FR2467298A1 - Procede de controle d'un processus au moyen d'un controleur de processus a trois etats et quatre modes, ledit controleur et son application a l'essai de carburateurs - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de contrôle d'un processus au moyen d'un contrôleur de processus à trois états et quatre modes, ainsi que ce contrôleur et son application à l'essai de carburateurs. Le procédé et l'appareil selon l'invention fonctionnent en utilisant la différence entre un signal de réaction, provenant d'un dispositif 42 et indiquant l'état actuel du processus, et un signal de valeur souhaitée, provenant d'un dispositif 160 et indiquant la condition souhaitée pour le processus et en utilisant simultanément le rythme de variation entre ces deux signaux qui sont transmis au contrôleur 125 de processus à trois états et quatre modes. Domaine d'application : essai de carburateurs par écoulement subsonique pour déterminer les débits d'écoulement d'air et de carburant dans les carburateurs. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

1. L'invention concerne les appareils de pilotage ou contrôleurs de

procédés, et plus particulièrement un appareil perfectionné dans lequel le pilotage de procédés tels que des procédés de production s'effectue avec une plus grande précision et plus rapidement qu'au moyen des appareils de pilotage actuellement utilisés. On connaît depuis longtemps des appareils de pilotage exigés pour la commande rapide et précise de procédés mis en oeuvre dans les bancs

d'essai de carburateurs, par exemple comme décrit dans les brevets des Etats-

Unis d'Amérique n' 3 517 552, n0 3 524 344, n0 3 851 523, n0 3 896 670, n' 3 975 953 et n' 4 030 351. La pression des. pipes d'admission, la dépression du collecteur et la pression du carburant constituent certains des paramètres ou processus devant être réglés sur les bancs d'essai de carburateurs. Lors du réglage de la dépression du collecteur, la mise en place du papillon du carburateur dans une position souhaitée pour obtenir une dépression souhaitée est très critique. Dans les premiers temps, lorsque les essais des carburateurs portaient peut-être sur un ou deux points et que la précision demandée n'était

pas très grande, la durée des essais ne - constituait pas un facteur particu-

lièrement important. Cependant, avec l'importance prise de nos jours par les économies de carburant et les émissions de gaz d'échappement et avec la nécessité d'essayer les carburateurs d'automobiles en de nombreux points situés dans leur plage de fonctionnement, l'aptitude à pouvoir déplacer le papillon des carburateurs et, par conséquent, à établir une dépression de collecteur souhaitée en de nombreux points d'essai, d'une manière rapide et précise, est devenue primordiale. Lorsque la précision demandée permettait la mise en oeuvre d'un simple jeu de contacts de relais pour commander un moteur destiné à déplacer le papillon du carburateur d'une première position, par.exemple une position d'arrêt et de ralenti, vers une autre position, par exemple une position de gaz partiels, il

n'était pas nécessaire d'utiliser des dispositifs complexes de commande. Cepen-

dant, les essais devenant de plus en plus compliqués et la précision demandée devenant plus grande, des recherches ont visé à déterminer un meilleur moyen

pour faire passer le papillon d'une position à une autre.

L'idée d'utiliser un dispositif moteur pouvant pivoter dans les deux sens sur des distances importantes, par exemple des contacts de relais, a été abandonnée au profit de la mise en oeuvre d'un moteur pouvant fonctionner à deux vitesses différentes et s'arrêter lorsque le procédé atteint une valeur souhaitée ou arrive à proximité de cette valeur, appelée zone morte. Ainsi, le moteur fonctionne à une vitesse élevée lorsque le processus est éloigné de la 2. valeur souhaitée, puis à une vitesse plus basse lorsque le processus approche de la valeur souhaitée. Cependant, bien que cette commande de papillon à deux vitesses oix ce procédé de commande ait constitué réellement un progrès par rapport à l'art antérieur, il 's'est avéré rapidement trop lent pour répondre aux exigences toujours croissantes des procédés de production. Ceci a été dû principalement au fait que seulement deux vitesses fixes étaient possibles et que dans le cas o le processus subissait une variation rapide, il fallait un délai important au dispositif de commande du papillon pour régler ce dernier dans une nouvelle position située dans les limites de la zone morte, ces limites se rapprochant de plus en plus en raison de la précision demandée toujours plus grande. D'autres essais ont donc conduit à la mise au point d'une

commande de papillon pour banc d'essai de carburateur présentant une caracté-

ristique de vitesse proportionnelle, selon laquelle la vitesse du moteur de commande était proportionnelle à l'amplitude de l'erreur rencontrée dans le processus. Ce dispositif est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique! n0 3 975 953 précité et il a longtemps été considéré comme résolvant les

problèmes principaux rencontrés dans l'industrie des carburateurs.

Cependant, depuis la mise au point du dispositif précité, il est apparu, dans les bancs d'essai de carburateurs expérimentaux o l'on détermine les valeurs réelles utilisées pour les essais de production des carburateurs, qu'il était souhaitable d'accroître la vitesse et la précision des essais dans -les cas o il est également demandé de faire porter ces essais sur la dépression du collecteur et sur le réglage de la pression d'admission du carburateur (appelée "pression des pipes d'admission"), en plus du réglage du papillon. A ce moment, ces réglages de dépression du collecteur et de pression des pipes d'admission étaient réalisés au moyen d'appareils classiques de pilotage de procédés, alors que le réglage du papillon était effectué normalement à la main par l'opérateur du banc d'essai. Il est apparu que la mise en oeuvre d'un calculateur permettait de se servir efficacement d'un pilotage de procédé utilisant des valeurs optimales de vitesse, de repositionnement et de proportion pour les trois paramètres, à savoir le réglage du papillon, la dépression du collecteur et la pression des pipes d'admission. -De plus, la spécialisation du calculateur à un banc permettait non seulement d'obtenir la précision souhaitée, analogue à celle d'un laboratoire, mais permettait également d'accroître la vitesse des essais. Ceci a conduit à la mise au point du procédé et de. l'appareil d'essai de production de carburateurs

décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 4 030 351 précité.

3. Pendant les années au cours desquelles ces perfectionnements ont été réalisés, il est apparu la nécessité de disposer de bancs d'essai de production encore plus rapides et plus précis, ce qui a conduit à de nouvelles recherches destinées à déterminer s'il était possible de diminuer le temps typique d'essai d'un carburateur pour le ramener à la valeur d'environ 9 minutes, couramment utilisée pour l'essai d'un carburateur de modèle particulier, tout en atteignant la précision obtenue avec les bancs d'essai expérimentaux mentionnés précédemment. On pouvait penser que la simple mise en oeuvre du procédé utilisé avec les bancs d'essai expérimentaux pouvait suffire à résoudre ce grave

problème. Cependant, une étude de la description du brevet n0 4 033 351 précité

fait apparaître qu'un calculateur est attribué à un seul banc d'essai. Lors de l'essai en production de carburateurs, un calculateur est normalement utilisé

pour commander simultanément jusqu'à seize bancs d'essai ou plus.

Lorsque l'on ferme une boucle d'essai avec un calculateur utilisé de cette manière, on réduit l'aptitude du calculateur à effectuer efficacement

d'autres travaux, ce qui ralentit l'ensemble du processus. C'est la raison pour.

laquelle il n'a pas été pratique d'appliquer aux chaînes de production les méthodes utilisées avec les bancs d'essai expérimentaux. De plus, si l'on considère la quantité des bancs d'essai du type utilisé en production, il s'avère trop coûteux de mettre en oeuvre un calculateur associé à chacun de ces bancs d'essai. Par conséquent, bien qu'il soit possible d'obtenir une précision égale à celle atteinte en laboratoire, le respect de cette précision aux cadences de

production fait apparaître des obstacles importants. Il est donc devenu néces-

saire de trouver un nouveau moyen permettant d'atteindre la précision sans

calculateur spécialisé.

Si l'on considère les contrôleurs classiques à trois modes, actuellement commercialisés, par exemple le contrôleur du type "52H-5E" produit par la firme The Foxboro Company, de Foxboro, Massachusetts, E.U.A., afin d'essayer de les utiliser pour obtenir la précision souhaitée mais sans avoir à recourir à un calculateur, il apparaît très rapidement que ces contrôleurs, du fait

de certaines de leurs caractéristiques de fonctionnement, ne conviennent pas.

Une caractéristique importante de ces contrôleurs est qu'ils ne comportent pas une zone morte définie. En d'autres termes, même dans le cas o le contrôleur du procédé agit sur le carburateur afin de placer le papillon dans la position souhaitée, on ne peut arrêter automatiquement et économiquement l'action du contrôleur en ce point, et on arrive donc à une situation d'instabilité continue

autour du point souhaité de réglage, empêchant l'arrivée à un processus stable.

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4.

En outre, il n'existe pas actuellement de contrôleur de proces-

sus agissant sur des dispositifs de commande des trois types demandés, à savoir le moteur pas à pas à courant continu, le moteur synchrone et le positionneur du type pneumatique ou hydraulique. Cette solution n'est évidemment pas possible, car l'utilisation des contrôleurs actuellement disponibles ne permet pas de traiter tous les cas rencontres. En outre, les contrôleurs normalisés actuellement disponibles ne peuvent commander des processus que sur une plage relativement étroite et ils ne disposent pas de la fonction proportionnelle, de la fonction de vitesse et de la fonction de repositionnement convenant aux processus à

commander lors de l'essai en production de carburateurs.

En abandonnant les anciens contrôleurs à trois modes utilisés précédemment et en développant le contrôleur perfectionné selon l'invention qui commande un processus tel qu'une fonction de la différence et du rythme de variation entre une valeur souhaitée et un état courant du processus, et qui présente une caractéristique de zone morte, on a mis au point un contrôleur

permettant d'obtenir en production les résultats atteints en laboratoire.

Pendant la période au cours de laquelle a été mis au point un contrôleur perfectionné à un seul état et quatre modes, des critères plus stricts ont été imposés pour déterminer ou réaliser un appareil pouvant tester ou contrôler des carburateurs comme en laboratoire, mais plus rapidement qu'il n'est possible avec le procédé de contrôle optimisé de vitesse, de repositionnement et de proportionnalité décrit précédemment. On a donc trouvé un moyen pour accélérer l'essai en laboratoire des carburateurs pour réduire également, par exemple, ce temps d'essai à la moitié de celui ayant pu être obtenu jusqu'à présent. Ce résultat n'a cependant pas pu être obtenu sans difficulté. Il a donc fallu revenir sur les systèmes utilisés et décrits dans les brevets n' 3 517 552, n' 3 524 344, n' 3 851 523, n' 3 896 670, n0 3 975 953 et

n' 4 030 351 précités.

Les systèmes décrits dans les premiers brevets indiqués ci-dessus comportaient soit une commande de papillon à une seule vitesse, pouvant fonctionner dans un sens ou dans l'autre, soit une commande de papillon à deux vitesses et à zone morte, nécessitant la mise en oeuvre d'un circuit conçu pour qu'elles ne soient pas entraînées à de trop grandes vitesses en raison d'un problème d'inertie posé par le moteur de commande. Il faut également une zone morte relativement large pour arrêter le moteur et limiter les risques de dépassement de cette zone par inertie de ce moteur, car dans le cas contraire,

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5. le système entre en régime instable qui, lorsqu'il affecte tout processus en

cours de contrôle, diminue notablement la possibilité d'essayer convena-

blement la pièce et augmente aussi notablement le temps mis pour passer d'un

point d'essai à un autre.

Le deuxième système considéré est le système dans lequel la vitesse de rotation du papillon du carburateur ou, par analogie, d'un dispositif de processus, est proportionnelle à la différence entre le réglage réel du processus et le réglage souhaité. Il est apparu impossible d'accélérer ce

système en raison du même problème de dépassement que celui indiqué ci-

dessus et en raison également du fait que, étant donné que ce système date maintenant de plusieurs années, tous les circuits conçus pour lui utilisent les commandes de moteur de type normal ne pouvant être changées. On a également découvert qu'en utilisant une commande à moteur à grande vitesse, le problème de dépassement se pose de nouveau et aboutit à un régime instable. L'idée d'accélérer le système du type à commande proportionnelle a

donc été abandonnée.

On a considéré ensuite le système décrit dans le brevet n0 4 030 351 précité, qui consiste à optimiser la vitesse, le repositionnement

et la proportion en passant d'un point d'essai à un autre.

On pouvait penser théoriquement que ceci conduirait à une solution s'il était possible d'optimiser les valeurs en combinaison avec la saturation du circuit décrit précédemment. Cependant, un problème imprévu s'est posé, car au moment o le circuit a été conçu pour le système optimisant la vitesse, le repositionnement et la proportion, cette conception tenait compte principalement d'une utilisation à une altitude constante, proche du niveau de la mer, à laquelle se, trouvent les différents points d'essais, et à

laquelle également l'optimisation des valeurs est relativement aisée.

Cependant, conformément à la réglementation actuelle qui exige d'essayer régulièrement le carburateur à diverses altitudes, l'application de cette technique à l'essai d'un carburateur a montré que le fonctionnement du banc et l'optimisation des valeurs devenaient difficiles au point de devenir

coûteux, même avec l'aide d'un calculateur pour faire fonctionner le système.

De plus, il convient de rappeler que le contrôleur de processus selon l'invention est destiné au contrôle de nombreux processus différents, à de nombreuses valeurs souhaitées différentes, et on a découvert, que le contrôle porte sur un papillon de carburateur ou sur un clapet pouvant être utilisé dans un système soumis à la dépression du collecteur ou à la pression des pipes d'admission, qu'il est à présent nécessaire d'optimiser les valeurs pour de 2467298 f 6. nombreuses valeurs souhaitées différentes, ce qui, tout en étant possible, n'est plus économique. L'idée de parvenir à un essai plus rapide en mettant en oeuvre un appareil fonctionnant sur le principe d'une optimisation des valeurs de

vitesse, de repositionnement et de proportion a donc été abandonnée.

Tous ces moyens existants ayant été essayés pour résoudre le problème posé par le passage plus rapide d'un point d'essai ou de mesure à un

autre et s'étant révélés inadaptés, une révision sérieuse des principes fonda-

mentaux visant à éliminer un dépassement du processus a été effectuée et on a décidé d'essayer une nouvelle démarche consistant tout d'abord à provoquer volontairement un dépassement du dispositif de mise en oeuvre ou de commande du processus, et du processus lui-même afin d'amener ce dernier très rapidement dans la position approximative de la valeur correcte, ensuite à inverser le sens du contrôleur à une vitesse élevée prédéterminée pour faire de nouveau approcher le 'processus du nouveau point de réglage et enfin à commander le processus comme décrit précédemment jusqu'à ce qu'il se trouve

dans une zone morte prédéterminée.

L'effet de cette démarche peut être vu sur la figure 33 des dessins annexés et décrits ci-après, cette figure étant un graphique montrant, en fonction du temps, le signal de corrélation du processus et la position du dispositif de commande du processus. En examinant la courbe du signal de corrélation de processus par rapport au dispositif de commande du processus et

en considérant ce pour quoi on a. choisi de parler de trois états de fonction-

nement, on peut voir que si l'on fournit une nouvelle valeur souhaitée, on provoque une saturation du circuit, comme décrit ci-après, et le dispositif de commande de processus commence à se déplacer rapidement, suivi de près par le signal de corrélation de processus. Il convient de noter que le dispositif de commande de processus continue d'être déplacé jusqu'à ce que le signal de corrélation de processus change de polarité, ce qui signifie que le processus a atteint pour la première fois la valeur souhaitée et qu'il est donc dans le premier état. Le circuit passe ensuite dans le deuxième état dans lequel le sens du mouvement du dispositif de commande de processus s'inverse. Le dispositif de commande du processus est déplacé rapidement en sens inverse alors que le rythme de variation du signal d'erreur entre la valeur souhaitée et les signaux de corrélation du processus apparaît à présent, en plus du signal d'erreur lui-même. Il convient de noter que la vitesse de ce mouvement rapide est choisie en tenant compte du temps de réponse du processus et, par conséquent, du signal de corrélation du processus. Sur la figure 33, l'ancien point de réglage est indiqué en APR, le nouveau point de réglage est indiqué en NPR et la vitesse du moteur en V.M; la position du dispositif de commande du

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7. processus est indiquée en PDP, celle du signal de corrélation de processus en SCP, celle du signal d'erreur en SE, et celle du signal de variation de rythme

en SVR; les trois états sont indiqués en El, E2 et E3.

Lorsque la sommation du signal d'erreur et du signal de variation de rythme change de polarité, le circuit passe dans son troisième état qui est un retour au mode de fonctionnement décrit précédemment en regard du contrôleur à un seul état et quatre modes. L'effet de ce nouveau procédé de fonctionnement sur le temps d'essai peut être vu sur la figure 34 qui compare le temps de travail d'un circuit strictement proportionnel CP, le temps de travail du contrôleur à un seul état et quatre modes CE1 décrit ci-dessus, et le temps de travail du contrôleur à trois états et quatre modes CE3 pour atteindre un certain point de réglage. Les économies de temps apportées par l'utilisation du contrôleur à trois états et quatre modes sont très significatives compte tenu de l'investissement devant être réalisé de nos jours dans les appareils d'essai et des demandes toujours croissantes pour des essais de type laboratoire, de plus en plus fréquents, afin de satisfaire les réglementations actuelles. Sur la figure 34, le point F indique l'arrivée, en pratique, à la fin des

trois états.

Avant de passer au fonctionnement détaillé du contrôleur de processus à trois états et quatre modes, les états et les modes seront brièvement définis. Le premier état consiste en un mouvement rapide, prédéterminé et à vitesse constante du dispositif de commande de processus qui se poursuit jusqu'à ce que l'erreur entre le signal de réaction et la valeur souhaitée change de polarité. Le deuxième état consiste en un mouvement rapide, prédéterminé et à vitesse constante du dispositif de commande de processus, en sens inverse, qui se poursuit jusqu'à ce que la sommation de l'erreur entre le signal de réaction et le signal de valeur souhaité et le rythme de variation de ladite erreur change de polarité. Le troisième état comprend le f onctionnement à quatre modes, les quatre modes étant, comme décrit

précédemment, la proportion, le rythme, la vitesse minimale et la zone morte.

L'invention concerne donc un contrôleur perfectionné de proces-

sus permettant d'obtenir la précision de laboratoire aux cadences de produc-

tion. Le contrôleur selon l'invention présente une possibilité de zone morte définie et il peut commander des opérateurs du type à moteur pas à pas à courant continu, des opérateurs à servo-moteur à courant continu, des opérateurs du type à moteur synchrone et des positionneurs pneumatiques ou

hydrauliques. Le contrôleur de processus selon l'invention présente des possibi-

lités très étendues. L'invention concerne donc un contrôleur perfectionné de processus à un seul état et quatre modes pouvant procéder à des actions de

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8. rythme, de repositionnement et de proportionnalité permettant d'atteindre rapidement et avec précision une valeur située dans une plage de zone morte de la valeur souhaitée, le contrôleur se bloquant de luimême de manière à éviter tout passage en régime instable lorsque cette valeur souhaitée est atteinte. Le contrôleur de processus à quatre modes du type décrit ci-dessus permet une commande manuelle ou automatique et il peut aisément régler des processus entre un grand nombre d'états différents permettant d'établir différentes conditions de processus et il peut être dirigé à cet effet au moyen d'un dispositif d'automatisation. Le contrôleur selon l'invention permet de régler la dépression du collecteur d'un carburateur au cours d'un cycle d'essai de carburateur, et il peut atteindre la précision obtenue en laboratoire tout en

réglant la pression régnant à l'intérieur des pipes d'admission d'un carburateur.

Le contrôleur selon l'invention permet également de régler rapidement et de manière précise la pression d'un liquide à l'intérieur d'un conduit. Il convient également au réglage du débit d'écoulement d'air dans un carburateur. Il est

sûr et d'une fabrication relativement peu coûteuse.

L'invention concerne également un dispositif de commande à commutation bidirectionnelle, pouvant commander le fonctionnement de tout dispositif bidirectionnel, par exemple un moteur synchrone. L'invention concerne également un contrôleur de processus perfectionné à trois états et quatre modes destiné à être utilisé en laboratoire et conçu pour effectuer des essais de carburateur en laboratoire à des vitesses très supérieures à celles qu'il était possible d'atteindre jusqu'à présent. L'invention concerne en outre une installation d'essai de carburateur du type pour laboratoire, dans laquelle les mouvements d'un premier point d'essai à un autre point d'essai s'effectuent très rapidement par la mise en oeuvre d'une commande de rythme, de

repositionnement, de proportionnalité et de zone morte.

L'invention concerne donc un banc d'essai de carburateur pour laboratoire, du type décrit ci-dessus, dans lequel le dispositif de commande du processus concerné est déplacé rapidement jusqu'à ce que le signal d'erreur, représentant lerreur de l'état actuel du processus, change de polarité. A ce moment, le sens du mouvement du dispositif est inversé et le dispositif est

déplacé rapidement jusqu'à ce que la sommation du signal d'erreur, représen-

tant lerreur de l'état actuel du processus et du rythme de variation dudit signal d'erreur change de polarité. A partir de cet instant, le dispositif fonctionne de la manière normale en utilisant la combinaison des types d'action de rythme ou vitesse, de repositionnement et de proportionnalité jusqu'à ce que le signal soit amené dans la zone morte. A ce moment, le

mouvement du dispositif de commande de processus est arrêté.

9. L'invention sera décrite. plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels - la figure 1 est un schéma général montrant un procédé à boucle fermée qui met en oeuvre le contrôleur de production selon l'invention; - la figure 2 est un schéma analogue, en partie, à celui de la figure 1, mais montrant un procédé à boucle fermée devant être réglé de manière répétée dans de nombreux états et comportant, à cet effet, un dispositif d'automatisation associé au contrôleur selon l'invention; - la figure 3 est un schéma d'un procédé à boucle fermée mettant en òuvre le contrôleur de production selon l'invention conçu pour être commandé manuellement; - la figure 4a est une vue schématique montrant un procédé de réglage de la dépression d'un collecteur, pouvant être commandé au moyen du contrôleur selon l'invention - la figure 4b est une vue schématique montrant un procédé de réglage de la pression des tubes d'admission d'un carburateur, pouvant être commandé au moyen du contrôleur selon l'invention; - la figure 4c est une vue schématique montrant un procédé de réglage de la pression du carburant, pouvant être commandé au moyen du contrôleur selon l'invention; - la figure 4d est une vue schématique montrant un système de mesure de débit d'écoulement d'air, pouvant utiliser le contrôleur de production selon l'invention pour le réglage du débit d'écoulement d'air; - la figure 4e est une vue schématique montrant un système de mesure-de débit d'écoulement d'air, analogue à celui de la figure 4, mais utilisant des dispositifs sonores de mesure de débit et le contrôleur selon l'invention; - la figure 4f est une vue schématique, analogue à celle de la figure 4e, mais sur laquelle le système de mesure de débit d'écoulement d'air fonctionne dans un milieu contrôlé dans lequel il est possible de mettre en oeuvre un transducteur de pression différentielle pour produire le signal de réaction, à la place du transducteur de pression absolue; - la figure 5 est un schéma général d'une première forme de réalisation du circuit d'entrée différentielle, faisant partie du contrôleur de production selon l'invention; - la figure 6 est un schéma général d'une première forme de réalisation d'un circuit de correction faisant partie du contrôleur de production selon l'invention; 10.. - la figure 7 est un schéma d'une autre forme de réalisation d'un circuit de correction pouvant être utilisé dans le contrôleur selon l'invention; - la figure 8 est un schéma d'une autre forme de réalisation d'un circuit de correction pouvant Etre utilisé dans le contrôleur selon l'invention; - la figure 9 est un schéma d'un circuit de vérification de la plage de validité, faisant partie du contrôleur selon l'invention; - la figure 10 est un schéma d'un.circuit d'amplification de vitesse et d'erreur, faisant partie du contrôleur selon l'invention; - la figure 11 est un schéma d'une forme de réalisation d'un circuit de démultiplication et de protection d'un instrument de mesure faisant partie du contrôleur selon l'invention; - la figure 12 est un schéma d'un circuit intermédiaire de démultiplication pouvant être incorporé dans le contrôleur selon l'invention; - la figure 13 est un schéma d'un amplificateur additionneur faisant partie du contrôleur selon l'invention; - la figure 14.est un schéma d'une forme de réalisation d'un circuit intégrateur faisant partie du contrôleur selon l'invention; - la figure 15 est un schéma d'un intégrateur additionneur pouvant être utilisé dans le contrôleur de l'invention; - la figure 16 est un schéma d'un circuit de valeur absolue pouvant être utilisé dans le contrôleur selon l'invention; - la figure 17 est un schéma d'un circuit de commande commuté à deux directions, pouvant faire- partie du contrôleur selon l'invention lorsqu'un moteur synchrone réversible ou tout autre appareil réversible doit être mis en oeuvre pour la commande d'un procédé au moyen du contrôleur selon l'invention; - la figure 18 est un schéma d'un moteur synchrone réversible qui peut constituer l'opérateur commandé par le contrôleur de production selon l'invention; f - la figure 19 est un schéma d'un moteur réversible à courant continu, dont le sens de rotation est déterminé par deux contacts de relais connectés à des bornes de polarités opposées; - la figure 20 est un schéma montrant le montage de deux bobines; et - la figure 21 est un. schéma montrant comment les bobines de la figure 20 peuvent être montées pour commander un vérin pneumatique ou hydraulique' - la figure 22 est une vue analogue à celle de la figure 1, à savoir un schéma général, montrant un procédé à boucle fermée mais qui, dans ce 11. cas, met en oeuvre le contrôleur de processusà trois états et quatre modes selon l'invention; - la figure 23 est un schéma, en partie analogue à celui de la figure 22, mais montrant un procédé à boucle fermée devant être réglé de manière répétée dans de nombreux états et comportant, à cet effet, un dispositif d'automatisation associé au contrôleur de processus à trois états et quatre modes; -la figure 24 est un schéma d'un procédé à boucle fermée mettant en òuvre le contrôleur de processus à trois états et quatre modes selon l'invention et adapté à une commande manuelle; - la figure 25 est une vue analogue à celle de la figure 22, mais montrant un dispositif d'accélération du processus, d'un type décrit ci-après et permettant à l'ensemble du processus de passer d'une position à une autre à un taux de vitesse plus élevé; - la figure 26 est une vue, analogue en partie à celle de la

figure 4b, montrant un dispositif de réglage de la pression des tubes d'admis-

sion d'un carburateur, ce dispositif étant du type pouvant mettre en oeuvre un contrôleur à trois états et quatre modes selon l'invention et utilisant un dispositif d'accélération du processus; - la figure 27 est une vue schématique générale d'un système d'essai pouvant être réalisé au moyen de contrôleurs selon l'invention, cette vue montrant également des sous-ensembles du système comprenant un dispositif de réglage et de mesure du débit d'écoulement d'air et un dispositif de réglage et de mesure de la pression des pipes d'admission, le système et les dispositifs de réglage et de mesure de la pression des pipes d'admission, de la dépression du collecteur et du débit d'écoulement d'air utilisant un contrôleur à trois états et quatre modes selon l'invention, décrit plus en détail ci-après; la figure 28 est une vue analogue à celle de la figure 27, mais comportant un dispositif d'accélération du processus monté dans le système de réglage et de mesure de la pression des pipes d'admission; - la figure 29 est une vue analogue à celle de la figure 27, mais montrant un système à calculateur pour l'essai automatique, en plusieurs points, d'un carburateur en laboratoire; - la figure 30 est une vue, en grande partie analogue à celle de la figure 29, mais montrant l'utilisation du dispositif d'accélération du processus pour permettre un essai en laboratoire plus rapide, en de nombreux points, du carburateur; - la figure 31 est une vue analogue à celle de la figure 30, mais montrant un dispositif de mesure de débit d'écoulement d'air, un calculateur

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12. étant utilisé, à la place du sous-ensemble approprié, pour commander le papillon du carburateur; - la figure 32 est une vue analogue à celle de la figure 5, mais montrant un circuit d'entrée différentielle à trois états, comprenant un circuit d'amplification d'erreur et de rythme à trois états tel que celui utilisé dans le contrôleur de processus à trois états et quatre modes; - la figure 33 est un graphique montrant les trois états différents utilisés par le contrôleur de processus à trois états et quatre modes selon l'invention, ainsi que les valeurs du signal de corrélation de processus et la position du dispositif de commande de processus en fonction du temps; - la figure 34 est un graphique montrant le signal de corrélation de processus en fonction du temps, ce graphique montrant notamment le temps relatif mis par divers contrôleurs de processus pour passer d'un ancien point de réglage à un nouveau point de réglage, cette figure montrant les temps mis par des systèmes utilisant le contrôleur à trois états et quatre modes selon l'invention, un contrôleur à un seul état et quatre modes et une commande du type à rythme plus proportion; et - la figure 35 est une vue analogue à celle de la figure 10, mais montrant le circuit d'amplification de rythme et d'erreur à trois états utilisé

dans le contrôleur à trois états et quatre modes selon l'invention.

La figure 1 montre une utilisation typique du contrôleur perfec-

tionné 40 de processus ou de production selon l'invention. Ce contrôleur reçoit un signal de référence de tension, indiquant une valeur souhaitée, d'un dispositif 41 de réglage qui agit sur le contrôleur de manière qu'il transmette un signal à un dispositif 43 de commande qui, lui-même, transmet un signal

d'entrée, par une connexion 48, à un processus indiqué globalement en 44.

Etant donné que le contrôleur selon l'invention s'applique à un système à boucle fermée, le processus 44 produit alors un signal 49 de corrélation indiquant Pétat en cours ou actuel du processus. Dans le cas o le signal de corrélation est un signal de tension utilisable par le contrôleur 40 de processus, il peut être transmis directement à ce dernier. Cependant, si le signal de corrélation n'est pas directement compatible, il est nécessaire de mettre en oeuvre un dispositif 42 produisant un signal de réaction destiné à transformer le signal de corrélation pour le rendre utilisable par le contrôleur. Par exemple, si le signal 49 de corrélation du processus est de forme pneumatique, le

dispositif produisant le signal de réaction peut prendre la forme d'un transduc-

teur de pression.

13. Etant donné que les éléments de transformation de ces signaux sont bien connus de l'homme de l'art et que les types de transformations nécessaires sont nombreux, il semble inutile de décrire la totalité des diverses possibilités offertes. Il suffit d'indiquer que l'homme de l'art est apte à mettre en òuvre un dispositif convenable 42 pour produire le signal de réaction.

24672981;

14. Il convient de noter que le processus 44 soumis au contrôle consiste généralement en la mise en oeuvre d'un dispositif 47 de mesure de processus destiné à mesurer l'état actuel du processus, un dispositif 46 de commande de mise en oeuvre du processus destiné à modifier l'état actuel du processus, et un opérateur 45 qui est utilisé pour intervenir sur le dispositif de

commande du processus.

Alors que la figure 1 montre sous une forme schématique et généralisée un système à boucle fermée mettant en oeuvre le contrôleur 40 de processus, la figure 2 montre une forme de réalisation de l'invention utilisée lorsqu'il est souhaité de procéder automatiquement à divers réglages désirés, par exemple pour l'essai portant sur de nombreux points d'un dispositif tel qu'un carburateur ou autre, qu'il est possible de tester en un grand nombre de points, par exemple jusqu'à trente points. Dans ce cas, certaines modifications doivent être apportées à la forme générale, car chaque point d'essai exige

l'établissement d'une nouvelle valeur souhaitée par le dispositif 41 deréglage.

Bien que ces valeurs puissent être établies manuellement comme décrit ci-

après en regard de la figure 3, il est beaucoup plus aisé de mettre en oeuvre un dispositif 54 d'automatisation qui établit automatiquement la valeur souhaitée pour le point suivant à la fin du test portant sur le point soumis à l'essai en cours. Il est également possible, comme montré en traits pointillés sur la figure 2, de lier la sortie du dispositif 42 produisant le signal de réaction ou de

transmettre le signal 49 de corrélation du processus au dispositif 54 d'automa-

tisation. Ceci peut être souhaité pour confirmer que l'état particulier auquel le processus est arrivé est effectivement l'état souhaité, avant que le dispositif

54 d'automatisation effectue toute autre action.

Comme montré sur la figure 3, le contrôleur selon l'invention - permet la mise en oeuvre d'un système manuel lorsque les critères particuliers de conception de ce système le permettent ou lorsque des critères d'économie l'imposent. Dans ce cas, le dispositif 41 de réglage peut être constitué, en fait,

par un potentiomètre 55.

Il est évident qu'il peut être nécessaire de transformer ou de conditionner le signal provenant du dispositif produisant le signal de réaction et le signal réel provenant du dispositif 41 de réglage, qui est manoeuvré manuellement ou par lé dispositif 54 d'automatisation, avant que ces signaux puissent être utilisés par le contrôleur 40. De même que précédemment, le nombre d'éléments de transformation et de conditionnement de signaux qu'il est possible d'utiliser est important et ces éléments sont bien connus de

l'homme de l'art. Il est donc inutile de les décrire en détail.

15.

Les figures 4a à 4f montrent six exemples différents de proces-

sus pouvant utiliser le contrôleur perfectionné selon l'invention. Comme représenté tout d'abord sur la figure 4a, le processus 44 de cet exemple comprend le réglage précis de la dépression du collecteur appliquée à un carburateur 56, et la possibilité d'établir rapidement différentes conditions d'essai. Dans ce cas, le carburateur 56 est monté sur une colonne 57 de toute manière convenable, à l'intérieur d'une hotte 59. Pour régler la dépression du collecteur appliquée au carburateur, il est évidemment d'abord nécessaire de connaître la dépression réelle du collecteur à tout instant donné. A cet effet, un transducteur 47A de pression différentielle constitue l'instrument de mesure du processus et il peut produire, comme signal de sortie, un signal 49 de corrélation du processus. Un tel transducteur de pression différentielle, qui peut être du type "1151 DP", produit par la firme Rosemount Engineering Co, Minneapolis, Minnesota, E.U.A., comprend une entrée 60 à pression élevée, branchée de manière à détecter la pression régnant au-dessus du carburateur sous la hotte ou cloche 59, et une entrée 58 à basse pression, débouchant dans une gorge de la colonne 57 du carburateur afin de détecter la pression régnant au-dessous de ce carburateur. L'application de méthodes bien connues en pratique permet à ce transducteur de pression différentielle de produire un signal 49 de corrélation du processus qui correspond en continu à la chute de pression se produisant dans le carburateur, en tout point donné, et qui est

communément connue sous le nom de "dépression du collecteur".

Comme montré sur les figures 1, 2 et 3, ce signal de corrélation de processus est appliqué à un dispositif 42 produisant un signal de réaction, si cela est nécessaire, puis au contrôleur 40 de processus. Le contrôleur compare alors le signal de corrélation du processus à une valeur souhaitée et, si cela est nécessaire, il transmet un signal de correction au dispositif 43 de commande qui le transforme d'une manière décrite ci-après en un signal 48 d'entrée de processus pouvant actionner l'opérateur 45. La boucle est ainsi fermée et cette opération se poursuit jusqu'à ce que l'opérateur 45 amène le dispositif 46 mettant en oeuvre le processus dans une position telle que le processus varie, ce qui est détecté par le dispositif 47 de mesure qui stabilise alors le signal de corrélation du processus et le fait correspondre au réglage souhaité 41. A ce moment, le processus est stabilisé à la valeur souhaitée. Une fois que le processus est stabilisé à la valeur souhaitée, le contrôleur reste en action en

répétant continuellement les opérations de comparaison et de correction.

Lorsqu'un changement apparaît dans le processus, pour toute raison ou à la suite de l'établissement d'une nouvelle valeur souhaitée,une autre correction

2467298.

16e

est effectuée jusqu'à ce que le processus soit de nouveau à la valeur souhaitée.

On peut voir que ce mode de fonctionnement est suivi aussi bien par le système général montré sur la figure 1 que par la forme automatisée montrée sur la figure 2 ou par la forme manuelle montrée sur la figure 3. Comme montré sur la figure 4a, l'opérateur 45 se présente sous la forme d'un organe 45A de commande d'une valve. Cet organe ferme la boucle et ce mode de fonctionnement se maintient jusqu'à ce que l'organe 45A de commande agisse sur le dispositif 46 de commande ou de mise en èuvre du processus, qui est dans ce cas une valve 46A, afin de le faire passer dans une position telle que des variations du processus entraînent une variation du transducteur 47A de pression différentielle et amènent ainsi le signal de corrélation de processus à un état stable correspondant au signal de valeur souhaitée. A ce moment, le processus est stabilisé à la valeur souhaitée. Une fois que le processus est stable et qu'il se trouve à la valeur souhaitée dans la plage de la zone morte, le contrôleur de processus reste actif en répétant en continu les opérations dé comparaison et de correction. Lorsqu'une variation de processus apparaît pour n'importe quelle raison ou lorsqu'une nouvelle valeur souhaitée est établie, une autre correction est réalisée jusqu'à ce que le processus soit de nouveau stabilisé à la valeur souhaitée dans la zone morte choisie. On peut voir que ce mode de fonctionnement est suivi aussi bien par le système général montré sur la figure 1 que par la version automatisée montrée

sur la figure 2 ou par la version manuelle montrée sur la figure 3.

ú 7. La figure 4b montre-un autre exemple de processus pouvant

être commandé par le contrôleur perfectionné selon l'invention. Dans ce proces-

sus, il est souhaité de régler avec précision la pression régnant à l'intérieur de la cloche 59. Pour effectuer ce réglage de pression, on doit mesurer la pression régnant dans la cloche, et cette opération est effectuée au moyen d'un transducteur 47b de pression absolue, pouvant être du type "1332" produit par la firme Rosemount Engineering Co, Minneapolis, Minnesota, E.U.A. D'une manière bien connue de l'homme de l'art, le transducteur de pression absolue produit un signal 49 de corrélation du processus qui, comme décrit ci-dessus, est transmis à un dispositif 42 produisant un signal de réaction, si cela est nécessaire, puis au

contrôleur 40.

Comme décrit précédemment, le signal 49 de corrélation du processus est comparé comme montré sur les figures 1 à 3 à un signal provenant du dispositif 41 de réglage souhaité, et si une différence existe entre l'état réel du processus et l'état souhaité de ce même processus, le contrôleur transmet

alors au dispositif 43 de commande le signal nécessaire pour actionner l'opé-

rateur 45 qui, dans ce cas, est un organe 45B de commande d'une vanne actionnant le dispositif qui met en oeuvre le processus et qui se présente sous la forme d'une vanne 46B. De même que précédemment, le nouveau signal 49 de corrélation du processus est transmis au contrôleur, comparé au signal de réglage souhaité provenant du dispositif 41 et, si cela est nécessaire, des signaux sont

t X 18.

transmis au dispositif 43 de commande qui produit un nouveau signal 48 d'entrée de processus, ce Xprocédé se répétant en continu jusqu'à ce que la valeur

souhaitée soit -atteinte.

La figure 4c montre un processus 44 destiné à régler la pression du carburant arrivant à un carburateur ou à tout autre dispositif analogue. Dans ce cas, et de même que décrit précédemment, le carburateur 56 est monté sur une colonne 57, à l'intérieur d'une cloche 59, de nianière que le carburant, provenant de la source d'alimentation (non représentée), passe par un premier conduit 64 dans un dispositif 46 mettant en oeuvre le processus et se présentant sous la forme d'une vanne 46C, et soit dirigé par un second conduit 65 -vers le carburateur 56. Un signal 48 d'entrée du processus est transmis à l'élément 45C de commande de la vanne 46C qui actionne cette dernière afin de réaliser la fonction réelle de réglage de la pression régnant dans le second conduit 65. Il est évident que des carburateurs sont également essayés en l'absence de cloches, et que la pression du carburant arrivant à ces carburateurs peut être réglée- par la mise en oeuvre du contrôleur perfectionné selon l'invention dans un tel système

dépourvu de cloche ou hotte.

Pour obtenir une mesure de la pression régnant dans le conduit , l'instrument de mesure du processus est un transducteur 47C de pression différentielle. Des branchements avec l'entrée 60 à haute -pression et l'entrée 58 à basse pression permettent à ce transducteur 47C de déterminer la pression régnant dans le système à tout instant donné et de transmettre au contrôleur 40 de processus, par l'intermédiaire d'un dispositif 42 produisant un signal de réaction, si cela est nécessaire, un signal 49 de corrélation du processus. De même que précédemment, des opérations de comparaison et de correction sont effectuées comme décrit ci-dessus jusqu'à ce que le processus atteigne la valeur souhaitée qui est située dans la zone morte du contrôleur de processus. La comparaison se poursuit pendant que le processus est situé dans la zone morte et jusqu'à ce qu'il sorte de cette zone, soit en raison d'un changement du processus, soit en raison d'un changement de la valeur souhaitée. A ce moment, l'opération de correction reprend jusqu'à ce que le processus soit de nouveau à la valeur souhaitée. Lors d'un essai de carburateur, il est également nécessaire de mesurer le débit d'écoulement d'air vers ce carburateur, ce débit étant dans ce

cas réglé par le carburateur lui-même. Ainsi, le carburateur décrit précé-

demment sous la référence 56 devient le dispositif mettant en oeuvre le processus et il peut alors recevoir la référence numérique 46D. Pour mesurer le débit d'écoulement d'air passant dans le carburateur, on utilise une cloche 59 dont un

2467298 '

orifice 62 de sortie est relié à une source de vide et dont un orifice 63 d'entrée est relié à un instrument 47D de mesure de débit. d'écoulement d'air, pouvant comprendre des buses subsoniques ou des tubes à écoulement laminaire. La quantité d'air s'écoulant à travers le carburateur 46D est alors réglée par 5. positionnement du papillon qui est commandé par l'opérateur 45D. Cet opérateur

D est lui-même actionné par le signal 48 d'entrée du processus.

Pour obtenir un débit d'écoulement d'air souhaité dans le

carburateur, il est nécessaire de connaître à tout instant le débit réel d'écou-

lement d'air dans le système. Dans ce cas, l'instrument de mesure du débit d'écoulement d'air produit un signal 49 de corrélation de pression se présentant sous la forme d'un signal de pression différentielle qui est transmis au dispositif 42 produisant le signal de réaction, ce dispositif 42 pouvant prendre, dans ce cas, la forme d'un transducteur 42D de pression différentielle. Ce transducteur transmet au contrôleur du processus un signai correspondant au débit actuel d'écoulement d'air dans le carburateur 46D. D'une manière analogue à celle décrite précédemment, des opérations de comparaison et de correction sont effectuées jusqu'à ce que la valeur souhaitée, située entre les limites de la zone

morte, soit atteinte.

Lorsqu'il est souhaité de mettre en oeuvre un système de mesure de débit d'écoulement d'air sonique utilisant des débitmètres à venturi à point critique ou des débitmètres à venturi à point critique et à section variable, le contrôleur de processus selon l'invention peut commander des systèmes analogues à ceux montrés sur les figures 4e et 4f. Dans le système de la figure 4e, le carburateur constitue en fait le dispositif mettant en oeuvre le processus, comme c'est le cas dans le système montré sur la figure 4d, et ce carburateur porte donc la référence numérique 46E au lieu de 56. La rotation du papillon du carburateur sous l'action de l'opérateur 45E permet de régler la quantité d'air traversant le carburateur. Etant donné qu'on effectue une mesure de débit d'écoulement d'air sonique dans laquelle le débit de l'air est fondamentalement proportionnel à

la pression absolue, la cloche 59 recouvrant le carburateur et décrite précé-

demment n'est pas nécessaire, bien qu'elle puisse être utilisée. Le carburateur 46E est monté sur la colonne 57 comme décrit précédemment. Le signal 48 d'entrée du processus actionne l'opérateur du papillon alors que le signal de pression, provenant du système 47E de mesure du débit d'air, constitue le signal de corrélation du processus. Ce signal 49 est transmis par le conduit 61 au transducteur 42E de pression absolue. Il est transformé en un signal compatible avec le contrôleur de processus par le dispositif 42 qui produit le signal de 20. réaction et qui se présente sous la forme. du transducteur 42E de pression absolue. De même que précédemment et comme décrit ci-dessus, ce signal est comparé à un signal de valeur souhaitée provenant d'un dispositif établissant la valeur souhaitée et, si cela est nécessaire, le contrôleur transmet un signal au dispositif 43 de commande qui, lui-même, transmet un signal 48 d'entrée du processus à l'opérateur 44E. Les opérations de comparaison et de correction se poursuivent jusqu'à ce que le signal de corrélation du processus corresponde au signal du réglage souhaité, ce qui établit le débit d'écoulement d'air dans le carburateur 46E à la valeur souhaitée et située dans les limites de la zone morte

du contrôleur de processus.

La figure 4f représente un autre système 44 permettant de régler le débit d'écoulement d'air dans le carburateur au moyen de dispositifs à écoulement sonique. Dans ce cas, l'opérateur 45F du papillon, le carburateur 46F et la colonne 57 du carb -rateur peuvent être identiques à ceux représentés en 45E, 46E et 57 sur la figure 4e. Cependant, pour disposer d'un transducteur à plus

faible course, il est possible -d'utiliser le transducteur 42F de pression diffé-

rentielle à la place du transducteur 42E de pression absolue pour constituer le dispositif produisant le signal de réaction. Dans ce cas, la mesure du débit d'écoulement d'air s'effectue sous la forme d'une fonction de la dépression du collecteur, car lorsque le processus 44 est exécuté dans une pièce à atmosphère contrôlée, la dépression du collecteur dépend de la pression absolue et, par conséquent, le débit d'écoulement d'air est une fonction de la dépression du collecteur. Ainsi, le signal de corrélation du processus est le signal 49 de pression différentielle et il est transmis au transducteur 42F de pression différentielle. Le signal provenant du dispositif produisant le signal de réaction, dans ce cas le transducteur 42F de pression différentielle, est utilisé comme décrit c -dessus pour provoquer toutes les variations nécessaires du signal 48 d'en-.rée du processus jusqu'à ce que ce signal 48 corresponde au signal 49 de corrélation du processus et que ce dernier atteigne la valeur souhaitée et située dans les limites

de la zone morte du contrôleur du processus.-

La description précédente a porté sensiblement sur des exem-

ples de type général, montrant les divers processus à boucle fermée mettant en oeuvre le contrôleur selon l'invention, ainsi que les types de processus pouvant être commandés par ce contrôleur. Elle n'a pas porté sur le fonctionnement

- 35 détaillé du contrôleur ni sur les caractéristiques constituant son perfection-

nement par rapport aux contrôleurs connus.

- Pour mieux comprendre le perfectionnement et le fonction-

nement du contrôleur selon l'invention, il convient de noter que le contrôleur 40

2467298;

21. de processus montré sur les figures 1, 2 et 3 comprend deux parties, à savoir un circuit 67 d'entrée différentielle et un circuit 68 de correction. En général, le circuit d'entrée différentielle compare le signal de réaction du processus au signal de valeur souhaitée provenant du dispositif réglant la valeur souhaitée. Ce circuit détermine la différence d'erreur réelle entre les deux signaux (statiques), ainsi que le taux ou rythme de variation (dyi.amique) entre les deux signaux, et il les additionne algébriquement, puis produit un signal de sortie utilisé par le circuit 68 de correction pour actionner le dispositif 43 de commande si cela est nécessaire. Dans le cas o la valeur souhaitée est comprise entre les points de réglage 72 et 73, le circuit 70 d'amplification de rythme et d'erreur agit normalement, ce qui a pour effet de transmettre le signal approprié de correction au circuit 68 de correction. Cependant, dans le cas o la valeur souhaitée est extérieure aux points de réglage de la plage de validité, le circuit d'amplification de rythme et d'erreur se s-.Lure et prend un état de saturation complète positive ou négative suivant que la valeur souhaitée est extérieure au point 72 de réglage correspondant à la limite supérieure ou au point 73 de réglage correspondant à la limite inférieure. Ceci a pour effet d'amener rapidement le dispositif 46 mettant en oeuvre le processus dans une position extrême ou dans l'autre, par exemple dans une position d'ouverture complète ou de fermeture complète, et d'y rester jusqu'à ce que d'autres signaux arrivent du circuit. Il convient de noter que le processus est en général de nature dynamique et que le contrôleur tend à établir un état statique et stable. Si le signal de correction provenant de l'amplificateur 70 de rythme et d'erreur se trouve dans les limites de la zone morte, le contrôleur 40 du processus produit un

signal statique de sortie et le contrôle reste maintenu jusqu'à ce qu'un boulever-

sement ou un changement apparaissant dans le processus fasse sortir ce dernier des limites de la zone morte. Le processus est considéré comme étant situé dans les limites de la zone morte lorsque ledit signal de correction est essentiellement à la valeur zéro, ce qui peut être le cas lorsque le rythme de variation a une valeur égale à celle du signal d'erreur, mais de polarité opposée, ou lorsque le

rythme de variation est à la valeur zéro.

Comme montré sur la figure 5, les signaux de réaction et de valeur souhaitée sont transmis au circuit 70 d'amplification-de rythme et d'erreur

et au circuit 71 de démultiplication et de protection des instruments de mesure.

De plus, le signal de valeur souhaitée, indiqué en SVS sur la figure 5, est transmis au circuit 69 de vérification de la plage de validité. Le but du circuit

d'amplification de rythme et d'erreur est d'additionner algébriquement la diffé-

2467298 -

22. rence réelle entre le signal de réaction et de valeur souhaitée, qui est une erreur statique, et le rythme de variation du signal de réaction, indiqué en SR, par rapport au signal de valeur souhaitée SVS, qui est une erreur dynamique. De plus, le circuit 69 de vérification de la plage de validité est destiné à protéger l'équipement mettant en oeuvre le processus. Ce circuit est nécessaire, car dans certaines formes de réalisation de l'invention, les mnoteurs pas à -pas utilisés peuvent endommager aisément l'équipement soumis aux essais du fait des caractéristiques de ces moteurs. Ainsi qu'il est bien connu en pratique (voir l'ouvrage "Design Engineer's Guide to DC Stepping Motors" de la firme Superior Electric Company, Bristol, Connecticut, E.U.A.), le couple des moteurs pas à pas est très faible aux grandes vitesses. Par contre, aux faibles vitesses, ce couple est très élevé. Ainsi, dans certains types d'essais, par exemple lors d'un essai de carburateur, au. cours duquel un moteur pas à pas fait tourner le papillon, lorsque la valeur souhaitée est hors limites, il peut apparaître une condition indésirable, à savoir l'arrivée du papillon du carburateur en position de fermeture complète ou d'ouverture complète, alors que le moteur tourne lentement en produisant un

couple important. Il peut alors se produire aisément une détérioration du -

carburateur ou de la liaison mécanique entre lé moteur pas à pas et lecarburateur. Pour éviter cet inconvénient, le circuit 69 de vérification de la plage de validité compare la valeur souhaitée au point 72 de réglage à la limite supérieure et au point 73 de réglage à la limite inférieure, comme montré sur la figure 9, la valeur souhaitée étant indiquée en VS. Si la valeur souhaitée se trouve entre les points de réglage de la plage de validité, le circuit 69 de vérification fait fonctionner le circuit 70 d'amplification d'erreur et de rythme en mode normal, afin qu'il transmette le signal de correction au circuit 68 de correction. Cependant, si la valeur souhaitée est extérieure aux points de réglage de la plage de validité, le circuit de vérification agit de manière à commander le moteur pas à pas à sa vitesse maximale et à amener le dispositif mettant en oeuvre le processus dans sa position de fermeture complète ou d'ouverture complète. Comme mentionné précédemment, lorsque les moteurs pas à pas tournent à vitesse maximale, leur couple est -très faible, de sorte que dans ce cas, lorsque le dispositif mettant en òuvre le processus atteint sa position d'ouverture complète ou de fermeture complète, le moteur pas à pas s'arrête simplement, ce qui fait cesser toute action de réglage effectuée par le dispositif 46 mettant en oeuvre le processus. Etant averti de cette condition, le personnel

peut entreprendre l'action nécessaire pour corriger cette situation.

2467298;

23. En général, dans un circuit de commande de processus, on utilise un instrument de mesure de déviation indiquant la relation entre l'état actuel du processus et le point de réglage souhaité. Etant donné que les plages de mise en oeuvre du processus sont en général relativement grandes et que la plage de mesure souhaitée est relativement faible, il est nécessaire de mettre en oeuvre un dispositif démultipliant le signal d'erreur disponible pour p.,roduire un signal utilisable par l'instrument de mesure. Il est également souhaitable de protéger cet instrument de mesure contre les surcharges dans le cas o l'erreur du processus dépasse la plage prévue. Ces fonctions sont réalisées par le circuit

de démultiplication et de protection des instruments de mesure.

Le fonctionnement et les éléments du circuit de vérification de la plage de validité, du circuit d'amplification d'erreur et de rythme et du circuit de démultiplication et de protection des instruments de mesure seront décrits en

détail en regard des figures 9, 10 et 11, respectivement.

Comme montré sur la figure 9, le circuit 69 de vérification de la plage de validité agit en connectant le point 72 de réglage de la limite supérieure à un comparateur 74 de limite supérieure, et le point 73 de réglage de la limite inférieure à un comparateur 75 de limite inférieure. Simultanément, le signal de valeur souhaitée SVS est transmis aux deux comparateurs qui peuvent être du type "8311" produit par la firme Analog Devices, Inc., Bloomingdale, Illinois, E.U.A. La sortie du comparateur de limite supérieure est reliée à la cathode d'une diode 76 de limite supérieure, et la sortie du comparateur de limite inférieure est reliée à l'anode d'une diode 77 de limite inférieure. L'anode de la diode 76 de limite supérieure et la cathode de la diode 77 de limite

inférieure sont connectées pour produire en 78 un signal de priorité de satu-

ration. Si le signal de valeur souhaitée transmis au comparateur de limite

supérieure est inférieur au point de réglage de la limite supérieure, ce compa-

rateur passe à son état haut de manière à bloquer la diode 76 de limite

supérieure pour permettre un fonctionnement normal.

De même, si la valeur souhaitée est supérieure au point de réglage de la limite inférieure, le comparateur 75 de limite inférieure passe dans son état bas, et la diode 77 de limite inférieure se bloque de manière à permettre un fonctionnement normal. Si les deux circuits permettent un fonctionnement

normal, le circuit d'amplification d'erreur et de rythme fonctionne normalement.

Cependant, si la valeur souhaitée est supérieure au point de réglage de la limite supérieure, le comparateur de limite supérieure prend son état bas de manière que la diode 76 de limite supérieure devienne conductrice et transmette un signal 78 de priorité de saturation au circuit d'amplification

d'erreur et de rythme, et finalement au circuit de correction décrit ciaprès.

2467298 E

241- De plus, si la valeur souhaitée. est inférieure au point de réglage de la limite inférieure, le comparateur de limite inférieure prend son état bas de manière à rendre conductrice la diode 77 de limite inférieure qui transmet un signal de priorité de saturation au circuit d'amplification d'erreur et de rythme montré sur la figure 10. Comme représenté sur la figure 10, qui montre le circuit d'amplification d'erreur et de rythme, il apparaît que le signal 78 de priorité de

saturation est transmis à l'entrée positive d'un amplificateur 82 d'instrumen-

tation, qui peut être du type "AD 521", également produit par la firme Analog Devices, Inc. Lorsque la valeur souhaitée est comprise entre les points de réglage 72 et 73 de limite supérieure et de limite inférieure, la diode 76 de limite supérieure et la diode 77 de limite inférieure sont bloquées, ce qui empêche la transmission du signal 78 de priorité de saturation et provoque, en fait, l'isolement du circuit 69 de vérification de la plage de validité et pe. net au

circuit 70 d'amplification d'erreur et de rythme de fonctionner en mode normal.

De même, comme montré sur la figure 10, le signal de valeur souhaitée, qui est communément un signal statique, est transmis à l'entrée positive d'un premier amplificateur opérationnel 83A dont la sortie est reliée à l'entrée négative de l'amplificateur 82 d'instrumentation par l'intermédiaire d'une résistance RI de réaction, montée en parallèle avec l'amplificateur opérationnel et appliquant un signal à son entrée négative. Dans des conditions statiques, on obtient ce qui est communément connu de l'homme de l'art, à savoir un circuit suiveur de tension au moyen duquel la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel 83A est égale à la tension d'entrée qui, dans ce cas, est la tension

du signal de valeur souhaitée.

Un second circuit suiveur de tension est obtenu de la même manière par l'application du -signal de réaction à l'entrée positive d'un second amplificateur opérationnel 83B dont la sortie est reliée à une résistance R3 alors qu'une résistance R2 de réaction est montée entre cette même sortie et l'entrée négative de cet amplificateur. La résistance R3, qui est de préférence de faible valeur, permet au signal 78 de priorité de saturation - d'avoir une action prépondérante sur le fonctionnement normal du circuit d'amplification d'erreur

et de rythme dans des conditions prédéterminées, comme décrit précédemment.

Les deux circuits suiveurs de tension étant reliés à l'amplificateur 82 d'instru-

mentation et le signal 78 de priorité de saturation étant efficacement éliminé comme décrit ci-dessus alors que le système est en fait à l'état statique, le signal de correction a une amplitude égale à la différence entre le signal de réaction et le signal de valeur souhaitée, multipliée par le facteur de rythme et

2467298-:.

25. de gain proportionnel. En fait, à présent, le signal de correction à l'état statique est transmis au circuit de correction afin d'effectuer les fonctions décrites précédemment. Cependant, on rencontre un état dynamique lorsque le signal de réaction change par rapport au signal de valeur souhaitée, ce qui est le cas

lorsque le processus change.

Dans ce cas, un circui série est en fait constitué entre la sortie du premier amplificateur opérationnel 83A et la sortie du second amplificateur

opérationnel 83B par l'intermédiaire de la résistance RI de réaction de l'ampli-

ficateur 83A, d'un condensateur Cl et de la résistance R2 de réaction du second amplificateur 83B. Suivant la relation entre le signal de valeur souhaitée et le signal de réaction, le courant circule de la sortie de l'un des amplificateurs opérationnels dans le condensateur CI et dans les deux résistances RI et R2 de réaction, vers la sortie de l'autre amplificateur opérationnel, de manière que le rythme de variation de la tension aux bornes du condensateur CI soit le même que le rythme de variation entre le signal de valeur souhaitée et le- signal de réaction. La tension apparaissant aux bornes de la résistance RI sous l'effet du passage du courant s'ajoute algébriquement à la tension du signal de valeur souhaitée et est appliquée à l'entrée négative de l'amplificateur 82 d'instrumentation. De même, la tension développée aux bornes de la résistance R2 et qui est de polarité opposée à la précédente s'ajoute algébriquement à la tension du signal de réaction et est transmise par l'intermédiaire de la résistance

R3 à l'entrée positive de l'amplificateur d'instrumentation.

L'amplificateur 82 d'instrumentation produit à sa sortie un signal unique de correction qui est une fonction de la différence, en ce qui concerne la valeur souhaitée, le signal de réaction, les facteurs de gain, la valeur du condensateur Cl et le rythme de variation entre le signal de valeur souhaitée et le signal de réaction. Ce signal de correction peut être exprimé par la formule suivante: G[(F-DV) +C1 x (R +1 2'R x dt W) ou C est la valeur du condensateur CI en farads G est le facteur de rythme et de gain proportionnel F est la tension du signal de réaction DV est la tension du signal de valeur souhaitée d dt est une'dérivée par rapport au temps en secondes 26.

R est une résistance en ohms. -

La valeur des résistances RI et R2 dépend du processus-

particulier et du gain proportionnel et du gain de rythme souhaités. Dans la forme de réalisation décrite du circuit d'amplification d'erreur et de rythme, le gain de rythme et le gain proportionnel sont réglés de manière que ron obtienne

le gain proportionnel souhaité pour le processus particulier à commander.

Ensuite, on règle les résistances variables RI et R2, de préférence en les rendant égales entre elles, et à une valeur telle que le gain de rythme global soit égal au produit du facteur de gain de rythme et de gain proportionnel par le facteur de

gain de rythme.

Dans ce mode particulier qui est un mode différentiel, le fait d'utiliser pour le fonctionnement du contrôleur selon l'invention des facteurs de gain relativement élevés, par exemple un facteur de gain égal à 5 comme utilisé dans l'une des applications du contrôleur selon l'invention, permet au circuit de se saturer aisément, ce qui rend inapplicable la formule précédente pour le signal de correction. Etant donné qu'il est souhaité d'appliquer cette formule à la plus grande plage possible de conditions, en utilisant le montage perfectionné selon

l'invention, il est possible d'éliminer l'état de saturation du circuit par l'utili-

sation de la partie dudit circuit concernant le rythme, ce qui est, en fait, une

caractéristique de prévision, beaucoup plus tôt que- le circuit proportionnel lui-

même, ce qui permet de plus grandes possibilités de commande du circuit que

* celles dont on disposait jusqu'à présent.

Pour mieux comprendre le fonctionnement du circuit d'ampli-

fication d'erreur et de rythme, il convient d'analyser la fonction du signal de sortie de correction telle que définie dans la formule précédente. Il convient également de noter que des amplificateurs opérationnels classiques, tels que - ceux représentés en 83A et 83B sur la figure 10, et qu'un amplificateur d'instrumentation typique, tel que celui montré en 82 également sur la figure-10, atteignent leur état de saturation sous une tension inférieure d'environ 2 volts à la tension d'alimentation qui leur est fournie. Dans un cas typique, l'état de saturation apparaît sous une tension continue d'environ + 13 volts. Ceci signifie que tout signal d'entrée d'une tension supérieure à 13 volts ou inférieure à -13 volts peut ne pas être totalement utilisée, et qu'aucun signal de sortie ne peut dépasser une tension de 13 volts ni être inférieur à une tension de -13 volts. La - 35 tension typique du signal de réaction et la tension typique du signal de valeur souhaitée sont continues et comprises entre 0 et 5 volts, bien que d'autres tensions et d'autres amplificateurs opérationnels et d'instrumentation soient

disponibles et permettent l'utilisation d'autres plages de tension.

2467298a 27. Si l'on se reporte à la formule précédente, à l'état statique, la valeur de d(F-DV)/dt est égale à zéro, car aucune variation par rapport au temps n'apparaît dans les signaux de réaction et de valeur souhaitée. A ce moment, le signal de correction devient une fonction de: G x f(F -DV)7 Lorsque le facteur de gain prend, par exemple, une valeur égale à 10 et que la différence entre les signaux de réaction et de valeur souhaitée dépasse environ 1,3 volt, l'amplificateur 82 d'instrumentation devient saturé et le signal de correction a pour effet d'amener rapidement le dispositif mettant en òuvre le processus dans un état extrême, de préférence un rythme auquel le signal de

corrélation du processus peut répondre en continu.

A l'état stable et statique, le signal 78 de priorité de saturation est absent et l'erreur sur la différence entre le signal de réaction, provenant du dispositif 42 et se rapportant au signal de corrélation de processus, et la valeur souhaitée provenant du dispositif 41 de réglage de la valeur souhaitée est inférieure à la zone morte prédéterminée, et le dispositif 46 de commande de processus n'exécute aucun mouvement. Si la valeur souhaitée est comprise entre les points de réglage 72 et 73, le circuit 70 d'amplification d'erreur et de rythme fonctionne normalement, ce qui entraîne l'application d'un signal approprié de correction au circuit 68 de correction pour actionner le dispositif 43 de commande. Cependant, si la valeur souhaitée est extérieure aux points de réglage de la plage valable, il en résulte une saturation du circuit d'amplification d'erreur et de rythme et le passage de ce dernier à un état

totalement saturé positif ou négatif, suivant que la valeur souhaitée est au-

delà du point 72 de réglage situé à la limite supérieure ou en deçà du point 73 de réglage situé à la limite inférieure. Ceci entraîne finalement le passage rapide du dispositif 46 de mise en oeuvre du processus à une position extrême ou l'autre, par exemple à une position d'ouverture totale ou de fermeture totale, et son maintien dans cette position jusqu'à ce que d'autres signaux

parviennent du circuit.

2467298 -

2C. Lors d'une opération typique-là contrôleur de processus utilise les signaux de réaction et de valeur souhaitée qui ont initialement la même valeur, par exemple la valeur 0 volt. Le signal de correction est alors égal à zéro. Le signal de valeur souhaitée passe ensuite soudainement à une autre valeur comprise dans la plage de validité, par exemple à une valeur corres- pondant à une tension continue de 3 volts, ce qui tend à saturer le signal de correction. Dans ce cas, étant donné qu'il existe momentanément un état statique, le signal de correction tend à devenir:

x (0-3) = -30 volts.

Cependant, étant donné qu'il se trouve au-delà de la limite de saturation, il passe en fait à la valeur -13 volts, ce qui tend à amener le dispositif mettant en oeuvre le processus, par exemple un papillon de carburateur, à la vitesse maximale vers la position d'ouverture complète. Lorsque le dispositif se déplace, le signal de corrélation de processus commence à croître. Il convient alors d'analyser de nouveau la formule précédente en utilisant une forme légèrement différente, à savoir: d(F-DV) " (DV -G d(F-DV)); G [(F + G2 dt 2 dt

o G2 = R Cl, et peut être égal à 10, par exemple.

Le facteur F = G2d(F-DV)/dt est le signal de sortie du second amplificateur opérationnel 83B, alors que le facteur DV-G 2d(F-DV)/dt est le signal de sortie du premier amplificateur opérationnel 83A. Aucun de ces facteurs ne peut dépasser la limite de saturation, à savoir 13 volts. De plus, la valeur de l'ensemble de la

formule ne peut dépasser la limite de saturation.

Lorsque le signal de corrélation du processus et, par consé-

quent, le signal de réaction SR commencent à augmenter, la valeur de la partie gauche de la formule précédente, qui correspond au signal de sortie du second amplificateur opérationnel, croît à partir de 0 volt, et la valeur de la partie

2467298.

29. droite, qui correspond au signal de sortie du'premier amplificateur opérationnel, croît à partir de 3 volts, à un rythme sensiblement plus lent, car la valeur DV est statique. Il en résulte une diminution globale de l'amplitude du signal de correction SC à partir de la valeur -30 volts jusqu'à ce que le circuit arrive à saturation. On peut observer que le facteur principal faisant changer le signal de correction est le facteur G2 d(F-DV)/dt qui égalise le rythme de variation entre les signaux de réaction et de valeur souhaitée. Ce facteur peut généralement être modifié à une vitesse égale à dix fois celle à laquelle le signal de réaction peut chanter. En utilisant également le rythme de variation de l'erreur réelle entre les signaux de réaction et de valeur souhaitée, on fait diminuer le signal de réaction beaucoup plus rapidement que si l'on ne considère que la différence d'erreur. Ceci est appelé la caractéristique de prévision selon laquelle l'effet du rythme de variation entre les signaux de réaction et de valeur souhaitée constitue un facteur beaucoup plus grand, pour la détermination du signal de correction, que la différence d'erreur entre les signaux de réaction et de valeur souhaitée. Lorsque le signal de correction tombe dans la plage de tension de

saturation, le processus attaque une modification à un rythme plus lent, bien que-

la réponse du signal de corrélation à ce processus soit sensiblement plus lente que celle du dispositif mettant en oeuvre le processus, car le fonctionnement

normal du carburateur, par exemple, est relativement lent par natur--

Lorsque le procédé continue d'évoluer à un rythme continuel-

lement plus lent, la valeur du signal de correction passe à une valeur située dans la zone morte, ce qui fait cesser la variation du dispositif mettant en oeuvre le processus. Lorsque le signal de corrélation du processus et, par conséquent, le signal de réaction continue à changer sensiblement, la polarité du signal de correction s'inverse et le dispositif de mise en oeuvre du processus commence à évoluer en sens opposé au précédent, mais à un rythme lent, car l'amplitude du signal de correction reste généralement faible. Ceci démontre un dépassement du dispositif de mise en oeuvre du processus, le temps d'acquisition du processus étant plus court et, par conséquent, la commande du processus s'effectuant plus

rapidement lorsque ce dépassement est faible ou nul.

Lors d'une autre opération typique au cours de laquelle un dispositif extérieur tel qu'un dispositif de réglage de papillon, fait évoluer un processus, par exemple, la pression d'une cloche de commande, à un rythme

relativement constant, le processus démarre en même temps qu'il est commandé.

Ainsi, les signaux de réaction et de valeur souhaitée sont dans-un état statique et

ont la même valeur et, par conséquent, le signal de correction est égal à zéro.

Dans ce cas, la valeur souhaitée est maintenue constante, mais le dispositif 246729Qai extérieur de réglage du papillon est utilisé pour modifier le processus et, finalement, le signal de corrélation du processus. Par conséquent, il fait varier le signal de réaction, par exemple de 0,25 volt par seconde, si aucune action de correction n'est entreprise. De même, étant donné que ceci correspond à un état statique momentané, le signal de correction prend une certaine valeur non nulle. Il en résult- un déplacement du dispositif mettant en oeuvre le processus, par exemple le dispositif réglant la pression de la cloche, dans un sens tendant à maintenir le signal de réaction à la valeur souhaitée. Lorsque les variations du réglage du papillon et de la pression- de la cloche apparaissent, le signal de correction prend une valeur telle -que l'opérateur réglant le processus tend à provoquer un mouvement à une vitesse relativement constante pour suivre la variation du signal de réaction provoquée par le réglage du papillon. Ce signal de correction tend à être indépendant de la fonction d(F-DV)idt, car le signal de corrélation du processus se maintient essentiellement à une valeur sensiblement différente de sa valeur initiale. A une valeur essentiellement constante, aucun rythme de variation n'apparaît dans la différence entre les signaux de réaction et de valeur souhaitée. Lorsque le mouvement de -réglage du papillon cesse,, l'opération consistant à suivre la variation du signal de réaction est arrêtée, et la fonction de prévision tend à atténuer le dépassement du processus tel que décrit

dans l'exemple précédent.

Dans un autre type d'opération au cours de laquelle le signal de valeur souhaitée varie à un rythme relativement constant, le fonctionnement du circuit d'amplification d'erreur et de rythme est sensiblement analogue à celui décrit dans l'exemple précédent. Le dispositif de mise en oeuvre du processus se déplace de manière à tenter de faire varier le signal de réaction au même rythme que celui de la variation du signal de valeur souhaitée, ce qui a pour résultat, comme précédemment, de faire passer essentiellement à une valeur nulle la fonction d(F-DV)Idt, alors que la fonction F-DV prend une certaine valeur relativement constante. Lorsque la variation de la valeur souhaitée cesse, la poursuite de la variation du signal de réaction est arrêtée et la fonction de prévision tend de nouveau à atténuer le dépassement de processus, ce qui donne à ce dernier un temps de saisie plus court et, par- conséquent, accélère la commande. Dans le cas o un signal 78 de priorité de saturation n'est pas éliminé efficacement et est transmis au circuit 70 d'amplification d'erreur et de

rythme, ce signal, qui est lui-même saturé, fait passer et maintient l'ampli-

ficateur 82 d'instrumentation dans un état de saturation positive ou négative. La polarité du signal de correction apparaissant à la sortie de l'amplificateur 82 est

2467298X

31.. la même que celle du signal de priorité de saturation. Comme précédemment, ce signal de correction est transmis à l'un des circuits de correction montrés sur les

figures 6, 7 et 8.

Le fonctionnement du circuit 71 de démultiplication et de protection des instruments de mesure sera à présent décrit en regard de la figure ll. Dans ce cas, on dispose, en fait, de deux circuits suiveurs de tension

comportant des résistances chutrices montées en avant de la boucle de réaction.

Le premier de ces circuits est constitué par le premier amplificateur opéra-

tionnel 83C du circuit de démultiplication et par la première résistance chutrice 85A, et le second de ces circuits est formé par le second amplificateur opérationnel 83D du circuit de démultiplication et par une seconde résistance chutrice 85B. Une résistance 86 de démultiplication est reliée à la sortie de la première résistance chutrice 85A. Par conséquent, lorsque le signal de valeur souhaitée arrive au p. -mier amplificateur opérationnel 83C et que le signal de

réaction arrive au second amplificateur opérationnel 83D, les deux ampli-

ficateurs produisent un signal différentiel se présentant sous la forme d'une tension dont le courant est limité de manière que l'instrument de mesure ne soit pas soumis à une surcharge. Suivant l'instrument de mesure particulier et la résistance 86 de démultiplication utilisés, il est possible d'obtenir le signal

souhaité SD de déviation de l'instrument de mesure.

Comme représenté sur la figure 6, qui montre la forme préférée de réalisation du circuit 68 de correction, si l'opérateur 45 est constitué par un moteur pas à pas à courant continu, la fonction du circuit de correction à action correctrice est essentiellement triple. Tout d'abord, elle est de déterminer la valeur absolue du signal de correction, ensuite d'indiquer au dispositif de commande décrit ci-après la polarité initiale du signal de correction, puis de transmettre un signal d'horloge SH à ce dispositif de commande. Il convient de noter que le signal d'horloge se présente sous la forme d'une série d'impulsions

dont la fréquence varie.

Un circuit 87 de valeur absolue, montré sur la figure 16, comprend plusieurs amplificateurs opérationnels reliés à divers composants de circuit. Un premier amplificateur opérationnel 83E du circuit de valeur absolue comporte une entrée positive et une entrée négative. L'entrée positive est reliée à une ligne commune analogique par l'intermédiaire d'une résistance ayant une valeur de 2/3 R, telle que définie ci-après. L'entrée négative de l'amplificateur opérationnel 83E est connectée à une première jonction 88 de sommation. Le signal de correction SC est appliqué à cette jonction 88 par l'intermédiaire d'une résistance ayant une valeur R, ainsi qu'à une seconde jonction 89 de sommation

2467298 ^

32. par une résistance ayant une valeur 2R. Deux résistances, ayant chacune une valeur R, sont montées en série entre les deux jonctions de sommation. Une première diode 95 de polarisation est montée entre le point commun 90 aux deux résistances et la sortie du premier amplificateur opérationnel 83E auquel elle est connectée par sa cathode. Une seconde diode 96 de polarisation est également reliée par sa cathode à la première jonction 88 de sommation et par son anode à la sortie du premier amplificateur opérationnel 83E. Un deuxième amplificateur opérationnel 83F du circuit de valeur absolue est reliée par son entrée négative à la seconde jonction 89 de sommation et par son entrée positive à la ligne commune analogique par l'intermédiaire d'une deuxième résistance ayant une valeur de 2/3 R. La sortie du deuxième amplificateur opérationnel 83F est également connectée à la seconde jonction 89 de sommation par une résistance de valeur 2R, et elle produit un signal ayant une valeur absolue du signal de correction d'entrée. U",troisième amplificateur opérationnel 83G du circuit de valeur absolue est relié par son entrée négative à la sortie du premier amplificateur opérationnel 83E et par son entrée positive à la ligne analogique commune par l'intermédiaire d'une résistance de valeur R/10. Ce troisième ampli ficateur comporte une boucle de réaction comprenant une résistance de

valeur IOR. Un signal de polarité est prélevé à- la sortie du troisième ampli-

ficateur opérationnel 83G.

Il est bien connu qu'en pratique, il n'est pas souhaitable de faire fonctionner un amplificateur opérationnel en continu à son courant nominal maximal, car sa fiabilité en soufre. De plus, on ne souhaite pas faire fonctionner un tel amplificateur avec un courant trop faible, car des facteurs tels que le bruit, des courants de polarisation et autres entrent en jeu. On préfère faire fonctionner les amplificateurs opérationnels avec un courant égal à environ 10 % de leur courant nominal, et on choisit les diverses résistances du circuit afin - qu'elles limitent le courant. A cet effet, la valeur de toute résistance

parti-

culière doit suivre la relation montrée et suivant laquelle les résistances ont des

valeurs s'étalant entre R/10 et IOR.

Lorsque le signal de correction arrive au circuit 87 de valeur absolue, sa tension est appliquée à la résistance R associée au premier amplificateur opérationnel 83A. Lorsque la tension du signal de correction est supérieure à zéro, le premier amplificateur opérationnel présente un facteur de gain de moins un et sa sortie, au point 90 de jonction, présente la valeur négative du signal de correction d'entrée. Le deuxième amplificateur opérationnel associé à la jonction 89 de sommation produit en fait une tension de sortie égale à la somme négative de la tension de correction d'entrée et du double de la tension au point 90 de jonction. Dans ce cas o la tension-de correction d'entrée est positive et la tension au point 90 de jonction est négative, la tension de sortie est -[CV +

2(-CVe = +CV, o CV est une tension de correction supérieure à zéro.

Cependant, lorsque la tension du signal de correction est inférieure à zéro, la tension au point 90 de jonction tend à devenir la valeur positive de la tension du signal de correction. Cependant, à présent, les diodes de polarisation donnent au premier amplificateur opérationnel un facteur de gain effectif de zéro. Ceci a pour effet d'amener à zéro la tension au point 90 de jonction. La sortie du second amplificateur opérationnel devient alors -(CV + 2(0)W = -CV, o CV est une tension de correction inférieure à zéro. Par conséquent, le signal de sortie du deuxième amplificateur opérationnel est un signal positif dont l'amplitude est égale à la tension de correction d'entrée qui

est communément appelée valeur absolue.

Etant donné que la sortie du premier amplificateur opérationnel 83E, située entre les deux diodes de polarisation, est toujours à la polarité opposée de celle du signal de correction d'entrée, le signal de polarité négative est appliqué à l'entrée négative du troisième amplificateur opérationnel 33G qui,_

en fait, assume la fonction de comparateur. La sortie de ce troisième ampli-

ficateur opérationnel 83G se sature à la polarité opposée à celle de son entrée, car les résistances IOR et -R/10 sont choisies de manière à établir cette saturation. On obtient ainsi un signal de polarité comme indiqué sur la figure 6,

avec la même polarité que celle du signal de correction.

Le signal de valeur absolue provenant du circuit 87 est ensuite appliqué au comparateur 92 de zone morte qui peut être du type "AD31I" produit par la firme Analog Devices Inc. mentionnée précédemment. La fonction du comparateur de zone morte est de comparer la valeur absolue du signal de correction aux valeurs de référence VR de la zone morte qui lui ont été transmises par tout dispositif convenable. Si la valeur absolue /X/ du signal de correction est comprise entre zéro et la valeur de référence de la zone morte, le comparateur agit de manière que le dispositif 46 de mise en oeuvre du processus reste dans la position qu'il occupe à ce moment en inhibant le signal d'horloge Sli. Cependant, si la valeur absolue n'est pas comprise entre zéro et la valeur de référence de la zone -morte, elle est transmise à l'amplificateur 91 de sommation

montré sur la figure 13.

Les amplificateurs de sommation sont connus et il n'est pas nécessaire de décrire en détail leurs composants ni leur fonctionnement. Il convient cependant de noter que la fonction de transfert pour le circuit particulier utilisé dans cet amplificateur de sommation se traduit par l'équation

2467298.:

34. Signal de sortie = -Rf (Y/Ra + lxl/Rb). Le signal de Pamplificateur 91 de sommation est alors transmis à un convertisseur tension/fréquence 93 qui peut être du type "AD537" produit par la firme Analog Devices, Inc. , de Bloomingdale, Illinois, E.U.A., ou bien de tout autre type bien connu de l'homme de l'art. Si le comparateur 92 de zone morte n'a pas agi précédem- ment sur un commutateur analogique 94 pour bloquer le signal de sortie du convertisseur 93, un signal d'horloge est transmis au dispositif 43 de commande. Le commutateur analogique peut être du type "AD7513" produit par la firme Analog Devices, Inc. précitée, ou bien il peut être tout circuit

équivalent à transistors bien connu de l'homme de l'art.

Le signal d'horloge SH et le signal de- polarité SP sont transmis au dispositif de commande qui, lui-même, les transmet à l'opérateur 45 qui, dans ce cas, est un moteur pas à pas à courant continu. Le dispositif de commande règle la vitesse et détermine le sens de rotation du moteur. Etant donné que le circuit correcteur montré sur la figure 6 est particulièrement adapté à la commande d'un moteur pas à pas à courant continu, un dispositif de commande de moteur pas à pas doit être utilisé avec lui. Il existe de nombreux dispositifs conçus à cet effet, par exemple ceux fabriqués par la firme Superior Electric Co., de Bristol, Connecticut, et ceux produits par la firme Sigma Instruments, Inc., de Braintree, Massachusetts, E.U.A. Cependant, la forme préférée de réalisation de l'invention, dans le cas o un moteur pas à pas à courant continu doit être utilisé, comprend un translateur pas à pas connecté à un élément de commande à quatre conducteurs isolés et à courant continu de ampères. Ces éléments sont commercialisés par la firme Scans Associates,

Inc., de Livonia, Michigan, E.U.A., sous les types "30086" et "30083", respecti-

vement. Ce dispositif de commande particulier s'est avéré très avantageux, car ses caractéristiques de fonctionnement sont très supérieures a celles des

autres dispositifs commercialisés, et il présente plusieurs autres caractéris-

tiques, par exemple des caractéristiques d'arrêt total, de semi-arrêt et d'inversion de polarité, et ses entrées et sorties sont isolées optiquement, ce qui est très souhaitable pour réduire les parasites affectant le système et pour permettre une interconnexion avec et autour de dispositifs de commande de machine. De plus, si cela est souhaité, à là place du circuit 69 de vérification de la plage de validité, il est possible de connecter des interrupteurs de fin de course à ce dispositif préféré de commande afin d'empêcher le dispositif 46, mettant en oeuvre le processus, de dépasser la position d'ouverture complète et

de fermeture complète.

Si, pour des raisons telles que vitesse, couple, coût de Pappli-

cation particulière ou autres, les dispositifs de-commande décrits cidessus, qui

2467298;

sont tous du type à courant continu, ne peuvent être mis en oeuvre, il peut être souhaitable d'utiliser un moteur réversible normalisé autre qu'un moteur pas à

pas à courant continu, et de le faire fonctionner en mode pas à pas ou par à-

coups. Un tel moteur serait normalement un moteur à courant alternatif qui nécessiterait, outre le circuit de correction montré sur la figure 6, un dispositif de commande commuté à deux directions, montré sur la figure 17. Le dispositif utilisé dans ce cas particulier comprend un circuit 103 de division par N, pouvant

être identique au type "MC14522B", produit par la firme Motorola, ou équivalent.

Une première entrée de ce circuit reçoit un signal d'horloge SH et un élément 104 d'affectation N, qui peut être un commutateur à tambour manuel ou tout

autre dispositif convenable de commutation, est connecté aux entrées de pré-

réglage. La sortie du circuit de division par N est reliée à une minuterie redéclenchable 105 qui peut être analogue à celle produite par la firme Motorola sous le type "MC14552'B" ou tout autre dispositif identique. Cette minuterie particulière s'est révélée souhaitable, car elle est programmable et offre des possibilités de durées incrémentielles ou de réglage d'amplitude. La sortie de la minuterie 105 est reliée à une première entrée d'une première porte ET 111 à deux entrées et d'une seconde porte ET 112 à deux entrées. Le signal de polarité provenant du circuit de correction est transmis à la seconde entrée de la seconde porte ET 112 et il est également transmis à un inverseur 110 pouvant être du type "MC140493" produit par la firme Motorola, cet inverseur le transmettant lui-même à la seconde entrée de la première porte ET 111 comme montré sur la figure 17. La sortie de la première porte ET 111 est reliée à la base d'un premier transistor 113 de commande dont l'émetteur est connecté à la ligne logique commune et dont le collecteur est connecté à un premier relais 115 de commande pouvant être du type "65630- 22" produit par la firme Hathaway Controls, Tulsa, Oklahoma, E.U.A. Les connexions réalisées avec les contacts du premier relais de commande peuvent prendre diverses formes dont trois seront

décrites ci-après en regard des figures 18 à 21.

De même, la sortie de la seconde porte ET 112 est reliée à la base d'un second transistor 114 de commande qui peut être identique au premier

transistor de commande, comme c'est le cas de la forme de réalisation décrite.

L'émetteur de ce second transistor est connecté, de même que précédemment, à la ligne logique commune et son collecteur est relié à l'entrée d'un second relais 116 de commande qui peut être identique au premier relais cité, si cela est souhaité. Les contacts du second relais 116 de commande peuvent également être utilisés pour assumer toute fonction souhaitée. Une utilisation particulière des contacts des premier et second relais de commande, qui a été réellement

2467298:

35. effectuée, comprend leur connexion, comme montré sur la figure iS, à un moteur synchrone, par exemple du type "SS400RC" produit par la firme Superior Electric

Co., Bristol, Connecticut.

Il convient de noter et il est évident à l'homme de l'art qu'un grand nombre des composants montrés sur les figures et pour lesquels des références de type son+ citées peuvent être remplacés par un grand nombre d'autres composants sensiblement identiques, portant d'autres références et produits par d'autres firmes, afin que le circuit selon l'invention fonctionne comme souhaité. Seule la forme préférée de réalisation est représentée et certaines des raisons rendant ce circuit préférable sont données. D'autres raisons, telles que la disponibilité des composants, le coût, la dimension, etc.,

sont également prises en compte.

Il convent de noter qu'en cas de substitution, après que des manuels appropriés ont été consultés pour effectuer cette substitution, il est possible d'obtenir aisément du fabricant du dispositif particulier utilisé les

schémas de câblage associés à ce dispositif.

De plus, il convient de noter, en regard de la figure 13, que les contacts des premier et second relais de commande peuvent être utilisés suivant

de nombreuses manières autres que leur connexion au moteur à courant alter-

natif particulier essayé pour la forme de réalisation décrite. Des exemples-de ces utilisations comprennent la mise, en oeuvre de la plupart des moteurs réversibles ou de dispositifs de commande à deux directions pour le pilotage de circuits mécaniques, pneumatiques ou hydrauliques. Un tel dispositif de commande peut

être du type rotatif ou non rotatif.

Comme représenté sur la figure 17, le dispositif de commande commuté à deux directions de la forme de réalisation décrite reçoit, à son entrée, les signaux d'horloge et de polarité et le signal d'entrée N produit par l'élément 104 d'affectation N. Le circuit par division par N délivre une impulsion toutes les N impulsions d'entrée, ce qui démultiplie la fréquence élevée d'horloge et permet d'obtenir le rythme d'incrémentation. Le rythme ou la fréquence démultiplié ou divisé des impulsions est alors utilisé pour déclencher la minuterie redéclenchable 105. La sortie de cette minuterie est alors déclenchée par le signal de polarité indiqué cidessus, de manière à produire des signaux séparés de sortie avant et arrière au moyen des première et seconde portes ET à deux entrées, des premier et second transistors de commande et des premier et second relais de commande. Les signaux, qui se présentent sous la forme de fermetures

de contact, comme indiqué précédemment, peuvent être utilisés pour la com-

mande de la plupart des moteurs ou de tout dispositif d'actionnement à deux t -

2467298:

37. directions, au moyen de techniques classiques de commutation. Le réglage pas à pas d'amplitude est utilisé pour déterminer la durée de fermeture de contact par chacune des impulsions d'horloge N. La figure 19 montre une utilisation du dispositif de commande commuté à deux directions pour la commande d'un moteur à courant continu. Dans ce cas, le contact 115A.d'un relais, qui correspond à un contact du premier relais 115 de commande, et le contact 116A d'un autre relais, qui correspond à un contact du second relais 116 de commande sont connectés comme montré à un

moteur normal à courant continu.

Si l'on souhaite commander pas à pas des circuits pneumatiques ou hydrauliques sans dispositif de commande commuté à deux directions, le procédé montré sur les figures 20 et 21 peut être mis en oeuvre avec succès. Dans ce procédé, le contact 115A du premier relais de commande et le contact 116A du second relais de commane. sont connectés, comme montré sur la figure 20, à une bobine A et à une bobine B d'une électrovanne à deux bobines, ces bobines étant elles-mêmes connectées à un vérin 118 à fluide sous pression, comme montré sur la figure 21. Lorsque la bobine B est actionnée, la position de l'électrovanne représentée sur la figure 21 est telle que la pression pénètre dans la partie extrême gauche du cylindre du vérin 1-18, afin de provoquer un

déplacement du piston vers la droite et un mouvement d'extension du vérin.

Lorsque la bobine A est actionnée, Y'électrovanne change de position afin que le piston se déplace vers la gauche et que le vérin exécute un mouvement de retrait. Cependant, dans certains processus, il est souhaitable de mettre en oeuvre des dispositifs de commande pneumatiques tels que l'opérateur 45. Ceci exige d'apporter certaines modifications au circuit de correction, et on obtient alors la forme de réalisation montrée sur les figures 7 et 8. Lorsque le circuit pneumatique de correction montré sur la figure 7 est utilisé, le signal de correction provenant du circuit d'entrée différentielle 67 passe d'abord dans le circuit 87 de valeur absolue, qui est identique à celui décrit précédemment en regard de la figure 16. Le signal de sortie du circuit de valeur absolue indique la valeur absolue du signal de correction, de même que précédemment, et il est transmis au comparateur 92 de zone morte. Le signal de polarité sortant du circuit de valeur absolue n'est pas utilisé dans cette forme de réalisation. De même que décrit précédemment, la valeur absolue du signal de correction est comparée à la référence de zone morte et, si elle est comprise entre zéro et cette référence, le commutateur analogique 94 est inhibé. Par conséquent, aucun courant ne peut circuler dans l'intégrateur 98 et aucune variation n'apparaît dans

2467298.

33. le signal de sortie du circuit pneumatique de correction. Le signal transmis au

dispositif 43 de commande est donc en fait figé.

Cependant, si la valeur absolue du signal de correction est supérieure à la référence 'de zone morte, le commutateur analogique 94 est validé de manière à permettre au courant de circuler vers l'intégrateur 98. Dans ces conditions, le signal de correction est transmis au circuit démultiplicateur qui, en fait, est un simple potentiomètre bien connu. La valeur du signal de correction est alors diminuée dans une proportion prédéterminée, et on obtient

un signal convenablement démultiplié, transmis à l'intégrateur 98.

Comme représenté sur la figure 14, le signal d'entrée arrivant à

l'intégrateur 98 traverse une résistance RI et est appliqué à l'entrée négative.

I d'un amplificateur opérationnel 83H de ce circuit. Une boucle de réaction, comportant un condensateur CI, relie la -sortie de l'amplificateur opérationnel à son entrée négative, l'entrée positive étant connectée à la ligne analogique commune. Ceci a pour effet de modifier le signal d'entrée en un signal de tension représentant le rythme de variation de la tension. Les valeurs de RI et de CI sont

choisies de manière à donner au circuit une constante de temps telle que le,-

dispositif 45 de mise en oeuvre du processus puisse suivre le signal de sortie passant dans le dispositif 43 de commande. En général, le signal de sortie est une

fonction de V/R1 CI et du temps.

Le signal de tension sortant de l'intégrateur 98- passe dans un circuit intermédiaire démultiplicateur 100 montré plus en. détail sur la figure 12, Ce circuit constitue en fait un étage suiveur bipolaire de commande comprenant un transistor NPN QI, par exemple du type "2N4921", et un transistor PNP Q2, par exemple du type "2N4918" dont les bases sont connectées de manière à recevoir le signal d'entrée de l'intégrateur 98 et dont les émetteurs sont reliés à une résistance Rs de démultiplication qui transmet un signal de sortie au dispositif de commande. Le collecteur du transistor QI est relié à la borne +VCC (tension d'alimentation) et le collecteur du transistor Q2 est relié à la borne signe -moins VCC. Ainsi, un signal est transmis au dispositif 43 de commande qui, dans ce cas, est un transducteur courant/pression, par exemple du type "n' 77",

produit par la firme Moore Products, Springhouse, Pennsylvanie, E.U.A.

Dans un procédé nécessitant la mise en oeuvre d'un opérateur pneumatique 45 et, par conséquent, d'un dispositif pneumatique de commande, et lorsqu'il est souhaitable d'obtenir une action progressive, la forme de réalisation montrée sur la figure 8 s'est avérée intéressante. Dans ce cas, comme décrit précédemment en regard de la figure 7, le' signal de correction provenant du circuit d'entrée différentiel est transmis au circuit de valeur absolue qui, comme 39. décrit précédemment en regard de la figure 16, produit un signal dont la valeur est égale à la valeur absolue du signal de correction et un signal de polarité. Le signal de valeur absolue provenant du circuit de valeur absolue est de nouveau transmis à un comparateur 92 de zone morte et, si la valeur absolue du signal de correction est inférieure à une référence de zone morte, le commutateur analogique double 97, q i peut également être du type "AD7513" produit par la firme Analog Devices Inc. précitée, bloque les deux entrées de l'intégrateur 102 de sommation, ce qui maintient à une valeur constante le signal transmis au circuit intermédiaire démultiplicateur 100. Aucune variation n'est donc appliquée

à l'opérateur 45.

Cependant, si la valeur absolue du signal de correction est supérieure à la référence de zone morte, le commutateur analogique ne bloque pas les entrées de l'intégrateur 102 de sommation. Dans ce cas, comme montré sur la figure 8, le signal de correction est transmis en même temps à l'élément démultiplicateur 99 qui peut être identique à celui montré sur la figure 7 et qui, en fait, est un potentiomètre. Il en résulte une certaine variation d'amplitude du signal de correction transmis au commutateur analogique. Le signal de polarité saturée provenant du circuit 87 de valeur absolue est transmis simultanément à un second élément démultiplicateur 101, ce qui provoque l'application d'un second signal d'entrée au commutateur analogique 97. Ce second signal est

essentiellement un signal positif ou négatif constant suivant le signal de polarité.

Le commutateur analogique étant à l'état validé, les deux signaux d'entrée sont transmis à l'intégrateur 102 de sommation, comme montré sur la figure 15. Cet intégrateur comprend un amplificateur opérationnel 83I dont l'entrée positive est connectée à une ligne analogique commune. Une boucle de réaction, comportant un condensateur Cs, relie la sortie à l'entrée négative de cet amplificateur. Les deux signaux d'entrée provenant des éléments démultiplicateurs 99 et 101 sont

transmis par des résistances Rsil et Rsi2' respectivement, à l'entrée négative.

Les valeurs des résistances et des condensateurs sont de nouveau choisies en fonction des considérations indiquées précédemment pour l'intégrateur montré sur la figure 14 et selon l'application particulière à laquelle le contrôleur de processus est destiné. Le signal de sortie de l'intégrateur 102 de sommation est une fonction de V /Rsil Csi + V2/Rsi2 Csi et du temps. Ce signal de tension est transmis au circuit intermédiaire démultiplicateur 100 qui exécute sur ledit signal la même opération que celle décrite précédemment en regard de la figure 7. Il apparaît que le circuit de la figure 8 est sensiblement analogue à celui de la figure 7, sauf en ce qui concerne le second élément 101 de démultiplication. La fonction de ce second élément de démultiplication est de produire un signal

2467298.

40. d'entrée de tension qui constitue, en fait, un signal de vitesse minimale transmis au dispositif 43 de commande, afin que le dispositif 45 de mise en oeuvre du processus se déplace d'une certaine valeur minimale si cela est nécessaire. D'une manière analogue à celle décrite précédemment, le dispositif de commande peut être un transducteur courant/pression pneumatique, du type "77" produit par la firme Moore Products. De mrme que précédemment, le dispositif de commande transmet en 48 un signal au processus 44, comme montré sur l'une quelconque des

figures 1 à 3, et le signal de corrélation de processus est comparé continuel-

lement au réglage souhaité jusqu'à ce que le processus soit placé dans les limites souhaitées, ce qui achève la boucle pour l'un quelconque des dispositifs décrits. On

246729811.

41. obtient ainsi un contrôleur perfectionné à un seul état et quatre modes, contrôlant un processus en fonction de la différence entre une valeur souhaitée et un état courant ou actuel d'un processus, et en fonction également du

rythme de variation entre la valeur souhaitée et l'état courant.

La figure 22 représente une utilisation typique du contrôleur perfectionné de processus à trois états et quatre modes selon l'invention, représenté globalement en 125. De même que décrit précédemment en regard de la figure 1, le contrôleur de processus est alimenté par une tension de référence indiquant une valeur souhaitée à partir d'un dispositif 160 de réglage de valeur souhaitée, de manière que le contrôleur de processus transmette un signal au dispositif 43 de commande qui, lui-même, applique un signal 48

d'entrée au processus désigné globalement par la référence numérique 44.

Etant donné que ce système est à boucle fermée, le processus 44 produit alors un signal 49 de corrélation de processus indiquant l'état actuel ou courant du processus. Si le signal de corrélation de processus est un signal de tension utilisable par le contrôleur 125 de processus à trois états, il peut être appliqué directement à ce dernier. Cependant, si le signal de corrélation de processus n'est pas directement utilisable, un dispositif 42 produisant des signaux de réaction est nécessaire pour convertir le signal en un signal utilisable par le contrôleur. Par exemple, si le signal 49 de corrélation de processus est de nature pneumatique, le dispositif produisant le signal de réaction peut prendre

la forme d'un transducteur de pression.

Comme mentionné précédemment, de tels dispositifs de trans-

formation de signaux sont bien connus et il semble donc inutile de décrire plus

en détail le dispositif 42 produisant le signal de réaction.

Etant donné qu'il s'agit à présent principalement de contrôler une grande variété de processus pouvant tous nécessiter des réglages à de nombreuses valeurs souhaitées différentes, on peut mettre en oeuvre le dispositif selon l'invention représenté sur la figure 23 lorsqu'on souhaite un fonctionnement automatique aux divers réglages souhaités, par exemple pour faire passer une valve de commande par de nombreux points d'essai dans un système conçu pour régler la dépression du collecteur dans un système d'essai de carburateurs tel que celui montré sur la figure 27. Dans ce cas, pour un

essai de carburateur classique, on peut utiliser jusqu'à 20 ou 30 points d'essai.

Certaines modifications peuvent être avantageusement apportées à la forme générale du dispositif selon l'invention pour une telle application, car il peut être nécessaire d'établir, pour chaque point d'essai, une nouvelle valeur

2467298.

42. souhaitée à Paide du dispositif 160 de réglage de valeur souhaitée. Cette valeur peut être établie manuellement, comme décrit ci-dessous en regard de la figure 24. Il est cependant beaucoup plus commode de disposer d'un certain type de dispositif 184 d'automatisation qui modifie automatiquement la valeur souhaitée pour la condition suivante, d'une manière analogue à celle décrite en regard de la figure 2. Il est également possible, comme indiqué en traits pointillés sur la figure 23, de relier la sortie du dispositif 42 produisant le signal de réaction ou le signal 49 de corrélation de processus au dispositif 184

d'automatisation, comme précédemment. Ceci peut être souhaité pour confir-

mer que l'état particulier atteint par le processus est réellement l'état souhaité avant que le dispositif 184 d'automatisation entreprenne une nouvelle action. Comme montré sur la figure 24, le système manuel est en de nombreux points analogue au système montré sur les figures 22 et 23, sauf que le dispositif 184 d'automatisation est supprimé et que le dispositif 160 de réglage de la valeur souhaitée est remplacé par un potentiomètre 55 qui est utilisé de la manière décrite précédemment et par un commutateur 161 à bouton-poussoir qui est utilisé pour repositionner dans son premier état le

contrôleur de processus à trois états, comme décrit dans le présent mémoire.

La figure 25 montre un perfectionnement apporté à un système pouvant être utilisé soit avec le contrôleur de processus à trois états et quatre modes selon l'invention, soit avec le contrôleur à un seul état et quatre modes décrit précédemment, soit en fait avec l'un quelconque des systèmes décrits précédemment et destinés au réglage de la pression des pipes d'admission, c'est-à-dire la pression régnant dans la cloche, par exemple. Dans ce cas, on utilise, en plus du dispositif 43 de commande, de l'opérateur 45 et du dispositif 46 de mise en oeuvre du processus, un second-dispositif 126 de commande dont l'entrée est connectée au contrôleur 145 de processus à trois états et dont la sortie est connectée à l'entrée d'un second opérateur 127, au second signal 129

d'entrée de processus. Le dispositif 128 d'accélération du processus est lui-

même connecté par son entrée à la sortie du second opérateur 127.

Dans ce cas, lorsqu'on utilise initialement un processus 44 dans lequel on tente de régler la pression des pipes d'admission, on peut mettre en oeuvre un système tel que celui montré sur la figure 26. Pour régler la pression régnant à l'intérieur de la cloche 59, c'est-à-dire la pression des pipes d'admission, on doit d'abord mesurer la pression de la cloche et à cet effet on utilise un transducteur 47B de pression absolue qui, comme indiqué

précédem-

ment, est du type "1332" produit par la firme Rosemont Engineering, 43, Minneapolis, Minnesota, comme montré sur la figure 4b. Ainsi qu'il est bien connu de l'homme de l'art, un tel transducteur de pression absolue produit le signal 49 de corrélation de processus qui, comme décrit précédemment, est

appliqué au dispositif 42 produisant le signal de réaction, si cela est néces-

saire, puis est transmis au contrôleur 125 de processus à trois états. Comme décrit précédemment, le signal 49 de corrélation de processus devrait être comparé au signal de réaction, comme montré sur les figures 22 à 25, et à un signal provenant du dispositif 160 de réglage de la valeur souhaitée, et si une différence existe entre l'état actuel du processus et l'état souhaité du processus, le signal 48 d'entrée de processus provenant du dispositif 43 de commande devrait être utilisé pour actionner l'opérateur 45 qui, dans ce cas, est un organe 45B de commande d'une valve, actionnant le dispositif de mise en òuvre du processus qui se présente sous la forme d'une valve 46B, afin de le placer dans une nouvelle position. Cependant, un second

signal devrait être appliqué au second dispositif 126 de commande qui, lui-

même, appliquerait un second signal 129 d'entrée de processus à un second opérateur 127 qui est, dans ce cas, un organe 127 de commande d'une valve actionnant le dispositif 128 d'accélération du processus qui se présente généralement sous la forme d'une valve. Ceci pourrait être réalisé à tout moment alors que la pression souhaitée de la cloche est très inférieure à la pression réelle de la cloche en raison du volume d'air relativement grand renfermé sous la cloche. Le papillon 152 du carburateur 56 est dans la plupart des cas dans une position fermant sensiblement l'orifice d'entrée 151 du carburateur. Un temps extrêmement long est donc nécessaire pour que la source de vide aspire suffisamment d'air de dessous la cloche 59 pour réduire la pression régnant dans cette dernière jusqu'à la valeur souhaitée. Dans la forme préférée de réalisation, le dispositif 128 d'accélération du processus, représenté sous la forme d'un clapet ou d'une valve sur la figure 26, s'ouvrirait totalement si une diminution de la pression régnant sous la cloche 59 était demandée et resterait totalement ouvert jusqu'à ce que la nouvelle pression

souhaitée de la cloche soit atteinte, instant auquel le clapet 128 se refer-

merait totalement. Ensuite, le contrôleur de processus à trois états et quatre modes interviendrait pour réaliser les réglages finals permettant d'obtenir la

pression souhaitée sous la cloche. Ceci serait réalisé de nouveau par l'appli-

cation continue du nouveau signal 49 de corrélation de processus au contrôleur de processus à trois états et quatre modes par l'intermédiaire du dispositif 42 de production de signaux de réaction, si nécessaire, puis par comparaison du signal de réaction au signal de valeur souhaitée provenant du dispositif 41 de

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44. réglage de la valeur souhaitée et, si cela est nécessaire, par l'application d'un signal modifié au dispositif 43 de commande qui produirait encore un nouveau signal 48 d'entrée de processus, cette opération se répétant d'elle-même de manière continue jusqu'à ce que la valeur souhaitée soit atteinte dans les limites de la zone morte choisie. La connexion réelle du second dispositif 126 de commande et du second opérateur 127 avec le dispositif 128 d'accélération du processus, à l'intérieur du processus 44, est bien connue de l'homme de l'art

et il n'est donc pas nécessaire de la décrire plus en détail.

La figure 27 représente un système de base qui peut être utilisé en mettant en oeuvre le contrôleur de processus à trois états et quatre modes selon l'invention. Les systèmes de base montrés sur les figures 27 à 31 sont destinés à l'essai de carburateurs en laboratoire, nécessitant un réglage de la pression des pipes d'admission, de la dépression du collecteur et du débit d'écoulement d'air. Lors de l'utilisation, le carburateur 56 est monté sous la cloche 59, sur la colonne 57, d'une manière décrite précédemment. La cloche 59 est représentée dans sa position de fermeture, mais il est évident que la cloche.59 peut soit être du type pouvant être enlevé à la main d'un banc d'essai

convenable, soit être du type comportant un dispositif automatique d'ouver-

ture. Il est inutile de préciser que l'espace délimité au-dessous de la cloche 59 est fermé hermétiquement afin que les conditions extérieures n'aient pas d'effet sur l'essai des carburateurs. L'opération suivante- de l'essai d'un carburateur à l'aide du contrôleur selon l'invention a trait au dispositif 135 de réglage et de mesure de la dépression du collecteur afin de provoquer une circulation d'air de la source d'alimentation en air (non représentée) à travers le dispositif de réglage de la pression de la cloche, qui est également représenté globalement par la référence numérique 55, ces deux dispositifs

- pouvant être identiques du point de vue réalisation, comme décrit ciaprès.

L'air s'écoule alors dans le dispositif de réglage et de mesure de débit, également indiqué par la référence numérique 135 pour les mêmes raisons que celles données ci-dessus. L'air passe dans-le conduit 137 pour pénétrer dans l'espace renfermé au-dessous de la cloche 59, et il passe dans l'orifice d'entrée 151 du carburateur, puis dans le conduit 136 aboutissant au dispositif 135 de réglage et de mesure de la dépression du collecteur, ce dispositif 135 étant

relié à une source de vide (non représentée). L'air s'écoulant dans le carbu-

rateur 56 entraîne une certaine quantité de carburant à l'intérieur du carbu-

rateur en le faisant passer dans un conduit 153 d'alimentation en carburant qui est relié à un dispositif de mesure de débit de carburant pouvant être d'un type

bien connu et disponible.

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45. Il semble inutile de décrire en détail la source de vide, car cette dernière se présente normalement sous la forme d'une pompe à vide dont de nombreux types existent sur le marché. Il convient de noter que toute pompe à vide peut être utilisée, pourvu qu'elle soit suffisamment dimensionnée pour produire dans le carburateur en cours d'essai un écoulement d'air permettant d'effectuer tous les essais souhaités. A cet égard, il convient de noter qu'il est nécessaire de considérer si des buses soniques doivent- être utilisées, ou bien si le système doit être utilisé en régime subsonique pour le choix de la source de vide. D'une manière analogue, il suffit que l'alimentation en air soit

constituée par une source d'air à température, pression et humidité régulées.

De nombreux systèmes d'alimentation en air sont disponibles et, de même que précédemment, il est possible de mettre en oeuvre l'un quelconque de ces systèmes pourvu qu'il puisse débiter la quantité d'air souhaitée dans le carburateur en cours d'essai afin que ce carburateur puisse être essayé dans toutes les conditions souhaitées. De même, on doit utiliser une source convenable d'alimentation en carburant avec le dispositif de mesure de débit

du carburant.

L'essai d'un carburateur sera à présent décrit en détail. Le dispositif 135 de réglage et de mesure de la dépression du collecteur provoque un écoulement d'air dans le carburateur 56. Suivant les spécifications de l'essai, le dispositif 135 de réglage et de mesure de la pression des pipes d'admission, c'est-à-dire de la pression régnant dans la cloche, maintient généralement la pression régnant sous la cloche 59 à une valeur proche de la pression régnant au niveau de la mer, ou bien à une valeur équivalant à une certaine altitude relativement élevée, par exemple à une altitude de région montagneuse. Pour effectuer un essai de carburateur en laboratoire, on doit régler les valeurs souhaitées de la pression de la cloche, de la dépression du collecteur et du débit d'écoulement d'air pour chaque point d'écoulement sur lequel on souhaite procéder à un essai sur un carburateur. Pour atteindre les conditions d'essai les plus rapides et les plus appropriées, il est souhaitable que les dispositifs de mesure et de réglage du débit d'écoulement d'air, de la

pression de la cloche et de la dépression du collecteur fonctionnent simulta-

nément sans que la commande réalisée par l'un quelconque de ces dispositifs prenne un régime instable ou oscillatoire. Il convient de noter que le dispositif de réglage et de mesure du débit d'écoulement d'air a pour effet de commander le papillon du carburateur au moyen de l'opérateur 45 et de faire tourner ce papillon jusqu'à.ce que le débit d'air souhaité soit établi à l'avance

2467298..

46. dans le carburateur. A ce moment, on obtient un débit d'écoulement d'air

donné pour une dépression de collecteur et une pression de cloche prédéter-

minées. Le débit d'écoulement d'air souhaité dans le carburateur étant obtenu, on peut connaître le débit massique de l'écoulement d'air dans le carburateur et si l'on mesure également, à ce moment, le débit massique d'écoulement de carburant arrivant au carburateur, il est possible de déterminer le rapport air/carburant du carburateur particulier, dans les conditions prédéterminées du

point d'essai.

Comme montré sur la figure 28, lorsqu'on souhaite utiliser un dispositif d'accélération du. processus impliquant la pression de la cloche, ce dispositif étant analogue à celui décrit en regard de la figure 26, une première extrémité du conduit 154 est reliée de toute manière convenable à Pespace fermé, délimité au-dessous de la cloche 59, et Pautre extrémité de ce conduit est reliée au dispositif de réglage et de mesure de la pression de la cloche, ce dispositif étant dans ce cas identifié par la référence numérique 138 indiquant qu'il n'est plus identique au dispositif de réglage et de mesure de la dépression

du collecteur. Il convient de noter, à ce stade de la description, qu'un dispositif

d'accélération du processus peut. être utilisé dans de nombreux systèmes dans lesquels un temps d'attente excessif, dû généralement à un grand volume de

fluide compressible, peut apparaître.

Le système fonctionne de la manière décrite ci-dessus en regard de la figure 27, mais il comprend, en plus du conduit 154, le dispositif d'accélération de processus qui se présente.sous la forme d'une valve ou d'un

clapet 128A et le second opérateur 127 (voir figure.26).

Dans ce cas, la description porte sur un système qui est une

forme de réalisation d'un équipement d'essai de carburateur utilisant le contrôleur selon l'invention, et seuls les dispositifs de réglage et de mesure du débit d'écoulement d'air et de la dépression du collecteur sont identiques et utilisent le contrôleur 125 à trois états et quatre modes selon l'invention. Le dispositif 138 de réglage et de mesure de la pression de la cloche utilise également un contrôleur de processus à trois états et quatre modes, mais il

comporte cependant le dispositif d'accélération de processus.

Une variante de l'invention est montrée sur la figure 29, qui est analogue à la figure 27, mais qui représente un système 139 à calculateur facilitant l'essai en contrôlant les trois systèmes à contrôleurs et en produisant les réglages de valeurs souhaités par une action analogue à celle produite par le dispositif 154 d'automatisation. Une autre variante de l'invention est montrée sur la figure 30, cette forme de réalisation étant analogue à celle de

la figure 28, mais utilisant le système 139 à calculateur décrit précédemment.

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47. Une autre forme de réalisation de l'invention est montrée sur la figure 31, cette forme de réalisation étant analogue à celle de la figure 28, mais utilisant le système 139 à calculateur également pour le réglage du débit d'écoulement d'air. Dans cette forme de réalisation, il convient de noter que le dispositif de mesure du débit d'air porte à présent la référence numérique 140, car il ne commande plus l'opérateur;5 du papillon, cette fonction étant à présent assumée par le système 139 à calculateur. Cependant, ceci n'est vrai que pour le dispositif de réglage et de mesure du débit d'écoulement d'air, car les dispositifs de réglage et de mesure de la pression de la cloche et de la dépression du collecteur sont à présents identiques et utilisent chacun le -contrôle à trois états et quatre modes selon l'invention, comme décrit plus en détail ci-après. Dans ce cas, le système à calculateur se comporte comme un contrôleur de séquence appliquant des signaux de valeurs souhaitées aux deux systèmes de contrôle de processus, et comme un dispositif de réglage de débit d'écoulement d'air en réponse à des signaux de corrélation reçus du dispositif de mesure du débit d'écoulement d'air. Dans la plupart des autres points, le fonctionnement est analogue à celui décrit pour le système de la figure 28. De plus, une première extrémité du conduit 153 est reliée hermétiquement, de même que précédemment, à l'espace fermé délimité au-dessous de la cloche 59, et son autre extrémité est reliée au dispositif 138 de réglage et de mesure de la pression de la cloche. De même que précédemment, le dispositif d'accélération du processus fonctionne d'une manière analogue à celle décrite en regard des figures 25 et 26 et il faut alors mettre en oeuvre le second dispositif 126 de commande, le second opérateur 127 et le dispositif 128

d'accélération du processus.

La description des utilisations du contrôleur de processus à trois

états et quatre modes selon l'invention, ayant porté jusqu'à présent sur l'application de ce contrôleur à un système d'essai de carburateurs, a été faite en termes généraux montrant divers processus à boucle fermée. Il convient de noter que de tels contrôleurs à trois états et quatre modes peuvent être employés avec pratiquement tout processus dans lequel un contrôleur de

processus normal, par exemple le contrôleur à un seul état décrit précédem-

ment, ou bien un contrôleur disponible dans le commerce, peut être utilisé. Il en est ainsi, que les processus soient électriques, pneumatiques ou hydrauliques, car la méthode de contrôle est la même pour les trois types de processus, seul

l'appareillage étant différent.

Pour mieux comprendre le fonctionnement détaillé du contrôleur à trois états et quatre modes selon l'invention, il convient de noter que le 4b. contrôleur 125 de processus montré sur les figures 22, 23, 24 et 25 comprend deux parties, à savoir le circuit d'entrée différentielle 145 à trois états et le circuit 68 de correction. D'une manière générale, le contrôleur de processus à trois états et quatre modes compare le signal de réaction au signal de valeur souhaitée provenant du dispositif dé réglage de la valeur souhaitée, détermine la différence d'erreur réelle entre les deux signaux (cette erreur étant statique), détermine le rythme de variation (dynamique) entre les deux signaux, additionne algébriquement les valeurs ainsi trouvées, puis produit un signal de sortie dépendant de Perreur, du rythme de variation, de la zone morte et de "l'état" du contrôleur pour actionner le dispositif 43 de commande si cela est nécessaire. A l'état stable et statique, aucun signal 78 de priorité de saturation n'est présent et l'erreur de différence entre le signal de réaction, provenant du dispositif 42 et dépendant du signal de corrélation de processus, et la valeur souhaitée, provenant du dispositif 160 de réglage de la valeur souhaitée, -est inférieure à la zone morte prédéterminée, de sorte que le

dispositif 46 de mise en oeuvre du processus n'exécute aucun mouvement.

Pour chaque nouveau point de réglage, le dispositif 160 de réglage de la valeur souhaitée applique un signal de nouvelle valeur souhaitée au contrôleur 125 à trois états et quatre modes, comme montré sur la figure 22. De même que précédemment, ce signal est appliqué au circuit 145 d'entrée différentielle à trois états, comme montré sur la figure 32, et plus particulièrement à l'amplificateur 146 de rythme et d'erreur à trois états dont le fonctionnement sera décrit ci-après. Ce signal est également appliqué au circuit 69 de vérification de la cloche de validité qui fonctionne de la même manière que décrit précédemment pour le contrôleur de processus à un seul

état et quatre modes. De plus, ce signal est appliqué au circuit de démultipli-

cation et de protection des instruments de mesure, montré sur la figure Il et fonctionnant de la manière décrite précédemment. Pour un nouveau point de réglage, le dispositif 160 de réglage de la valeur souhaitée peut également appliquer un signal d'état de repositionnement au contrôleur à trois états et quatre modes, comme montré sur la figure 22, en particulier au circuit 145

d'entrée différentielle à trois états, comme représenté sur la figure 32.

La figure 35 représente en détail le circuit amplificateur d'erreur et de rythme à trois états. On a déjà décrit comment les signaux de priorité de saturation, de réaction, de valeur souhaitée et de repositionnement sont produits. De même que dans le circuit amplificateur 67 d'erreur et de rythme à un seul état, le signal de valeur souhaitée est appliqué, dans ce cas, à l'entrée positive du premier amplificateur opérationnel 83a, le signal de

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49. réaction est appliqué à l'entrée positive du second amplificateur opérationnel 83b, et le signal de priorité de saturation est appliqué à l'entrée négative de l'amplificateur 82 d'instrumentation. Dans cette forme de réalisation, le signal

d'état de repositionnement est à présent appliqué à l'entrée de reposition-

nement d'un compteur 156 d'état et le signal de polarité provenant du circuit 87 de valeur absolue montré sur la figure 16, qui fonctionne comme décrit précédemment, est appliqué à l'entrée d'un détecteur 157 de flanc. Le détecteur de flanc comprend une porte "OU EXCLUSIF" 158 présentant des première et seconde entrées. Une première résistance R5 de détection de flanc est montée entre l'entrée du détecteur et la première entrée de la porte

"OU EXCLUSIF" 158.

Une seconde résistance R6 de détection de flanc est montée entre la seconde entrée de la porte "OU EXCLUSIF" 158 et l'entrée du détecteur 157, et un condensateur C2, faisant partie du détecteur de flanc, est également monté entre la masse et la seconde entrée de la porte "OU

EXCLUSIF" 158.

Il convient de noter que le signal de polarité SP est appliqué directement à la première entrée de la porte "OU EXCLUSIF", mais qu'il est retardé pour atteindre la seconde entrée de la porte "OU EXCLUSIF", du fait du montage du condensateur C2 et de la seconde résistance R6 du détecteur de flanc. Le détecteur 158 de flanc produit une impulsion de sortie à chaque fois que le signal de polarité SP appliqué à son entrée change de polarité. La sortie du détecteur 158 est reliée à l'entrée d'horloge du compteur 156 d'état qui peut être du type "MC14017B" de la firme Motorola, Inc. A chaque fois qu'une impulsion est appliquée à l'entrée d'horloge, le compteur d'états avance incrémentiellement à - partir de l'état dans lequel il était précédemment. Etant donné que le compteur 156 d'état comporte une sortie correspondant au premier état, une sortie correspondant au deuxième état et une sortie correspondant au troisième état, à chaque fois qu'il reçoit une impulsion, il produit un signal de sortie qui progresse du premier état vers le deuxième état, ou du deuxième état vers le troisième état. Le signal d'état de repositionnement SER est utilisé pour repositionner le compteur dans le

premier état.

* Le signal d'état de repositionnement agit sur le compteur 156 d'états pour qu'il produise initialement un signal de sortie SEl correspondant au premier état, et l'absence d'un signal d'état de repositionnement permet au compteur de passer au deuxième état, puis au troisième état. Il est nécessaire

2467298.

50. de maintenir le compteur 156 dans le troisième état au cours d'autres changements du signal de polarité. Cette fonction est assumée par l'entrée d'inhibition d'horloge CLK INH du compteur 156, cette entrée étant connectée à la sortie du troisième état du compteur de manière à bloquer le compteur dans le troisième état dans lequel il reste jusqu'à ce qu'un autre signal d'état de repositionnement soit appliqué à l'entrée d'état de repositionnement RESET

du compteur 156.

Pour provoquer réellement les changements de direction du dispositif 46 de mise en oeuvre du processus du premier état vers le deuxième état et du deuxième état vers le troisième état, le signal de correction SC doit avoir une valeur différente pour chaque état. Il convient de noter que dans le troisième état, les variations du signal de correction sont les mêmes que celles

décrites pour le fonctionnement du contrôleur à un seul état et quatre modes.

A cet effet, on utilise les sorties des signaux des trois états du compteur 156 d'états, car ces sorties sont utilisées pour connecter trois jeux différents de résistances variables (un jeu pour chaque état) entre les sorties et les entrées négatives du premier amplificateur opérationnel 83a et du second amplificateur opérationnel 83b, ainsi qu'entre les entrées de gain G et

d'établissement E de l'amplificateur 82 d'instrumentation.

Comme montré sur la figure 35, chaque jeu de résistances comprend trois résistances variables séparées qui peuvent être réglées à la même valeur ou à des valeurs différentes, selon ce qui est nécessaire pour le

fonctionnement convenable des trois états.

Il apparaît que, lorsque le compteur d'états est dans le premier état, correspondant à l'état un sur le graphique de la figure 33, la première résistance variable RIA de l'état un est montée entre la sortie du premier amplificateur opérationnel 83a et l'entrée négative de ce même amplificateur par l'intermédiaire d'un commutateur analogique 94c de l'état un; la deuxième résistance variable R2A de l'état un est montée de la même manière par l'intermédiaire d'un deuxième commutateur analogique 94f de l'état un entre

les bornes du second amplificateur opérationnel 83b; et la troisième résis-

tance variable R4A de l'état un est montée entre les entrées de gain et d'établissement de l'amplificateur 82 d'instrumentation par l'intermédiaire d'un

troisième commutateur analogique 94i de l'état un.

Lorsque. le compteur d'états est dans l'état deux, les premier, deuxième et troisième commutateurs analogiques 94b, 94e et 94h de l'état deux sont mis respectivement en action et connectent respectivement la première résistance variable RIB de l'état deux entre la sortie du premier 51.

amplificateur opérationnel 83a et l'entrée négative de ce même amplifi-

cateur; la deuxième résistance variable R2B de l'état deux entre la sortie du second amplificateur opérationnel 83b et l'entrée négative de ce même amplificateur; et la troisième résistance variable R4B de l'état deux est montée entre les entrées de gain et d'établissement de l'amplificateur 82 d'instrumentation, de manière que l'on obtienne, pour ces trois dispositifs, des

facteurs de gain pouvant être différents de ceux de l'état un.

De même que précédemment, dans l'état trois, les premier, deuxième et troisième commutateurs analogiques 94a, 94d et 94g de l'état trois sont utilisés pour connecter respectivement la première résistance variable RIC de l'état trois entre la sortie et l'entrée négative du premier amplificateur opérationnel 83a; la deuxième résistance variable R2C de l'état trois entre la sortie et l'entrée négative du second amplificateur opérationnel 83b; et la troisième résistance variable R4C de l'état trois entre les entrées de gain et d'établissement de l'amplificateur 82 d'instrumentation, de manière que l'on obtienne, pour ces trois dispositifs, des facteurs de gain pouvant être

différents de ceux obtenus dans l'état un ou dans l'état deux.

Pour établir une corrélation entre ces résistances et pour montrer comment le dispositif passe d'un état à un autre, il convient de noter que les résistances RI, R2 et R4 utilisées dans l'amplificateur d'erreur et de rythme à trois états correspondent exactement aux résistances Rl, R2 et R4 du circuit amplificateur d'erreur et de rythme montré sur la figure 10 et associé au contrôleur à un seul état. La résistance R3 est la même pour les deux contrôleurs différents. Il apparaît donc que le compteur 156 d'états ainsi que le détecteur 157 de flanc font changer d'état le contrôleur de processus à trois états, comme montré sur' la figure 33. Le compteur 156 d'états est repositionné à l'état un par l'intermédiaire du signal de repositionnement, puis il est incrémenté à l'état deux et à l'état trois par le signal de polarité et le détecteur de flanc, et il reste dans l'état trois jusqu'à ce qu'il reçoive de

nouveau le signal de repositionnement.

Les valeurs des trois jeux de résistances montés entre les bornes des amplificateurs sont choisies de manière que, si le compteur d'états est repositionné à l'état un, le dispositif 46 de mise en oeuvre du processus soit actionné à une vitesse élevée et prédéterminée, dans le sens souhaité. Lorsque le signal de polarité change de polarité, le compteur 156 d'états reçoit du détecteur 157 de flanc une impulsion faisant passer le compteur d'états, et par conséquent le contrôleur de processus à trois états et quatre modes, dans l'état deux, et entraînant donc automatiquement la connexion du jeu de résistances

2467298.

* 52

de l'état deux entre les bornes des amplificateurs 82, 83a et 83b, de sorte que le dispositif 43 de commande actionne l'opérateur 45 pour déplacer le

dispositif 46 de mise en oeuvre du processus à une vitesse élevée et prédéter-

minée, en sens opposé, comme indiqué dans l'intervalle de l'état deux E2 sur le graphique de la figure 33. Dans cet état deux, l'addition de l'erreur et du taux de variation de l'erreur commence à être contrôlée et lorsque la polarité de cette addition change de nouveau, le compteur 156 d'états passe à l'état trois afin de

connecter le jeu de résistances de l'état trois entre les bornes de l'amplifi-

cateur 82 d'instrumentation, du premier amplificateur opérationnel 83a et du second amplificateur opérationnel 83b, ce qui a pour effet de faire fonctionner le dispositif comme un contrôleur à un seul état et quatre modes analogue à celui décrit précédemment. Le graphique de la figure 34 permet de voir qu'une

grande économie de temps est ainsi obtenue.

Il convient de noter que seul le circuit 145 d'entrée différentielle à trois états, et en particulier le circuit amplificateur 146 d'erreur et de rythme à trois états, faisant partie de ce circuit 145, est modifié pour faire fonctionner le contrôleur dans ces trois états différents et pour atteindre cette forte augmentation de vitesse. Les autres circuits utilisés dans le contrôleur à un seul état, tels que les divers circuits de correction, le circuit de vérification de la plage de validité, le circuit de démultiplication et de protection des instruments de mesure, le circuit intermédiaire de démulti-

plication, l'amplificateur de sommation, l'intégrateur de sommation et les

circuits de valeur absolue fonctionnent'exactement comme décrit précédem-

ment. Il convient de noter que le signal de polarité provenant du circuit de.

valeur absolue doit également être appliqué au circuit d'amplification d'erreur et de rythme à trois états lorsqu'on utilise les circuits de correction montrés

- sur les figures 7 et 8.

De même que précédemment, le signal de correction provenant du circuit d'amplification d'erreur et de rythme à trois états est appliqué au dispositif 43 de commande qui, lui-même, le transmet à l'opérateur 45. De même que précédemment, l'opérateur peut être constitué par l'un quelconque de plusieurs dispositifs tels que le dispositif de commande à commutation à deux directions montré sur la figure 17, un moteur synchrone réversible tel que celui montré sur la figure 18, un moteur réversible à courant continu comme

montré sur la figure 19 ou des bobines comme montré sur la figure 20.

En général, le dispositif 128 d'accélération du processus est une valve ou un clapet, alors que le second opérateur 127 est une bobine qui 53. constitue, avec la valve, une électrovalveu Le second dispositif 126 de commande est constitué de tout dispositif pouvant transformer un signal de niveau logique en un niveau capable d'actionner le dispositif d'accélération du processus. Dans le cas de la commande de l'électrovalve, ce dispositif peut être une partie d'un dispositif de commande à quatre conducteurs isolés et

courant continu de 5 ampères, comme décrit précédemment.

Lorsque le dispositif d'accélération du processus est utilisé avec le contrôleur de processus à trois états et quatre modes selon l'invention, le signal d'état un provenant du circuit amplificateur d'erreur et de rythme à trois états est transmis au second dispositif de commande 126. Dans ce cas, le dispositif d'accélération du processus n'est mis en oeuvre que lorsque le contrôleur de processus à trois états et quatre modes est dans son premier état. Si le dispositif d'accélération de processus est utilisé avec le contrôleur de processus à un seul état, le signal transmis au second dispositif 126 de commande est en général produit manuellement ou par le dispositif d'automatisation, pendant une durée limitée, jusqu'à ce que le signal de corrélation de processus approche du signal de valeur souhaitée, ce qui diminue

le temps nécessaire pour commander de grandes variations du point de réglage.

Un autre dispositif s'étant avéré particulièrement utile-dans une utilisation comme opérateur avec les contrôleurs à quatre modes et un seul

état ou trois états selon l'invention est un servo-moteur à courantcontinu.

Pour la commande d'un tel moteur, le signal de correction est appliqué à un circuit de commande dont la fonction est de commander un servo-moteur à courant continu dans une boucle fermée, afin que la vitesse et le sens du moteur dépendent directement de la tension et de la polarité du signal de correction. Les détails d'un tel circuit de commande sont bien connus de l'homme de l'art et sont décrits, par exemple, dans le bulletin AN4 "Incremental Motion Servos", de la firme PMI Motors, Division of Killmorgen

Corporation, Syossett, New York.

Ainsi, outre la mise en oeuvre d'un contrôleur à un seul état, utilisant la différence d'erreur et de rythme de variation de la différence

d'erreur pour exercer la meilleure fonction possible de commande, confor-

mément aux notions antérieures de la théorie des contrôleurs, sans dépas-

sement, en abandonnant de telles notions antérieures et en provoquant volontairement un dépassement du point de réglage, on obtient un contrôleur

de processus beaucoup plus rapide que ceux réalisés jusqu'à présent.

54. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être

apportées au contrôleur décrit et représenté sans sortir du cadre de l'inven-

tion.

2467298 "

55.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. - Procédé de commande de processus au moyen d'un contrôleur de processus à trois états et quatre modes, caractérisé en ce qu'il consiste à produire un signal de valeur souhaitée appliqué au contrôleur de processus et correspondant à l'état dans lequel on souhaite placer le processus, à appliquer un signal de réaction au contrôleur de processus, ce signal provenant du processus à commander et indiquant l'état actuel du processus, à appliquer au contrôleur de processus un signal d'état de repositionnement conçu pour assurer un repositionnement aisé du contrôleur dans un premier état, comme souhaité, de manière que le contrôleur de processus commence à fonctionner dans ce premier état en produisant un signal de correction agissant sur un dispositif de mise en òuvre du processus afin que ce dispositif change la condition du processus pour opérer à une vitesse élevée et prédéterminée, dans un premier sens souhaité, le procédé consistant également à utiliser lesdits signaux de valeur souhaitée, de réaction et d'état de repositionnement pour que le contrôleur de processus passe dans un deuxième état de fonctionnement lorsque la différence d'erreur entre le signal de valeur souhaitée et le signal de réaction change de polarité afin de produire un signal de correction agissant sur le dispositif de mise en oeuvre du processus pour qu'il fonctionne à une vitesse élevée et prédéterminée, en sens opposé au précédent, le procédé consistant en outre à utiliser la différence d'erreur, le rythme de variation de la différence d'erreur et le signal d'état de repositionnement pour agir sur le contrôleur de processus afin de le faire passer dans un troisième état de fonctionnement lorsque la sommation de la différence d'erreur et du rythme de variation de ladite différence d'erreur change de polarité, à produire un signal de correction à partir des signaux de valeur souhaitée et de réaction alors que le contrôleur de processus est dans son troisième état dans lequel il est en position de prévision et d'attente d'être saturé dès qu'une nouvelle valeur souhaitée est appliquée ou qu'un changement de processus apparaît par suite de l'utilisation dudit rythme de variation et de ladite différence d'erreur, dans lequel également il reste inchangé tant que le processus contrôlé et le signal de valeur souhaitée restent inchangés et à l'état statique, dans lequel en outre, s'il est saturé, il est sorti de l'état de saturation par l'utilisation de ladite différence d'erreur et dudit rythme de variation d'une manière faisant varier la valeur du signal de correction beaucoup plus rapidement que si la différence d'erreur seule était utilisée, et dans lequel, si le processus est dans une condition dynamique, il est modifié de manière à passer par une série de positions jusqu'à une valeur d'amplitude inférieure, mais de l'une ou de l'autre 56. polarité, jusqu'à ce qu'il atteigne une valeur correspondant à ladite condition que l'on souhaite donner au processus pour, en utilisant le signal de correction,

amener ce processus à ladite condition souhaitée.

2. - Contrôleur de processus à trois états et quatre modes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif destiné à recevoir un signal de valeur souhaitée correspondant à la condition dans laquelle on souhaite placer le processus, à recevoir un signal de réaction provenant du processus à contrôler et indiquant l'état actuel du processus, à recevoir un signal d'état de repositionnement destiné à assurer un repositionnement aisé du contrôleur de processus (125) dans un premier état, comme souhaité, de manière que le contrôleur (125) de processus commence à fonctionner dans ce premier état, un dispositif destiné à produire un signal de correction alors que le contrôleur (125) de processus est dans son premier état, afin que le dispositif (46) de mise en oeuvre du processus change la condition du processus pour travailler à une vitesse élevée et prédéterminée, dans un premier sens souhaité, lesdits signaux de valeur souhaitée, de réaction et d'état de repositionnement étant utilisés

pour que le contrôleur de processus passe dans un deuxième état de fonction-

nement lorsque la différence d'erreur entre le signal de valeur souhaitée et le signal de réaction change de polarité, un dispositif destiné- à produire un signal de correction alors que le contrôleur de processus est dans son deuxième état, de manière que le dispositif de mise en oeuvre du processus fonctionne à une

vitesse élevée et prédéterminée, en sens opposé au précédent, ladite diffé-

rence d'erreur, le rythme de variation de la différence d'erreur et le signal d'état de repositionnement étant utilisés pour faire passer le contrôleur de processus dans son troisième état de fonctionnement lorsque la sommation de la différence d'erreur et du -rythme de variation de la différence d'erreur change de polarité, un dispositif destiné à produire un signal de correction à partir des signaux de valeur souhaitée et de réaction alors que le contrôleur de processus est dans son troisième état, de manière à établir une prévision et une tentative de saturation dès qu'une nouvelle valeur souhaitée est appliquée ou qu'un changement de processus apparaît par l'utilisation dudit rythme de variation et de ladite différence d'erreur, de manière également à rester inchangé tant que le processus contrôlé et Ie signal de valeur souhaitée restent inchangés et dans une condition statique, de manière en outre, s'il est saturé, à être sorti de l'état de saturation par l'utilisation de ladite différence d'erreur et dudit rythme de variation d'une façon modifiant la valeur du signal de correction beaucoup plus rapidement que si la seule différence d'erreur était utilisée, et de manière également, si le processus est dans une condition

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57. dynamique, à être changé en passant par, une. série d'états pour atteindre une valeur d'amplitude inférieure, mais d'une polarité ou de l'autre, jusqu'à ce qu'il atteigne une valeur correspondant à ladite condition dans laquelle on souhaite placer le processus pour, en utilisant le signal de correction, faire arriver le processus à ladite condition souhaitée. 3. - Procédé d'essai de carburateur en tout nombre souhaité de points dans la plage de fonctionnement dès carburateurs, au moyen d'un écoulement subsonique pour déterminer les débits d'écoulement d'air et de carburant passant dans le carburateur essayé, ce procédé consistant à mettre en oeuvre un banc d'essai convenable sur lequel le carburateur peut être monté,

à placer une cloche convenable au-dessus du banc d'essai afin que le carbu-

rateur soit renfermé hermétiquement sous cette cloche, à réguler en continu la pression régnant à l'intérieur de la cloche, au moyen d'un dispositif de réglage et de mesure de la pression de la cloche comprenant un contrôleur de processus à trois états et quatre modes afin d'établir rapidement la pression souhaitée dans la cloche à chaque point auquel un essai est réalisé sur le carburateur, dans le meilleur temps possible, à régler simultanément la pression du carburant arrivant au carburateur, à provoquer simultanément un écoulement d'air dans le carburateur en établissant une dépression en aval de ce carburateur, à déterminer en même temps les débits d'écoulement d'air et de carburant arrivant au carburateur, et à commander en même temps la

rotation du papillon du carburateur jusqu'à ce que la condition d'essai prédéter-

minée et souhaitée soit atteinte.

4. - Procédé d'essai de carburateur en tout nombre souhaité de points dans la plage de fonctionnement des carburateurs, au moyen d'un écoulement subsonique, pour déterminer les débits d'écoulement d'air et de carburant dans le carburateur essayé, le procédé étant caractérisé en ce qu'il

consiste à mettre en oeuvre un banc d'essai convenable sur lequel le carbu-

rateur peut être monté, à placer une cloche convenable au-dessus du banc d'essai afin que le carburateur soit renfermé hermétiquement sous cette cloche, à réguler en continu la pression régnant à l'intérieur de la cloche, à régler simultanément la pression du carburant arrivant au carburateur, à provoquer en même temps un écoulement d'air dans le carburateur en réglant en continu la dépression du collecteur appliquée au carburateur au moyen d'un dispositif de réglage et de mesure de la dépression du collecteur, comprenant un contrôleur de processus à trois états et quatre modes, à déterminer

simultanément les débits d'écoulement d'air et de carburant arrivant au-

carburateur, et à commander en même temps la rotation du papillon du 246129.8 i 58. carburateur jusqu'à ce que la condition d'essai prédéterminée et souhaitée soit atteinte. - 5. - Procédé d'essai de carburateur en tout nombre de points souhaité dans la plage de fonctionnement des carburateurs, au moyen d'un écoulement subsonique, pour déterminer les débits d'écoulement d'air et de carburant dans le carburateur essayé, le procédé étant caractérisé en ce qu'il

consiste à mettre en oeuvre un banc d'essai convenable sur lequel le carbu-

rateur peut être monté, à placer au-dessus du banc d'essai une cloche convenable destinée à renfermer hermétiquement le carburateur, à réguler en continu la pression régnant à l'intérieur de la cloche, à provoquer en même temps un écoulement d'air dans le carburateur en établissant une dépression en aval du carburateur, à déterminer simultanément les débits d'écoulement d'air et de carburant arrivant au carburateur, et soit à régler simultanément la pression du carburant arrivant au carburateur et commander en même temps la rotation du papillon du carburateur au moyen d'un dispositif dé réglage et de mesure du débit d'écoulement d'air, comprenant un contrôleur de processus à trois états et quatre modes, jusqu'à ce que-la condition d'essai prédéterminée et souhaitée soit atteinte, soit à régler simultanément la pression du carburant - arrivant au carburateur par l'utilisation d'un contrôleur de processus à trois états et quatre modes et commander en même temps la rotation du papillon du carburateur jusqu'à ce que la condition d'essai prédéterminée et souhaitée soit atteinte. 6. - Procédé d'essai de carburateur en tout nombre souhaité- de

points de la plage de fonctionnement -des carburateurs, à Paide d'un ecou-

lement subsonique, pour -déterminer les débits d'écoulement d'air et de carburant dans le carburateur essayé, le procédé étant caractérisé en ce qu'il

consiste à mettre en oeuvre un banc d'essai convenable sur lequel le carbu-

rateur peut être monté, à placer au-dessus de ce banc d'essai une cloche convenable destinée à renfermer hermétiquement le carburateur, à régulér en continu la pression régnant à l'intérieur de la cloche à Paide d'un dispositif de réglage et de mesure de pression comprenant un contrôleur de processus à trois états et quatre modes afin de placer rapidement lapression de la cloche à la valeur souhaitée, à chaque point d'essai du carburateur, dans le meilleur temps possible, à régler en même -temps la pression du carburant arrivant au

carburateur, à provoquer simultanément un écoulement d'air dans le carbu-

rateur par un réglage continu de la dépression du collecteur appliquée au carburateur à l'aide d'un dispositif de réglage et de mesure de la dépression du collecteur, comprenant un contrôleur de processus à trois états et quatre 246729i 59. modes, à déterminer en même temps les débits d'écoulement d'air et de carburant arrivant au carburateur, et à commander en même temps la rotation du papillon du carburateur jusqu'à ce que la condition d'essai prédéterminée et souhaitée soit atteinte, ladite rotation du papillon du carburateur étant de préférence commandée par l'intermédiaire d'un dispositif de réglage et de mesure du débit d'écoulement d'air, comprenant un contrôleur -de processus à trois états et quatre modes, jusqu'à ce que la condition d'essai prédéterminée

et souhaitée soit atteinte.

7. - Appareil d'essai de carburateur en tout nombre souhaité de points dans la plage de fonctionnement des carburateurs, à l'aide d'un écoulement subsonique, pour déterminer les débits d'écoulement d'air et de carburant dans le carburateur essayé, l'appareil comprenant un banc d'essai convenable (57) sur lequel le carburateur (56) peut être monté, une cloche convenable (59) placée au-dessus du banc d'essai et destinée à renfermer hermétiquement le carburateur, un dispositif de réglage continu de la pression régnant à l'intérieur de la cloche, ce dispositif comprenant un dispositif (135) de réglage et de mesure de la pression de la cloche qui comprend un contrôleur de processus à trois états et quatre modes afin d'établir rapidement la pression souhaitée à l'intérieur de la cloche, pour chaque point d'essai du carburateur, dans le meilleur temps possible, un dispositif destiné à régler en même temps la pression du carburant/arrivant au carburateur, un dispositif destiné à provoquer en même temps un écoulement d'air dans le carburateur, un dispositif destiné à déterminer simultanément les débits d'écoulement d'air et de carburant arrivant au carburateur, et un dispositif destiné à commander en même temps la rotation du papillon du carburateur jusqu'à ce que la condition

d'essai prédéterminée et souhaitée soit atteinte.

8. - Appareil d'essai de carburateur en tout nombre souhaité de

points de la plage de fonctionnement des carburateurs, à l'aide d'un écou-

lement subsonique, pour déterminer les débits d'écoulement d'air et de carburant dans le carburateur essayé, l'appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte un banc d'essai convenable (57) sur lequel le carburateur (56) peut être monté, une cloche convenable (59) placée au-dessus du banc d'essai et destinée à renfermer hermétiquement le carburateur, un dispositif destiné à régler en continu la pression régnant à l'intérieur de la cloche, un dispositif destiné à régler en même temps la pression du carburant arrivant au carburateur, un dispositif destiné à provoquer en même temps un écoulement d'air dans le carburateur en réglant en continu la dépression du collecteur appliquée au carburateur à l'aide d'un dispositif (135) de réglage et de mesure

2467298%-

60. de la pression du collecteur, comprenant un. contrôleur de processus à trois états et quatre modes, un dispositif destiné à déterminer simultanément les débits d'écoulement d'air et de carburant arrivant au carburateur, et un dispositif destiné à commander en même temps la rotation du papillon du carburateur jusqu'à ce que la condition d'essai souhaitée et prédéterminée soit atteinte. 9. - Appareil d'essai de carburateur en tout nombre souhaité de points de la plage de fonctionnement des carburateurs, au moyen d'un écoulement subsonique, pour déterminer les débits d'écoulement d'air et de carburant passant dans le carburateur essayé, l'appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte un banc d'essai convenable (57) sur lequel le carburateur (56) peut être monté, une cloche convenable (59) disposée au-dessus du banc d'essai et destinée à renfermer hermétiquement le carburateur, un dispositif destiné à régler en continu la pression régnant à l'intérieur de la cloche, un dispositif destiné à provoquer simultanément un écoulement d'air dans le carburateur, un dispositif destiné à déterminer simultanément les débits d'écoulement d'air et de carburant arrivant au carburateur, et soit un dispositif destiné à régler en même temps la pression du carburant arrivant au carburateur, et un dispositif destiné à commander en même temps la rotation du papillon du carburateur à l'aide d'un dispositif (135) de réglage et de mesure du débit d'écoulement d'air, comprenant un contrôleur de processus à trois états et quatre modes, jusqu'à ce que la condition d'essai prédéterminée et souhaitée soit atteinte, soit un dispositif destiné à régler simultanément la pression du carburant arrivant au carburateur par la mise en oeuvre d'un contrôleur de processsus à trois états et quatre modes, et un dispositif destiné à commander en même temps la rotation du papillon du carburateur jusqu'à ce que la condition d'essai prédéterminée et

- souhaitée soit atteinte.

10. - Appareil d'essai de carburateur en un nombre quelconque de

points de la plage de fonctionnement- des carburateurs, à l'aide d'un écou-

lement subsonique, pour déterminer les débits d'écoulement d'air et de carburant dans le carburateur essayé, l'appareil étant caractérisé en ce qu'il consiste en un banc d'essai convenable (57) sur lequel le carburateur (56) peut être monté, une cloche convenable (59) glacée audessus du banc d'essai et destinée à renfermer hermétiquement le carburateur, un dispositif destiné à régler en continu la pression régnant à l'intérieur de la cloche au moyen d'un

dispositif (135) de réglage et de mesure de la pression de la cloche, compre-

nant un contrôleur de processus à trois états et quatre modes, afin d'établir rapidement la pression souhaitée à l'intérieur de la cloche, pour chaque point 61. d'essai du carburateur, dans le meilleur temps possible, un dispositif destiné à régler en même temps la pression du carburant arrivant au carburateur, un dispositif destiné à provoquer en mêmé temps un écoulement d'air dans le carburateur par un réglage continu de la dépression du collecteur appliquée au carburateur à l'aide d'un dispositif (135) de réglage et de mesure de la pression du collecteur, ce dispositif (135) comprenant un contrôleur de processus à trois états et quatre modes, l'appareil comportant également un dispositif destiné à déterminer simultanément les débits d'écoulement d'air et de carburant arrivant au carburateur, et un dispositif destiné à commander simultanément la rotation du papillon du carburateur jusqu'à ce que la condition d'essai prédéterminée et souhaitée soit atteinte, le dispositif destiné à commander la rotation du papillon du carburateur étant de préférence commandé par la mise en oeuvre d'un dispositif (135) de réglage et de mesure du débit d'écoulement d'air, comprenant un contr8leur de processus à trois états et quatre modes,

jusqu'à ce que la condition d'essai souhaitée et prédéterminée soit atteinte.