valeurs des paramètres K, 'r et O. On réduit ainsi le nombre d'identifications inutiles du système, en se limitant aux cas où les paramètres caractéristiques du système ont subi une variation substantielle (au moins pour ce qui est du paramètre de retard 0). Un mécanisme de compensation du retard pur introduit par le système est en outre prévu (bloc 14). Il vise à réduire les phénomènes d'instabilité qui pourraient apparaître si les mesures transmises par le système à régulation 2 étaient prises en compte directement et sans correction par le point de commande 1. Plusieurs modèles classiques peuvent être utilisés pour une telle compensation de retard. Par exemple, une compensation dite par l'entrée "plus" du régulateur, c'est-à-dire par ajout au signal de consigne, d'une 2861191 -7- composante de compensation dont la fonction de transfert est de la forme K. 1+e-e.P 1+t.p Dans la suite de l'exposé, on fait le choix, à titre illustratif et en référence à la figure 1, d'une compensation de retard de Smith. Cette dernière 5 consiste à retrancher au signal de consigne 11, une composante dont la fonction de transfert est de la forme: K.' 1 e e p) , où K, 'r et e sont les 1+i.p paramètres évalués lors de l'identification du système par un modèle de Broida. Lorsque des paramètres K, ti et 9 ont été évalués, suite à une 1 o identification du système, la fonction de transfert de la compensation de retard 14 est calculée sur la base de ces paramètres. Lorsque seuls les paramètres K et ont été évalués, l'estimation du retard pur 13 est avantageusement prise en compte dans la fonction de transfert de la compensation de retard 14. Cette prise en compte peut par exemple consister à utiliser l'estimation du retard pur généré par le réseau 3 comme approximation du paramètre 6, ou bien de préférence elle peut consister à déduire la valeur du paramètre 0, à partir de l'estimation du retard pur 13, par exemple en lui appliquant une valeur de décalage, comme indiqué plus haut. La consigne 11 est alors corrigée par un module de correction 15 qui 20 effectue l'opération de soustraction de la compensation de retard 14 au signal de commande. De cette façon, le point de commande 1 commande le système à régulation 2 en tenant compte du retard généré par le réseau 3, et sans avoir à effectuer trop régulièrement de nouvelles identifications complètes du système. La régulation du système 2 est ainsi simplifiée et plus efficace. La présente invention peut être mise en oeuvre dans un grand nombre d'applications. En particulier, elle s'applique pour le pilotage à distance d'équipements tels que des véhicules, des robots par exemple pour des interventions chirurgicales téléguidées. Elle peut aussi s'appliquer à la 2861191 -8- commande d'appareils ménagers ou à d'autres applications domotiques. Un autre exemple d'application de l'invention concerne le domaine des jeux vidéos interactifs en réseau: un joueur dispose alors d'un terminal permettant d'afficher des éléments multimédia du jeu et faisant office de point de commande, à partir duquel il interagit avec un logiciel de jeu vidéo, par exemple en pilotant un élément, tel qu'un personnage, généré par le logiciel de jeu vidéo. Le logiciel de jeu vidéo est avantageusement mis en oeuvre sur un serveur distant, constituant un système à régulation. La communication entre le point de commande et le système à régulation est réalisée par l'intermédiaire o d'un réseau par exemple de type IP. Grâce à la présente invention, le temps de réponse à chaque commande du joueur est réduit et la fluidité du jeu s'en trouve améliorée. D'autres applications peuvent bien sûr être également envisagées dans le cadre de la présente invention. 9 REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un système à régulation (2), par l'intermédiaire d'un système de communication (3) générateur de retard, à partir d'un signal de commande émis par un point de commande (1), le procédé comprenant les étapes suivantes: /al on évalue, à partir d'informations de compte-rendu transmises au point de commande par le système à régulation, des paramètres relatifs au système combiné comprenant le système à régulation et le système de communication; o lb/ on détermine une fonction de compensation de retard à partir des paramètres évalués; /c/ on modifie le signal de commande selon la fonction de compensation de retard déterminée; dans lequel on estime en outre un retard pur généré par le système de 15 communication et dans lequel la détermination de la fonction de compensation de retard tient compte dudit retard pur estimé. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le système de communication (3) générateur de retard est un réseau de communication. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le réseau de communication est au moins partiellement un réseau sans fil. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le point de commande (1) et/ou le système à régulation (2) comprennent des terminaux de communication mobiles (10, 20). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'évaluation de paramètres relatifs au système combiné comprenant le système à régulation et le système de communication, conformément à l'étape /al, est effectuée selon un modèle de Broida. - 10- 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la détermination de la fonction de compensation de retard, conformément à l'étape lbl, est effectuée selon l'un au moins du compensateur de Smith ou du compensateur par l'entrée "plus" d'un régulateur du signal de commande. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'estimation du retard pur généré par le système de communication est effectuée plus fréquemment que l'évaluation des paramètres relatifs au système combiné comprenant le système à régulation (2) et le système de o communication (3). 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel l'évaluation des paramètres relatifs au système combiné comprenant le système à régulation (2) et le système de communication (3) est effectuée avec une fréquence dépendant d'une variabilité du retard pur estimé. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'estimation du retard pur généré par le système de communication (3) comprend la détermination d'un temps écoulé entre une émission d'une demande de réponse adressée au système à régulation (2) par le point de commande (1) et une réception au point de commande (1) de la réponse transmise par le système à régulation (2). 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système à régulation comprend au moins un logiciel de jeu vidéo, le point de commande comprend un terminal ayant des moyens pour recevoir et diffuser des éléments multimédia générés par le logiciel de jeu vidéo et des moyens pour émettre un signal de commande en réponse à une action d'un joueur sur le terminal, et dans lequel le signal de commande provoque une modification d'au moins un élément généré par le logiciel de jeu vidéo. 11. Dispositif de commande (1) d'un système à régulation (2), par l'intermédiaire d'un système de communication (3) générateur de retard, 2861191 -11- agencé pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 12. Système comprenant un dispositif de commande (1), un système à régulation (2) et un système de communication (3) générateur de retard, le dispositif de commande étant apte à commander le système à régulation par l'intermédiaire du système de communication générateur de retard, ledit système étant agencé pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.