EP4062651B1 - Device for generating a control signal for an electrical system - Google Patents
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- EP4062651B1 EP4062651B1 EP20807422.9A EP20807422A EP4062651B1 EP 4062651 B1 EP4062651 B1 EP 4062651B1 EP 20807422 A EP20807422 A EP 20807422A EP 4062651 B1 EP4062651 B1 EP 4062651B1
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Definitions
- the present invention relates to a device for generating a control signal for an electrical system.
- the present invention also relates to an audio system comprising such a device.
- the present invention also relates to a related method.
- Passivity describes the fact that a system cannot spontaneously create energy but only store and/or dissipate it.
- a network of resistors, diodes, coils or capacitors (linear or not) connected to a loudspeaker will modify the mechanical and acoustic behavior of the loudspeaker but without generating sustained oscillations (feedback effect) or instabilities .
- the servo-controls are likely to be implemented in a real-time digital form, that is to say by means of on-board systems comprising analog-digital converters, electrical signal generators and a hardware digital calculator (in French “computer hardware”).
- the calculation of the servo signal is then rendered after a latency time, equivalent to a delay, which is here denoted T.
- T a delay
- Such a delay is inherent to any servo produced by digital hardware systems (microprocessor, DSP, micro-controller, FPGA) due to the time taken by the calculation.
- the invention also relates to an audio system, such as a loudspeaker, comprising a device as described above.
- FIG. 1 illustrates the state of the art.
- a physical system S to be electrically controlled is connected directly to a discrete-time passive digital controller Sc via a real-time digital hardware computer 20 and analog-digital converters 22 and digital-analog converters 24.
- a delay T in the signal returned to the system S deteriorates the passivity property.
- the principle of the invention consists of artificially encapsulating the delay T, intrinsic to the hardware computer, in a virtual passive electrical transmission line 30 represented in figure 2 .
- a transmission line introduces a delay of T/2 on the outward journey and of T/2 on the return journey.
- the principle behind the artificial encapsulation of the delay T in a transmission line is summarized in the following.
- the system S (respectively Sc) has (at least) one electrical port characterized by a voltage Vs and a current Is (respectively voltage Vsc and current Isc). Let's virtually connect these two systems on either side of the transmission line. Propagation is described by two transport equations, the solutions of which are round-trip waves, denoted W +/- (where, for a given system S or Sc, W + will designate the wave which leaves it and W - the wave entering it).
- W +/- where, for a given system S or Sc, W + will designate the wave which leaves it and W - the wave entering it.
- lossless transmission one-dimensional and in a medium with characteristic impedance r (in Ohm).
- the round-trip wave variables associated with S and Sc are denoted Ws +/- and Wsc +/- , respectively.
- Vs, Vsc voltages
- Is, Isc currents
- the delay T/2 between Ws + and Wsc - can be propagated between Wsc + and Ws - , in order to consider equivalently a delay T between Wsc + and Ws - (and no delay between Ws + and Wsc - ).
- This configuration makes it possible to integrate the intrinsic delay into the hardware computer in a passive form.
- FIG. 3 illustrates a device 40 for generating a control signal for an electrical system S.
- electrical system is meant an electrically controlled system.
- the generation device 40 is an admittance type or impedance type system.
- An admittance type system is a system capable of receiving a voltage and returning a current.
- An impedance type system is a system capable of receiving a current and returning a voltage.
- the generation device 40 includes an input 42, an output 44, an analog block 46, an analog-digital converter 48, a digital block 50 and a digital-analog converter 52.
- the input 42 is capable of receiving an input signal Vc, le coming from the electrical system S.
- the input signal Vc, le is an analog signal representative of a voltage Vc when the generation device 40 is of type admittance and representative of a current when the generation device 40 is of the impedance type.
- the output 44 is capable of sending a control signal Is, Vs to the electrical system S.
- the control signal Is, Vs is an analog signal representative of a current Is when the generation device 40 is of the admittance type and representative of a voltage Vs when the generation device 40 is of the impedance type.
- Analog block 46 is connected to input 42 and output 44 of generation device 40.
- the analog block 46 comprises a hardware electrical circuit 60 comprising an analog passive component 62, a component 64 for measuring the input signal Vc, and a generator 66.
- the measurement component 64 is a voltage measuring component, such as a voltmeter
- the generator 66 is a current generator.
- the analog passive component 62 is connected in parallel between the input 42 and the output 44 and in parallel with the generator 66 and the measuring component 64.
- the measurement component 64 is a current measurement component, such as an ammeter
- the generator 66 is a voltage generator.
- the analog passive component 62 is connected in series with the generator 66 and with the measurement component 64 between input 42 and output 44.
- the analog passive component 62 is a dissipative component such as a resistor.
- the analog passive component 62 is a capacitor or a coil.
- the electrical circuit 60 is configured to generate the control signal Is, Vs of the electrical system S resulting from the sum of a first component and a second component both generated by components of the electrical circuit 60.
- the analog passive component 62 of the electrical circuit 60 is configured to generate the first component of the control signal Is, Vs, resulting from the passage of the input signal Vc, le in the analog passive component 62.
- the first component is a current I1.
- the first component is a tension T1.
- the generator 66 of the electrical circuit 60 is configured to generate the second component of the control signal Is, Vs as a function of a command received by the generator 66.
- the command is generated by the digital block 50, as will be described below of the description.
- the generator 66 is thus controlled by the digital block 50 and generates the second component as a function of the command received from the digital block 50.
- the second component is a current I2.
- the second component is a tension T2.
- the analog-digital converter 48 is connected between the output of the analog block 46 and the input of the digital block 50.
- the analog-digital converter 48 is configured to convert into digital a measurement of the input signal Vc, carried out by the measurement component 64 of the analog block 46 to obtain a converted input signal S EC readable by the digital block 50.
- the digital block 50 comprises at least one digitally controllable component 70.
- the controllable component 70 is a physical element. More precisely, the controllable component 70 is a calculator.
- the digitally controllable component 70 is a microprocessor, a DSP (from the English “Digital Signal Processor” translated into French as “digital signal processor"), a micro-controller or even an FPGA (from the English “ field-programmable gate array” translated into French as “programmable gate array”).
- the controllable component 70 is configured to generate a digital output signal S s-num (corresponding to the digital control of the generator 66 of the electrical circuit 60) as a function of the converted input signal S EC and a modeling Scr of a digital controller Sc connected to a digital passive component having a second characteristic impedance.
- each of the analog passive component 62 and the digital passive component is a resistor.
- the value of the second characteristic impedance is chosen according to the value of the first characteristic impedance.
- the second characteristic impedance is greater than or equal to the first characteristic impedance.
- the second characteristic impedance is less than or equal to the first characteristic impedance.
- the transmission line is conservative if the first and second characteristic impedance are equal.
- the first characteristic impedance is known to a precision, which prevents strict equality.
- the first characteristic impedance is denoted R and the second characteristic impedance is denoted r.
- r ⁇ R and the power dissipated by the virtual line is given by (1/R-1/r) *S s-num 2 ⁇ 0 where S s-num is the digital output signal.
- r ⁇ R and the power dissipated by the virtual line is given by (Rr) *S s-num 2 ⁇ 0.
- the digital controller Sc is a discrete-time dynamic system, linear or not, intended for controlling the electrical system S.
- This digital controller Sc is of the admittance type (voltage input v(n) and current output i(n)) or impedance (current input i(n) and voltage output v(n)).
- the Scr modeling of the digital controller Sc connected to the digital passive component corresponds to the addition of a feedback loop to the controller Sc. This modeling relates the new couple “voltage w(n) and current j(n)”.
- the digital passive component is a resistor of impedance r and the generation device 40 is of the admittance type.
- the modeling Scr is a modeling of the digital controller Sc connected in series of the digital passive component of impedance r.
- the digital passive component is a resistor of impedance r and the generation device 40 is of the impedance type.
- the modeling Scr is a modeling of the digital controller Sc connected in parallel with the digital passive component of impedance r.
- the whole Scr is passive because the digital passive component of impedance r adds dissipation to the controller Sc.
- equations (e.1) and (e.2) can be found in the literature (see for example the article by Itoh, T., & Abe, K. (1988). Hamiltonian-conserving discrete canonical equations based on variational difference quotients. Journal of Computational Physics, 76(1), 85-102 ; or the article from Falaize, A., & Hélie, T. (2016). Passive guaranteed simulation of analog audio circuits: A port-Hamiltonian approach. Applied Sciences, 6(10), 273 ).
- the same solver can be used to simulate Sc and Scr. Indeed, to go from Sc to Scr, it is enough to substitute M by M*, which have the same property (positive symmetric matrix).
- controllable component 70 is configured to implement a method comprising, for example, the steps illustrated in the flowchart of the figure 8 .
- the method comprises a step 100 of converting the converted input signal S EC coming from the analog-digital converter 48 into a first intermediate signal S int1 function of the second characteristic impedance and representative of a power wave. More precisely, the first signal intermediate S int1 represents the power wave of the virtual transmission line, that is to say the wave transmitted from the physical system S to the digital controller Sc by the virtual transmission line of characteristic impedance r.
- the generation device 40 is of the admittance type and the digital passive component is a resistance of impedance r
- the first intermediate signal S int1 is obtained by multiplication of converted input signal S EC with 2 r and by subtraction of a fourth intermediate signal S int4 obtained at the previous instant. Obtaining the fourth intermediate signal S int4 at the present time is described in the remainder of the description.
- the generation device 40 is of the impedance type and the digital passive component is a resistor of impedance r
- the first intermediate signal S int1 is obtained by multiplication of converted input signal S EC with 2 r and by addition of a fourth intermediate signal S int4 obtained at the previous instant. Obtaining the fourth intermediate signal S int4 at the present time is described in the remainder of the description.
- the method comprises a step 110 of converting the first intermediate signal S int1 into a second intermediate signal S int2 as a function of the second characteristic impedance and representative of a voltage or a current to be applied to the controller Sc.
- the second intermediate signal S int2 is obtained by multiplication of the first intermediate signal S int1 with 2 r .
- the second intermediate signal S int2 is obtained by multiplication of the first intermediate signal S int1 with 2 r .
- the method comprises a step 120 of calculating a third intermediate signal S int3 as a function of the second intermediate signal S int2 and the modeling Scr.
- the third intermediate signal S int3 is therefore obtained by simulation of the digital system Scr which reproduces the original passive system Sc interfaced to the transmission line of characteristic impedance r. This step thus makes it possible to obtain the current or voltage value at the output of the assembly formed by the controller Sc connected to the digital passive component.
- the third intermediate signal S int3 is representative of a current.
- the third intermediate signal S int3 is representative of a voltage.
- the method comprises a step 130 of converting the third intermediate signal S int3 into a fourth intermediate signal S int4 as a function of the second characteristic impedance r and representative of a power wave.
- the fourth intermediate signal S int4 is obtained by multiplication of the third intermediate signal S int3 with 2 r and by adding the first intermediate signal S int1 .
- the fourth intermediate signal S int4 is obtained by multiplication of the third intermediate signal S int3 with 2 r and by subtraction of the first intermediate signal S int1 .
- the method comprises a step 140 of converting the fourth intermediate signal S int4 into the digital output signal S s-num of the controllable component 70 as a function of the second characteristic impedance.
- the digital output signal S s-num is obtained by multiplication of the third intermediate signal S int3 with ⁇ 2 r .
- the digital output signal S s-num is obtained by multiplication of the third intermediate signal S int3 with ⁇ 2 r .
- the digital-analog converter 52 is connected between the input of the analog block 46 and the output of the digital block 50.
- analog-to-digital converter 48 and the digital-to-analog converter 52 are synchronized to a common clock signal.
- the digital-to-analog converter 52 is configured to convert the digital output signal S s-num to analog to obtain a command analog of the generator 66 inducing the generation of the second component of the control signal Is, Vs by the generator 66.
- the generation device 40 receives as input an input signal Vc, le coming from the electrical system S.
- the analog passive component 62 of the electrical circuit 60 generates the first component of the control signal Is, Vs as a function of the input signal Vc, Ic.
- the generator 66 of the electrical circuit 60 generates the second component of the control signal Is, Vs as a function of a command received from the digital block 50.
- the first component and the second component generated are summed at the output of the electrical circuit 60 to form the control signal Is, Vs.
- Control of generator 66 is obtained by the following steps.
- a measurement of the input signal Vc the is converted to digital by the analog-to-digital converter 48 to obtain a converted input signal S EC .
- the controllable component 70 of the digital block 50 then generates a digital output signal S s-num corresponding to the digital control of the generator 66.
- the digital output signal S s-num is converted to analog by the digital-analog converter 52, which makes it possible to obtain analog control of the generator 66.
- the generator 66 Depending on the command received, the generator 66 generates the second component of the control signal Is, Vs.
- the generation device 40 was designed to passively control an electrically controlled system S. It makes it possible in particular to preserve the passivity of the connection in the presence of a delay between a continuous time system to be controlled and a discrete time controller.
- the “continuous time/discrete time” specificity means that the results of the state of the art do not apply because they concern either only the continuous domain, or only the digital domain.
- the generation device 40 By combining analog hardware elements (on the continuous time part), digital hardware elements and algorithmic elements (on the discrete time part), the generation device 40 makes it possible to create a passive virtual transmission line “half-physical, half-digital”.
- the generation device 40 also takes into account the difficulty of marrying the characteristic impedance of the transmission line in its physical hardware form R and its digital clone r by artificially distinguishing them in the development of the process.
- This approach combined with a dissipativity analysis leads to an order relationship between R and r: the process gives the conditions which make it possible to ensure passivity taking into account the uncertainties in R (potential sensitivity to temperature, variations over time , etc).
- the generation 40 device is particularly intended to be used to control audio systems, such as speakers, in particular speakers corrected for HIFI, acoustic absorbers for studios and concert halls, augmented musical instruments or again for the physical reconstruction of the linear or non-linear impedancial load of virtual instruments.
- audio systems such as speakers, in particular speakers corrected for HIFI, acoustic absorbers for studios and concert halls, augmented musical instruments or again for the physical reconstruction of the linear or non-linear impedancial load of virtual instruments.
- the generation 40 device is adaptable to any actuated physical system, such as vibration absorbers and acoustic absorbers for aeronautics and transport, controllers of vibrating surfaces (acoustic diffusion without loudspeaker) or mechatronic system stabilizers.
- actuated physical system such as vibration absorbers and acoustic absorbers for aeronautics and transport, controllers of vibrating surfaces (acoustic diffusion without loudspeaker) or mechatronic system stabilizers.
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Description
La présente invention concerne un dispositif de génération d'un signal de commande d'un système électrique. La présente invention porte également sur un système audio comprenant un tel dispositif. La présente invention porte aussi sur un procédé associé.The present invention relates to a device for generating a control signal for an electrical system. The present invention also relates to an audio system comprising such a device. The present invention also relates to a related method.
La passivité décrit le fait qu'un système ne peut créer spontanément de l'énergie mais seulement la stocker et/ou la dissiper. A titre illustratif, un réseau de résistances, diodes, bobines ou condensateurs (linéaires ou non) connecté à un haut-parleur modifiera le comportement mécanique et acoustique du haut-parleur mais sans générer d'oscillations entretenues (effet Larsen) ou d'instabilités. La passivité assure cette robustesse. Plus généralement, un système physique passif satisfait un bilan de puissance de type dE(t)/dt= Pext(t)-Pdis(t) (variation temporelle de l'énergie stockée = puissance apportée par l'extérieur - puissance dissipée) avec une puissance dissipée Pdis positive (ou nulle dans le cas conservatif).Passivity describes the fact that a system cannot spontaneously create energy but only store and/or dissipate it. As an illustration, a network of resistors, diodes, coils or capacitors (linear or not) connected to a loudspeaker will modify the mechanical and acoustic behavior of the loudspeaker but without generating sustained oscillations (feedback effect) or instabilities . Passivity ensures this robustness. More generally, a passive physical system satisfies a power balance of the type dE(t)/dt= Pext(t)-Pdis(t) (temporal variation of the stored energy = power supplied from the outside - dissipated power) with a positive dissipated power Pdis (or zero in the conservative case).
Dans le cas d'asservissements complexes, les asservissements sont susceptibles d'être implémentés sous une forme numérique temps-réel, c'est-à-dire au moyen de systèmes embarqués comprenant des convertisseurs analogiques-numériques, des générateurs de signaux électriques et un calculateur numérique hardware (en français « matériel informatique »). Le calcul du signal d'asservissement est alors rendu après un temps de latence, équivalent à un retard, qui est ici noté T. Un tel retard est inhérent à tout asservissement réalisé par des systèmes numériques hardware (microprocesseur, DSP, micro-contrôleur, FPGA) dû au temps pris par le calcul.In the case of complex servo-controls, the servo-controls are likely to be implemented in a real-time digital form, that is to say by means of on-board systems comprising analog-digital converters, electrical signal generators and a hardware digital calculator (in French “computer hardware”). The calculation of the servo signal is then rendered after a latency time, equivalent to a delay, which is here denoted T. Such a delay is inherent to any servo produced by digital hardware systems (microprocessor, DSP, micro-controller, FPGA) due to the time taken by the calculation.
Or, l'inclusion d'un retard dans une boucle de rétro-action est susceptible de détériorer la propriété de passivité et de rendre ainsi l'asservissement inefficace ou même de provoquer sa déstabilisation.However, the inclusion of a delay in a feedback loop is likely to deteriorate the passivity property and thus make the control ineffective or even cause its destabilization.
Le document
Il existe donc un besoin pour un dispositif permettant d'asservir un système de manière passive.There is therefore a need for a device making it possible to control a system passively.
A cet effet, la présente description a pour objet un dispositif de génération d'un signal de commande d'un système électrique, le dispositif de génération comprenant :
- une entrée pour un signal d'entrée en provenance du système électrique, le signal d'entrée étant un signal analogique représentatif d'une tension, respectivement d'un courant,
- une sortie pour le signal de commande, le signal de commande étant un signal analogique représentatif d'un courant, respectivement d'une tension, le signal de commande ayant une première composante et une deuxième composante,
- un bloc analogique connecté à l'entrée et à la sortie du dispositif de génération, le bloc analogique comprenant un circuit électrique comprenant un composant passif analogique ayant une première impédance caractéristique passive, un composant de mesure de tension, respectivement de courant, et un générateur de courant, respectivement de tension,
- un bloc numérique comprenant au moins un composant commandable numériquement,
- un convertisseur analogique-numérique connecté entre le bloc analogique et le bloc numérique, et
- un convertisseur numérique-analogique connecté entre le bloc analogique et le bloc numérique,
- le composant passif analogique du circuit électrique étant configuré pour générer la première composante du signal de commande et le générateur du circuit électrique étant configuré pour générer la deuxième composante du signal de commande, le circuit électrique étant configuré pour sommer la première et de la deuxième composante générées afin d'obtenir le signal de commande,
- le convertisseur analogique-numérique étant configuré pour convertir en numérique une mesure du signal d'entrée effectuée par le composant de mesure du bloc analogique pour obtenir un signal d'entrée converti,
- le composant commandable du bloc numérique étant configuré pour générer un signal de sortie numérique en fonction du signal d'entrée converti et d'une modélisation d'un contrôleur numérique connecté à un composant passif numérique ayant une deuxième impédance caractéristique passive, la valeur de la deuxième impédance caractéristique étant choisie en fonction de la valeur de la première impédance caractéristique,
- le convertisseur numérique-analogique étant configuré pour convertir en analogique le signal de sortie numérique pour obtenir une commande du générateur, la deuxième composante du signal de commande générée par le générateur étant fonction de la commande obtenue à partir du bloc numérique.
- an input for an input signal coming from the electrical system, the input signal being an analog signal representative of a voltage, respectively of a current,
- an output for the control signal, the control signal being an analog signal representative of a current, respectively a voltage, the control signal having a first component and a second component,
- an analog block connected to the input and output of the generation device, the analog block comprising an electrical circuit comprising an analog passive component having a first passive characteristic impedance, a voltage or current measuring component, respectively, and a generator current, respectively voltage,
- a digital block comprising at least one digitally controllable component,
- an analog-to-digital converter connected between the analog block and the digital block, and
- a digital-analog converter connected between the analog block and the digital block,
- the analog passive component of the electrical circuit being configured to generate the first component of the control signal and the generator of the electrical circuit being configured to generate the second component of the control signal, the electrical circuit being configured to sum the first and the second components generated in order to obtain the control signal,
- the analog-digital converter being configured to convert into digital a measurement of the input signal carried out by the measurement component of the analog block to obtain a converted input signal,
- the controllable component of the digital block being configured to generate a digital output signal based on the converted input signal and a modeling of a digital controller connected to a digital passive component having a second passive characteristic impedance, the value of the second characteristic impedance being chosen as a function of the value of the first characteristic impedance,
- the digital-to-analog converter being configured to convert the digital output signal to analog to obtain control of the generator, the second component of the control signal generated by the generator being a function of the control obtained from the digital block.
Suivant d'autres aspects avantageux, le dispositif de génération comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- le composant passif analogique et le composant passif numérique sont de même nature ;
- chacun du composant passif analogique et du composant passif numérique est une résistance ;
- lorsque le signal d'entrée est représentatif d'une tension et le signal de commande est représentatif d'un courant, la deuxième impédance caractéristique est supérieure ou égale à la première impédance caractéristique, et
- lorsque le signal d'entrée est représentatif d'un courant et le signal de commande est représentatif d'une tension, la deuxième impédance caractéristique est inférieure ou égale à la première impédance caractéristique ;
- lorsque le signal d'entrée est représentatif d'une tension et le signal de commande est représentatif d'un courant, le composant de mesure est un composant de mesure de tension et le générateur est un générateur de courant, le composant passif analogique étant connecté en parallèle de l'entrée et de la sortie et en parallèle du générateur et du composant de mesure, et
- lorsque le signal d'entrée est représentatif d'un courant et le signal de commande est représentatif d'une tension, le composant de mesure est un composant de mesure de courant et le générateur est un générateur de tension, le composant passif analogique étant connecté en série avec le générateur et le composant de mesure entre l'entrée et la sortie ;
- lorsque le signal d'entrée est représentatif d'une tension et le signal de commande est représentatif d'un courant, la modélisation est une modélisation du contrôleur numérique connecté en série du composant passif numérique, et
- lorsque le signal d'entrée est représentatif d'un courant et le signal de commande est représentatif d'une tension, la modélisation est une modélisation du contrôleur numérique connecté en parallèle du composant passif numérique ;
- le composant commandable est configuré pour :
- convertir le signal d'entrée converti en provenance du convertisseur analogique-numérique en un premier signal intermédiaire fonction de la deuxième impédance caractéristique et représentatif d'une onde de puissance,
- convertir le premier signal intermédiaire en un deuxième signal intermédiaire fonction de la deuxième impédance caractéristique et représentatif d'une tension, respectivement d'un courant,
- calculer un troisième signal intermédiaire en fonction du deuxième signal intermédiaire et de la modélisation,
- convertir le troisième signal intermédiaire en un quatrième signal intermédiaire fonction de la deuxième impédance caractéristique et représentatif d'une onde de puissance, et
- convertir le quatrième signal intermédiaire en le signal de sortie numérique du composant commandable en fonction de la deuxième impédance caractéristique, le quatrième signal intermédiaire étant représentatif d'une tension, respectivement d'un courant.
- le composant commandable 70 est choisi dans la liste constituée de : un microprocesseur, un processeur de signal numérique, un micro-contrôleur et un réseau de portes programmables.
- the analog passive component and the digital passive component are of the same nature;
- each of the analog passive component and the digital passive component is a resistor;
- when the input signal is representative of a voltage and the control signal is representative of a current, the second characteristic impedance is greater than or equal to the first characteristic impedance, and
- when the input signal is representative of a current and the control signal is representative of a voltage, the second characteristic impedance is less than or equal to the first characteristic impedance;
- when the input signal is representative of a voltage and the control signal is representative of a current, the measurement component is a voltage measurement component and the generator is a current generator, the analog passive component being connected in parallel with the input and output and in parallel with the generator and the measuring component, and
- when the input signal is representative of a current and the control signal is representative of a voltage, the measurement component is a current measurement component and the generator is a voltage generator, the analog passive component being connected in series with the generator and the measuring component between the input and the output;
- when the input signal is representative of a voltage and the control signal is representative of a current, the modeling is a modeling of the digital controller connected in series of the digital passive component, and
- when the input signal is representative of a current and the control signal is representative of a voltage, the modeling is a modeling of the digital controller connected in parallel with the digital passive component;
- the controllable component is configured to:
- convert the converted input signal coming from the analog-digital converter into a first intermediate signal depending on the second characteristic impedance and representative of a power wave,
- convert the first intermediate signal into a second intermediate signal depending on the second characteristic impedance and representing a voltage, respectively a current,
- calculate a third intermediate signal based on the second intermediate signal and the modeling,
- convert the third intermediate signal into a fourth intermediate signal depending on the second characteristic impedance and representative of a power wave, and
- convert the fourth intermediate signal into the digital output signal of the controllable component as a function of the second characteristic impedance, the fourth intermediate signal being representative of a voltage, respectively a current.
- the
controllable component 70 is chosen from the list consisting of: a microprocessor, a digital signal processor, a micro-controller and an array of programmable gates.
L'invention a également pour objet un système audio, tel qu'un haut-parleur, comprenant un dispositif tel que décrit précédemment.The invention also relates to an audio system, such as a loudspeaker, comprising a device as described above.
L'invention a également pour objet un procédé de génération d'un signal de commande d'un système électrique à partir d'un dispositif de génération tel que décrit précédemment, le procédé comprenant :
- la réception d'un signal d'entrée en provenance du système électrique en entrée du dispositif de génération, le signal d'entrée étant un signal analogique représentatif d'une tension, respectivement d'un courant,
- la conversion en numérique d'une mesure du signal d'entrée effectuée par le composant de mesure du bloc analogique pour obtenir un signal d'entrée converti,
- la génération d'un signal de sortie numérique par le composant commandable du bloc numérique,
- la conversion en analogique du signal de sortie numérique pour obtenir une commande du générateur du circuit électrique,
- la génération de la première composante du signal de commande par le composant passif analogique du circuit électrique,
- la génération de la deuxième composante du signal de commande par le générateur du circuit électrique en fonction de la commande obtenue à partir du bloc numérique, et
- la somme de la première composante et de la deuxième composante générées par le circuit électrique pour obtenir le signal de commande.
- receiving an input signal from the electrical system at the input of the generation device, the input signal being an analog signal representative of a voltage, respectively a current,
- the digital conversion of a measurement of the input signal carried out by the measurement component of the analog block to obtain a converted input signal,
- generating a digital output signal by the controllable component of the digital block,
- converting the digital output signal into analog to obtain control of the generator of the electrical circuit,
- generating the first component of the control signal by the analog passive component of the electrical circuit,
- generating the second component of the control signal by the generator of the electrical circuit according to the command obtained from the digital block, and
- the sum of the first component and the second component generated by the electrical circuit to obtain the control signal.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnée à titre d'exemple uniquement, et en référence aux dessins qui sont :
- [
Fig 1] figure 1 , une représentation schématique d'une connexion directe entre un système physique S et un contrôleur numérique Sc, - [
Fig 2] figure 2 , une représentation schématique d'une connexion du système physique S de lafigure 1 au contrôleur numérique Sc via une ligne de transmission passive introduisant un retard (T/2 à l'aller et T/2 au retour), - [
Fig 3] figure 3 , une représentation schématique d'une connexion d'un système physique S à un contrôleur passif retardé formé d'un bloc analogique hardware et d'un bloc numérique hardware, - [
Fig 4] figure 4 , une représentation schématique du bloc analogique de lafigure 3 dans le cas d'un contrôleur de type admittance, - [
Fig 5] figure 5 , une représentation schématique du bloc analogique de lafigure 3 dans le cas d'un contrôleur de type impédance, - [
Fig 6] figure 6 , une représentation schématique d'un système Scr comprenant un contrôleur Sc connecté à un composant passif analogique dans le cas d'un contrôleur de type admittance, - [
Fig 7] figure 7 , une représentation schématique d'un système Scr comprenant un contrôleur Sc connecté à un composant passif analogique dans le cas d'un contrôleur de type impédance, et - [
Fig 8] figure 8 , une représentation schématique d'un procédé mis en oeuvre par les composants du bloc numérique de lafigure 3 .
- [
Fig 1] figure 1 , a schematic representation of a direct connection between a physical system S and a digital controller Sc, - [
Fig 2] figure 2 , a schematic representation of a connection of the physical system S of thefigure 1 to the digital controller Sc via a passive transmission line introducing a delay (T/2 on the outward journey and T/2 on the return journey), - [
Fig 3] figure 3 , a schematic representation of a connection of a physical system S to a delayed passive controller formed of a hardware analog block and a hardware digital block, - [
Fig 4] figure 4 , a schematic representation of the analog block of theFigure 3 in the case of an admittance type controller, - [
Fig 5] figure 5 , a schematic representation of the analog block of theFigure 3 in the case of an impedance type controller, - [
Fig 6] figure 6 , a schematic representation of a system Scr comprising a controller Sc connected to an analog passive component in the case of an admittance type controller, - [
Fig 7] figure 7 , a schematic representation of a system Scr comprising a controller Sc connected to an analog passive component in the case of an impedance type controller, and - [
Fig 8] figure 8 , a schematic representation of a process implemented by the components of the digital block of theFigure 3 .
La
Le principe de l'invention consiste à encapsuler artificiellement le retard T, intrinsèque au calculateur hardware, dans une ligne de transmission électrique passive virtuelle 30 représentée en
Le système S (respectivement Sc) possède (au moins) un port électrique caractérisé par une tension Vs et un courant Is (respectivement tension Vsc et courant Isc). Connectons virtuellement ces deux systèmes de part et d'autre de la ligne de transmission. La propagation est décrite par deux équations de transport, dont les solutions sont des ondes aller/retour, notées W+/- (où, pour un système donné S ou Sc, W+ désignera l'onde qui en sort et W- l'onde qui y entre). On considère ici une transmission sans perte, unidimensionnelle et dans un milieu d'impédance caractéristique r (en Ohm).The system S (respectively Sc) has (at least) one electrical port characterized by a voltage Vs and a current Is (respectively voltage Vsc and current Isc). Let's virtually connect these two systems on either side of the transmission line. Propagation is described by two transport equations, the solutions of which are round-trip waves, denoted W +/- (where, for a given system S or Sc, W + will designate the wave which leaves it and W - the wave entering it). Here we consider lossless transmission, one-dimensional and in a medium with characteristic impedance r (in Ohm).
Les variables d'ondes aller/retour associées à S et Sc sont notées Ws+/- et Wsc+/-, respectivement. L'onde entrante dans Sc à l'instant t est égale à l'onde sortante de S à l'instant t-T/2, soit Wsc-(t) = Ws+(t-T/2) et réciproquement, Ws-(t) = Wsc+(t-T/2) de S à Sc, ce qui implique une durée d'aller-retour totale T.The round-trip wave variables associated with S and Sc are denoted Ws +/- and Wsc +/- , respectively. The incoming wave in Sc at time t is equal to the outgoing wave in S at time tT/2, i.e. Wsc - (t) = Ws + (tT/2) and vice versa, Ws - (t) = Wsc + (tT/2) from S to Sc, which implies a total round trip time T.
Les tensions (Vs, Vsc) et courants (Is, Isc) sont converties en variables d'ondes aller/retour Ws+/- et Wsc+/- via le changement de variable suivant :
Dans (2) apparait une relation instantanée (sans retard) entre Vs et Is à travers r. Cette relation sera réalisée physiquement en plaçant un composant passif analogique entre S et le calculateur.In (2) an instantaneous relationship (without delay) appears between Vs and Is through r. This relationship will be achieved physically by placing an analog passive component between S and the computer.
Le reste de la conversion est implanté numériquement dans le calculateur, c'est-à-dire (i) la conversion (2) ôtée la relation instantanée entre Vs et Is, (ii) la conversion (1) pour Sc, liant (Vc, Ic) à (Wsc+, Wsc-).The rest of the conversion is implemented numerically in the calculator, that is to say (i) conversion (2) removing the instantaneous relationship between Vs and Is, (ii) conversion (1) for Sc, linking (Vc , Ic) to (Wsc + , Wsc - ).
De plus, pour les systèmes Sc stationnaires, le retard T/2 entre Ws+ et Wsc- peut être propagé entre Wsc+ et Ws-, afin de considérer de manière équivalente un retard T entre Wsc+ et Ws- (et aucun retard entre Ws+ et Wsc-).Furthermore, for stationary Sc systems, the delay T/2 between Ws + and Wsc - can be propagated between Wsc + and Ws - , in order to consider equivalently a delay T between Wsc + and Ws - (and no delay between Ws + and Wsc - ).
Ainsi, plutôt que d'interfacer directement le système physique S au contrôleur numérique passif Sc, le principe de l'invention consiste à :
- interfacer le système physique S à un circuit analogique comprenant un générateur et un composant passif analogique, l'impédance du composant passif analogique étant destinée à représenter l'impédance caractéristique de la ligne de transmission électrique virtuelle,
- modifier le calculateur numérique hardware 20 (selon un algorithme approprié) de sorte que le contrôleur Sc soit vu au travers de la ligne de transmission. Cette modification consiste à simuler un système Scr (et non plus Sc) encapsulé dans une suite d'opérations algébriques reproduisant l'équation (1) précédente.
- interface the physical system S to an analog circuit comprising a generator and an analog passive component, the impedance of the analog passive component being intended to represent the characteristic impedance of the virtual electrical transmission line,
- modify the hardware digital computer 20 (according to an appropriate algorithm) so that the controller Sc is seen through the transmission line. This modification consists of simulating a system Scr (and no longer Sc) encapsulated in a series of algebraic operations reproducing the previous equation (1).
Cette configuration permet d'intégrer le retard intrinsèque au calculateur hardware sous une forme passive.This configuration makes it possible to integrate the intrinsic delay into the hardware computer in a passive form.
La
Le dispositif de génération 40 est un système de type admittance ou de type impédance. Un système de type admittance est un système propre à recevoir une tension et à retourner un courant. Un système de type impédance est un système propre à recevoir un courant et à retourner une tension.The
Le dispositif de génération 40 comprend une entrée 42, une sortie 44, un bloc analogique 46, un convertisseur analogique-numérique 48, un bloc numérique 50 et un convertisseur numérique-analogique 52.The
L'entrée 42 est propre à recevoir un signal d'entrée Vc, le en provenance du système électrique S. Le signal d'entrée Vc, le est un signal analogique représentatif d'une tension Vc lorsque le dispositif de génération 40 est de type admittance et représentatif d'un courant le lorsque le dispositif de génération 40 est de type impédance.The
La sortie 44 est propre à envoyer un signal de commande Is, Vs au système électrique S. Le signal de commande Is, Vs est un signal analogique représentatif d'un courant Is lorsque le dispositif de génération 40 est de type admittance et représentatif d'une tension Vs lorsque le dispositif de génération 40 est de type impédance.The
Le bloc analogique 46 est connecté à l'entrée 42 et à la sortie 44 du dispositif de génération 40.
Comme illustré par les
En particulier, comme illustré par la
Dans l'exemple illustré par la
Dans l'exemple illustré par les
En variante, le composant passif analogique 62 est un condensateur ou une bobine.Alternatively, the analog
Le circuit électrique 60 est configuré pour générer le signal de commande Is, Vs du système électrique S résultant de la somme d'une première composante et d'une deuxième composante toutes deux générées par des composants du circuit électrique 60.The
Plus précisément, le composant passif analogique 62 du circuit électrique 60 est configuré pour générer la première composante du signal de commande Is, Vs, résultant du passage du signal d'entrée Vc, le dans le composant passif analogique 62. Dans le cas Norton, la première composante est un courant I1. Dans le cas Thévenin, la première composante est une tension T1.More precisely, the analog
Le générateur 66 du circuit électrique 60 est configuré pour générer la deuxième composante du signal de commande Is, Vs en fonction d'une commande reçue par le générateur 66. La commande est générée par le bloc numérique 50, comme cela sera décrit dans la suite de la description. Le générateur 66 est, ainsi, commandé par le bloc numérique 50 et génère la deuxième composante en fonction de la commande reçue en provenance du bloc numérique 50. Dans le cas Norton, la deuxième composante est un courant I2. Dans le cas Thévenin, la deuxième composante est une tension T2.The
Le convertisseur analogique-numérique 48 est connecté entre la sortie du bloc analogique 46 et l'entrée du bloc numérique 50.The analog-
Le convertisseur analogique-numérique 48 est configuré pour convertir en numérique une mesure du signal d'entrée Vc, le effectuée par le composant de mesure 64 du bloc analogique 46 pour obtenir un signal d'entrée converti SE-C lisible par le bloc numérique 50.The analog-
Le bloc numérique 50 comprend au moins un composant 70 commandable numériquement. Le composant commandable 70 est un élément physique. Plus précisément, le composant commandable 70 est un calculateur.The
Par exemple, le composant commandable numériquement 70 est un microprocesseur, un DSP (de l'anglais « Digital Signal Processor » traduit en français par « processeur de signal numérique »), un micro-contrôleur ou encore un FPGA (de l'anglais « field-programmable gate array » traduit en français par « réseau de portes programmables »).For example, the digitally
Le composant commandable 70 est configuré pour générer un signal de sortie numérique Ss-num (correspondant à la commande en numérique du générateur 66 du circuit électrique 60) e n fonction du signal d'entrée converti SE-C et d'une modélisation Scr d'un contrôleur numérique Sc connecté à un composant passif numérique ayant une deuxième impédance caractéristique.The
Le composant passif analogique et le composant passif numérique sont de même nature. Par exemple, chacun du composant passif analogique 62 et du composant passif numérique est une résistance.The analog passive component and the digital passive component are of the same nature. For example, each of the analog
La valeur de la deuxième impédance caractéristique est choisie en fonction de la valeur de la première impédance caractéristique.The value of the second characteristic impedance is chosen according to the value of the first characteristic impedance.
En particulier, lorsque le dispositif de génération 40 est de type admittance, la deuxième impédance caractéristique est supérieure ou égale à la première impédance caractéristique. Lorsque le dispositif de génération 40 est de type impédance, la deuxième impédance caractéristique est inférieure ou égale à la première impédance caractéristique.In particular, when the
En effet, la ligne de transmission est conservative si la première et la deuxième impédance caractéristique sont égales. Néanmoins, en pratique, la première impédance caractéristique est connue à une précision près, ce qui empêche l'égalité stricte. Par exemple, dans le cas de résistances, la première impédance caractéristique est notée R et la deuxième impédance caractéristique est notée r. Dans le cas admittance, r ≥ R et la puissance dissipée par la ligne virtuelle est donnée par (1/R-1/r) *Ss-num 2 ≥ 0 où Ss-num est le signal de sortie numérique. Dans le cas impédance, r ≤ R et la puissance dissipée par la ligne virtuelle est donnée par (R-r) *Ss-num 2 ≥ 0.Indeed, the transmission line is conservative if the first and second characteristic impedance are equal. However, in practice, the first characteristic impedance is known to a precision, which prevents strict equality. For example, in the case of resistors, the first characteristic impedance is denoted R and the second characteristic impedance is denoted r. In the admittance case, r ≥ R and the power dissipated by the virtual line is given by (1/R-1/r) *S s-num 2 ≥ 0 where S s-num is the digital output signal. In the impedance case, r ≤ R and the power dissipated by the virtual line is given by (Rr) *S s-num 2 ≥ 0.
Le contrôleur numérique Sc est un système dynamique à temps discret, linéaire ou non, destiné au contrôle du système électrique S. Ce contrôleur numérique Sc est de type admittance (entrée en tension v(n) et sortie en courant i(n)) ou impédance (entrée en courant i(n) et sortie en tension v(n)).The digital controller Sc is a discrete-time dynamic system, linear or not, intended for controlling the electrical system S. This digital controller Sc is of the admittance type (voltage input v(n) and current output i(n)) or impedance (current input i(n) and voltage output v(n)).
Avantageusement, le contrôleur numérique Sc est passif, c'est-à-dire, satisfaisant l'équation [E(n+1) - E(n)] / T = Pext(n) - Pdis(n) avec Pdis(n) ≥ 0, où la puissance apportée par l'extérieur Pext(n) est le produit « entrée.sortie », c'est-à-dire dans les deux cas, v(n).i(n).Advantageously, the digital controller Sc is passive, that is to say, satisfying the equation [E(n+1) - E(n)] / T = Pext(n) - Pdis(n) with Pdis(n ) ≥ 0, where the power supplied from the outside Pext(n) is the “input.output” product, that is to say in both cases, v(n).i(n).
La modélisation Scr du contrôleur numérique Sc connecté au composant passif numérique correspond à l'ajout d'une boucle de rétroaction au contrôleur Sc. Cette modélisation met en relation le nouveau couple « tension w(n) et courant j(n) ».The Scr modeling of the digital controller Sc connected to the digital passive component corresponds to the addition of a feedback loop to the controller Sc. This modeling relates the new couple “voltage w(n) and current j(n)”.
Notamment, dans l'exemple illustré par la
Dans l'exemple illustré par la
Dans ces exemples, l'ensemble Scr est passif car le composant passif numérique d'impédance r ajoute de la dissipation au contrôleur Sc. En effet, puisque v(n)i(n)= -Pr(n) + w(n)j(n), le bilan de puissance devient :
Dans un exemple, le contrôleur numérique Sc est décrit par les équations suivantes. Ces équations sont données dans le cas d'un contrôleur numérique de type admittance d'entrée v(n) et de sortie i(n). Un tel contrôleur est représenté par :
- un vecteur d'état x(n) de dimension Nx,
- une équation sur la dynamique de son état en fonction de l'entrée v(n):
-
- J : matrice antisymétrique de taille Nx x Nx ;
- M : matrice symétrique positive de taille Nx x Nx ;
- G : vecteur de taille Nx ;
- H : fonction régulière scalaire définie positive ;
- ∇d: opérateur tel que ∇dH(x(n), δx(n)). δx(n) = H(x(n+1)) - H(x(n)).
-
- une équation sur sa sortie i(n):
- a state vector x(n) of dimension N x ,
- an equation on the dynamics of its state as a function of the input v(n):
-
- J: antisymmetric matrix of size N x x N x ;
- M: positive symmetric matrix of size N x x N x ;
- G: vector of size N x ;
- H: positive definite scalar regular function;
- ∇ d : operator such as ∇ d H(x(n), δx(n)). δx(n) = H(x(n+1)) - H(x(n)).
-
- an equation on its output i(n):
L'énergie du contrôleur Sc est défini par E(n) = H(x(n)). D'après (e.1) et (e.2), on peut alors écrire
La passivité du système à temps discret est garantie par :
La construction de solveur pour les équations (e.1) et (e.2) peut être retrouvée dans la littérature (voir par exemple l'article de
Dans ce cas, la modélisation pour le système Scr comprenant le contrôleur Sc connecté au composant passif numérique d'impédance r est donnée par les équations suivantes. En premier lieu, le bouclage entrée-sortie associé au système Scr s'écrit (voir
Ainsi, le même solveur est utilisable pour simuler Sc et Scr. En effet, pour passer de Sc à Scr, il suffit de substituer M par M*, qui ont la même propriété (matrice symétrique positive).Thus, the same solver can be used to simulate Sc and Scr. Indeed, to go from Sc to Scr, it is enough to substitute M by M*, which have the same property (positive symmetric matrix).
Pour générer le signal de sortie numérique Ss-num, le composant commandable 70 est configuré pour mettre en oeuvre un procédé comprenant, par exemple, les étapes illustrées sur l'organigramme de la
Le procédé comprend une étape 100 de conversion du signal d'entrée converti SE-C en provenance du convertisseur analogique-numérique 48 en un premier signal intermédiaire Sint1 fonction de la deuxième impédance caractéristique et représentatif d'une onde de puissance. Plus précisément, le premier signal intermédiaire Sint1 représente l'onde de puissance de la ligne de transmission virtuelle, c'est-à-dire l'onde transmise du système physique S au contrôleur numérique Sc par la ligne de transmission virtuelle d'impédance caractéristique r.The method comprises a
Par exemple, lorsque le dispositif de génération 40 est de type admittance et que le composant passif numérique est une résistance d'impédance r, le premier signal intermédiaire Sint1 est obtenu par multiplication de signal d'entrée converti SE-C avec
Par exemple, lorsque le dispositif de génération 40 est de type impédance et que le composant passif numérique est une résistance d'impédance r, le premier signal intermédiaire Sint1 est obtenu par multiplication de signal d'entrée converti SE-C avec
Le procédé comprend une étape 110 de conversion du premier signal intermédiaire Sint1 en un deuxième signal intermédiaire Sint2 fonction de la deuxième impédance caractéristique et représentatif d'une tension ou d'un courant à appliquer au contrôleur Sc.The method comprises a
Par exemple, lorsque le dispositif de génération 40 est de type admittance et que le composant passif numérique est une résistance d'impédance r, le deuxième signal intermédiaire Sint2 est obtenu par multiplication du premier signal intermédiaire Sint1 avec
Par exemple, lorsque le dispositif de génération 40 est de type impédance et que le composant passif numérique est une résistance d'impédance r, le deuxième signal intermédiaire Sint2 est obtenu par multiplication du premier signal intermédiaire Sint1 avec
Le procédé comprend une étape 120 de calcul d'un troisième signal intermédiaire Sint3 en fonction du deuxième signal intermédiaire Sint2 et de la modélisation Scr. Le troisième signal intermédiaire Sint3 est donc obtenu par simulation du système numérique Scr qui reproduit le système passif original Sc interfacé à la ligne de transmission d'impédance caractéristique r. Cette étape permet, ainsi, d'obtenir la valeur de courant ou de tension en sortie de l'ensemble formé du contrôleur Sc connecté au composant passif numérique.The method comprises a
Lorsque le dispositif de génération 40 est de type admittance, le troisième signal intermédiaire Sint3 est représentatif d'un courant. Lorsque le dispositif de génération 40 est de type impédance, le troisième signal intermédiaire Sint3 est représentatif d'une tension.When the
Le procédé comprend une étape 130 de conversion du troisième signal intermédiaire Sint3 en un quatrième signal intermédiaire Sint4 fonction de la deuxième impédance caractéristique r et représentatif d'une onde de puissance.The method comprises a
Par exemple, lorsque le dispositif de génération 40 est de type admittance et que le composant passif numérique est une résistance d'impédance r, le quatrième signal intermédiaire Sint4 est obtenu par multiplication du troisième signal intermédiaire Sint3 avec
Par exemple, lorsque le dispositif de génération 40 est de type impédance et que le composant passif numérique est une résistance d'impédance r, le quatrième signal intermédiaire Sint4 est obtenu par multiplication du troisième signal intermédiaire Sint3 avec
Le procédé comprend une étape 140 de conversion du quatrième signal intermédiaire Sint4 en le signal de sortie numérique Ss-num du composant commandable 70 en fonction de la deuxième impédance caractéristique.The method comprises a
Par exemple, lorsque le dispositif de génération 40 est de type admittance et que le composant passif numérique est une résistance d'impédance r, le signal de sortie numérique Ss-num est obtenu par multiplication du troisième signal intermédiaire Sint3 avec
Par exemple, lorsque le dispositif de génération 40 est de type impédance et que le composant passif numérique est une résistance d'impédance r, le signal de sortie numérique Ss-num est obtenu par multiplication du troisième signal intermédiaire Sint3 avec
Le convertisseur numérique-analogique 52 est connecté entre l'entrée du bloc analogique 46 et la sortie du bloc numérique 50.The digital-
Avantageusement, le convertisseur analogique-numérique 48 et le convertisseur numérique-analogique 52 sont synchronisés sur un signal d'horloge commun.Advantageously, the analog-to-
Le convertisseur numérique-analogique 52 est configuré pour convertir en analogique le signal de sortie numérique Ss-num pour obtenir une commande analogique du générateur 66 induisant la génération de la deuxième composante du signal de commande Is, Vs par le générateur 66.The digital-to-
Le fonctionnement du dispositif de génération 40 va maintenant être décrit.The operation of the
Initialement, le dispositif de génération 40 reçoit en entrée un signal d'entrée Vc, le en provenance du système électrique S.Initially, the
Le composant passif analogique 62 du circuit électrique 60 génère la première composante du signal de commande Is, Vs en fonction du signal d'entrée Vc, Ic.The analog
Le générateur 66 du circuit électrique 60 génère la deuxième composante du signal de commande Is, Vs en fonction d'une commande reçue en provenance du bloc numérique 50.The
La première composante et la deuxième composante générées sont sommées en sortie du circuit électrique 60 pour former le signal de commande Is, Vs.The first component and the second component generated are summed at the output of the
La commande du générateur 66 est obtenue par les étapes suivantes. Une mesure du signal d'entrée Vc, le est converti en numérique par le convertisseur analogique-numérique 48 pour obtenir un signal d'entrée converti SE-C.Control of
Le composant commandable 70 du bloc numérique 50 génère ensuite un signal de sortie numérique Ss-num correspondant à la commande en numérique du générateur 66.The
Le signal de sortie numérique Ss-num est converti en analogique par le convertisseur numérique-analogique 52, ce qui permet d'obtenir la commande en analogique du générateur 66. En fonction de la commande reçue, le générateur 66 génère la deuxième composante du signal de commande Is, Vs.The digital output signal S s-num is converted to analog by the digital-
Ainsi, le dispositif de génération 40 a été conçu pour asservir de manière passive un système S piloté électriquement. Il permet notamment de préserver la passivité de la connexion en présence d'un retard entre un système à temps continu à contrôler et un contrôleur à temps discret. La spécificité « temps continu/temps discret » fait que les résultats de l'état de la technique ne s'appliquent pas car ils concernent soit uniquement le domaine continu, soit uniquement le domaine numérique.Thus, the
Par la combinaison d'éléments hardware analogiques (sur la partie à temps continu), d'éléments hardware numériques et d'éléments algorithmiques (sur la partie à temps discret), le dispositif de génération 40 permet de réaliser une ligne de transmission virtuelle passive « mi-physique, mi-numérique ».By combining analog hardware elements (on the continuous time part), digital hardware elements and algorithmic elements (on the discrete time part), the
Le dispositif de génération 40 tient également compte de la difficulté à marier l'impédance caractéristique de la ligne de transmission sous sa forme physique hardware R et son clone numérique r en les distinguant artificiellement dans l'élaboration du procédé. Cette approche combinée à une analyse de dissipativité conduit à une relation d'ordre entre R et r : le procédé donne les conditions qui permettent d'assurer la passivité compte-tenu des incertitudes sur R (potentielles sensibilité à la température, variations dans le temps, etc).The
Le dispositif de génération 40 est notamment destiné à être utilisé pour asservir des systèmes audios, tels que des haut-parleurs, notamment des haut-parleurs corrigé pour la HIFI, des absorbeurs acoustiques pour studios et salles de concert, des instruments de musique augmentés ou encore pour la reconstruction physique de la charge impédancielle linéaire ou non d'instruments virtuels.The
De manière plus générale, le dispositif de génération 40 est adaptable à tout système physique actionné, tel que des absorbeurs de vibrations et des absorbeurs acoustiques pour l'aéronautique et les transports, des contrôleurs de surfaces vibrantes (diffusion acoustique sans haut-parleur) ou des stabilisateurs de systèmes mécatroniques.More generally, the
II est à noter que des informations supplémentaires provenant de capteurs physiques (signaux conditionnés et convertis en numérique) prélevés ou non sur le système physique S ou des signaux numériques (trajectoire cible, réglage ou autre type d'information) sont susceptibles d'être fournies au contrôleur Sc. Il est également à noter que le contrôleur numérique Sc pourrait être remplacé par un système passif ou à bilan de puissance équilibré possédant un port de connexion numérique.It should be noted that additional information coming from physical sensors (signals conditioned and converted to digital) taken or not from the physical system S or digital signals (target trajectory, adjustment or other type of information) may be provided. to the Sc controller. It should also be noted that the digital controller Sc could be replaced by a passive or balanced power balance system having a digital connection port.
Claims (10)
- A device (40) for generating a control signal (Is; Vs) for an electrical system (S), the generation device (40) comprising:- an input (42) for an input signal (Vc; Ic) originating from the electrical system (S), the input signal (Vc; Ic) being an analog signal representative of a voltage, of a current, respectively,- an output (44) for the control signal (Is; Vs), the control signal (Is; Vs) being an analog signal representative of a current, of a voltage, respectively, the control signal (Is; Vs) having a first component and a second component,- an analog block (46) connected to the input (42) and to the output (44) of the generation device (40), the analog block (46) comprising an electrical circuit (60) comprising a passive analog component (62) having a first passive characteristic impedance (R), a voltage, current, respectively, a measuring component (64) and a current, voltage, respectively, generator (66),- a digital block (50) comprising at least one digitally controllable component (70),- an analog-digital converter (48) connected between the analog block (46) and the digital block (50), and- a digital-analog converter (52) connected between the analog block (46) and the digital block (50),the passive analog component (62) of the electrical circuit (60) being configured so as to generate the first component of the control signal (Is; Vs) and the generator (66) of the electrical circuit (60) being configured so as to generate the second component of the control signal (Is; Vs), the electrical circuit (60) being configured so as to sum the first and the second component that are generated in order to obtain the control signal (Is; Vs),the analog-digital converter (48) being configured to convert, into digital, a measurement of the input signal (Vc; Ic) done by the measuring component (64) of the analog block (46) to obtain a converted input signal (SE-C),the controllable component (70) of the digital block (50) being configured to generate a digital output signal (Ss-num) as a function of the converted input signal (SE-C) and a model (Scr) of a digital controller (Sc) connected to a passive digital component having a second passive characteristic impedance (r), the value of the second characteristic impedance (r) being chosen as a function of the value of the first characteristic impedance (R),the digital-analog converter (52) being configured to convert, into analog, the digital output signal (Ss-num) to obtain a control of the generator (66), the second component of the control signal (Is; Vs) generated by the generator (66) being a function of the control obtained from the digital block (50).
- The device (40) according to claim 1, wherein the passive analog component (62) and the passive digital component are of the same nature.
- The device (40) according to claim 1 or 2, wherein each of the passive analog component (62) and the passive digital component is a resistance.
- The device (40) according to any one of claims 1 to 3, wherein:- when the input signal (Vc) is representative of a voltage and the control signal (Is) is representative of a current, the second characteristic impedance (r) is greater than or equal to the first characteristic impedance (R), and- when the input signal (Ic) is representative of a current and the control signal (Vs) is representative of a voltage, the second characteristic impedance (r) is less than or equal to the first characteristic impedance (R).
- The device (40) according to any one of claims 1 to 4, wherein:- when the input signal (Vc) is representative of a voltage and the control signal (Is) is representative of a current, the measuring component (64) is a voltage measuring component and the generator (66) is a current generator, the passive analog component (62) being connected in parallel with the input (42) and the output (44) and in parallel with the generator (66) and the measuring component (64), and- when the input signal (Ic) is representative of a current and the control signal (Vs) is representative of a voltage, the measuring component (64) is a current measuring component and the generator (66) is a voltage generator, the passive analog component (62) being connected in series with the generator (66) and the measuring component (64) between the input (42) and the output (44).
- The device (40) according to any one of claims 1 to 5, wherein:- when the input signal (Vc) is representative of a voltage and the control signal (Is) is representative of a current, the model (Scr) is a model of the digital controller (Sc) connected in series with the passive digital component, and- when the input signal (Ic) is representative of a current and the control signal (Vs) is representative of a voltage, the model (Scr) is a model of the digital controller (Sc) connected in parallel with the passive digital component.
- The device (40) according to any one of claims 1 to 6, wherein the controllable component (70) is configured to:- convert the converted input signal (SE-C) originating from the analog-digital converter (48) into a first intermediate signal (Sint1) representative of a power wave, as a function of the second characteristic impedance (r),- convert the first intermediate signal (Sint1) into a second intermediate signal (Sint2) representative of a voltage, of a current, respectively, as a function of the second characteristic impedance (r),- calculate a third intermediate signal (Sint3) as a function of the second intermediate signal (Sint2) and of the model (Scr),- convert the third intermediate signal (Sint3) into a fourth intermediate signal (Sint4) representative of a power wave, as a function of the second characteristic impedance (r), and- convert the fourth intermediate signal (Sint4) into the digital output signal (Ss-num) of the controllable component (70) as a function of the second characteristic impedance (r), the fourth intermediate signal (Sint4) being representative of a voltage, of a current, respectively.
- The device (40) according to claim 7, wherein the controllable component 70 is chosen from the list consisting of: a microprocessor, a digital signal processor, a microcontroller and an array of programmable gates.
- An audio system, such as a speaker, comprising a device (40) according to any one of claims 1 to 8.
- A method for generating a control signal (Is; Vs) for an electrical system (S) from a generation device (40) according to any one of claims 1 to 8, the method comprising:- receiving an input signal (Vc; Ic) originating from the electrical system (S) at the input (42) of the generation device (40), the input signal (Vc; Ic) being an analog signal representative of a voltage, of a current, respectively,- converting, into digital, a measurement of the input signal (Vc; Ic) done by the measuring component (64) of the analog block (46) to obtain a converted input signal (SE-C),- generating a digital output signal (Ss-num) via the controllable component (70) of the digital block (50),- converting, into analog, the digital output signal (Ss-num) to obtain control of the generator (66) of the electrical circuit (60),- generating the first component of the control signal (Is; Vs) via the passive analog component (62) of the electrical circuit (60),- generating the second component of the control signal (Is; Vs) via the generator (66) of the electrical circuit (60) as a function of the control obtained from the digital block (50), and- summing the first component and the second component generated by the electrical circuit (60) to obtain the control signal (Is; Vs).
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