FR2581216A1

FR2581216A1 - Regulateur a reglage automatique du type a reconnaissance de forme

Info

Publication number: FR2581216A1
Application number: FR8506502A
Authority: FR
Inventors: Thomas W Kraus
Original assignee: Foxboro Co
Current assignee: Schneider Electric Systems USA Inc
Priority date: 1983-12-12
Filing date: 1985-04-29
Publication date: 1986-10-31
Also published as: NL8500960A; SE8501616D0; SE8501616L; SE457389B; AU582740B2; KR920002832B1; FR2581216B1; AU4038685A; DE3512276A1; KR860008509A; CH675779A5; CA1235212A; US4602326A

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN REGULATEUR A REGLAGE AUTOMATIQUE DU TYPE A RECONNAISSANCE DE FORME. IL COMPORTE UN DETECTEUR 16 REAGISSANT AU COMPORTEMENT EN BOUCLE FERMEE D'UNE VARIABLE 14 COMMANDEE D'UN PROCESSUS EN MESURANT UNE PREMIERE ET UNE SECONDE CARACTERISTIQUES, ET UN DISPOSITIF DE REGLAGE 10 RELIE AU DETECTEUR ET REAGISSANT AUX DEUX CARACTERISTIQUES EN MODIFIANT EN CONSEQUENCE UN PARAMETRE DE FONCTIONNEMENT POUR QUE LE COMPORTEMENT DUDIT REGULATEUR S'ADAPTE A CELUI DU PROCESSUS. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A LA REGULATION DE PROCESSUS DYNAMIQUES.

Description

La présente invention se rapporte d'une façon gé-

nérale aux régulateurs évolutifs destinés à commander un processus, et concerne plus particulièrement un régulateur à réglage automatique du type à reconnaissance de formes dans lequel des paramètres de fonctionnement sont changés

automatiquement selon les besoins en réponse à des diffé-

rences apparaissant entre l'état réel et l'état voulu du processus, de manière que le comportement du régulateur

s'adapte pratiquement à la dynamique du processus.

Dans une boucle de commande courante, un régula-

teur est couplé avec un processus et une variable du proces-

sus commandée, comme une température, un débit ou un niveau, est mesurée et ramenée comme un signal au régulateur qui compare ce signal avec une valeur voulue, connue comme point de réglage Différents éléments du régulateur réagissent à un signal d'erreur en produisant un signal de commande qui règle le processus de manière que la variable commandée

soit maintenue à la valeur voulue Comme cela est bien con-

nu, il est avantageux que le comportement du régulateur s'a-

dapte a la dynamique d'un processus de manière que 1l'ensem-

ble de la boucle de commande puisse être maintenue à son état optimal, particulièrement après que le processus a été perturbé ou qu'un changement brusque a été effectué sur le point de réglage Un régulateur à réglage automatique du type à

reconnaissance de formes, règle automatiquement ses para-

mètres de fonctionnement de manière que son comportement

change selon les besoins pour maintenir la boucle de com-

mande à l'état optimal. Il est bien entendu que la recon-

naissance de formes est une technique connue utilisée pour régler manuellement les paramètres de fonctionnement d'un régulateur. En général, le système de commande fonctionnant dans un mode d'état permanent est perturbé et la forme de la réponse est observée. Un opérateur humain compare cette

forme avec une forme voulue et modifie les réglages du régu-

lateur de manière que les deux formes soient sensiblement adaptées. Le réglage peut donc être long et coûteux si de

nombreuses tentatives empiriques sont faites avant que l'ex-

périence voulue et/ou la connaissance du processus soit ob-

tenue pour régler les paramètres de fonctionnement du régu-

lateur.

En outre, étant donné que les réglages du régu-

lateur concernent un groupe particulier et une plage de conditions de fonctionnement, un nouveau réglage manuel est nécessaire pour compenser les variations des conditions de fonctionnement qui peuvent résulter de modifications de points de réglage, de perturbations de charges du processus

ou du vieillissement, de l'usure et de la corrosion de l'é-

quipement de commande. Différentes tentatives ont été fai-

tes avec un succès limité pour fournir un régulateur évolu-

tif qui rende inutile, mais qui vienne doubler l'opération

de réglage manuel effectuée par un opérateur entrainé.

Dans de nombreuses applications, les équations qui décrivent le comportement dynamique de la boucle de

commande sont très complexes de sorte qu'il est très diffi-

cile de déterminer par voie analytique, les paramètres de fonctionnement qui doivent être utilisés pour obtenir la

forme idéale voulue. Il en résulte que des solutions analy-

tiques sont souvent basées sur des hypothèses simplifica-

trices qui réduisent la plage de conditions de fonctionne-

ment ou le nombre des applications du processus qui peuvent

être commandées sans intervention humaine.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3 798 426 décrit un régulateur évolutif à évaluation de forme qui

peut être réglé sans opérateur humain. Comme cela est dé-

crit dans ce brevet, lorsque le processus commandé est re-

couvré à partir d'une modification importante comme une perturbation locale ou un changement de point de réglage,

le régulateur examine le comportement de recouvrement ini-

tial de la variable commandée du processus et calcule dif-

férents intervalles de temps d'évaluation. Les écarts de cette variable du processus par rapport à sa valeur voulue

sont de préférence intégrés sur chacun des intervalles d'é-

valuation et sont combinés pour produire un signal d'erreur intégrée Sur la base de la valeur de l'erreur intégrée, les paramètres de fonctionnement du régulateur sont changés selon les besoins pour assurer une action de commande opti-

male quand le processus est à nouveau modifié.

Mais la relation entre le comportement de rattra-

page initial et la valeur des intervalles d'évaluation as-

sociés ne reste pas toujours constante dans tous les cas de

fonctionnement. Bien que le régulateur décrit dans ce bre-

vet convienne pour commander un processus non linéaire com-

plexe, il y a des limites au nombre de situations qui peu-

vent être gérées avant qu'il soit nécessaire qu'un opérateur

humain change les critères utilisés pour déterminer les in-

tervalles d'évaluation.

Le besoin existe donc d'un régulateur adaptatif perfectionné qui convient pour une large plage de conditions

de fonctionnement et/ou d'application. I1 est en outre sou-

haitable de réduire au minimum ou d'éliminer les services

d'un opérateur humain, particulièrement dans le cas o l'o-

pérateur se trouve en face de dangers physiques.

Les limitations précitées des boucles de comman-

des et des régulateurs de l'art antérieur sont éliminées grâce à un régulateur à réglage automatique perfectionné

qui comporte un détecteur mesurant au moins deux caractéris-

tiques du comportement de la variable commandée du processus, ce comportement résultant de la réaction du processus à une

modification des conditions de fonctionnement. Le régula-

teur comporte également un adaptateur connecté à une sortie du détecteur pour réagir aux deux caractéristiques et pour changer un paramètre de fonctionnement du régulateur selon

les besoins, de manière que la réponse de la boucle de com-

mande s'adapte à un critère de performance prescrit lors-

que des perturbations ou des modifications ultérieures sont

appliquées au processus.

Dans un mode de réalisation de l'invention, le ré-

gulateur est du type proportionnel intégral dérivé (PID).

Quand le régulateur est réglé à l'état de commande, des crêtes du signal d'erreur dépassant des niveaux prescrits basés sur une bande de bruit sont détectées et utilisées pour calculer des caractéristiques de dépassement et d'a- mortissement de la réponse en boucle fermée de la boucle de commande, Des variations sont apportées selon les besoins aux coefficients PID en fonction des différences entre la valeur calculée et la valeur voulue des caractéristiques de dépassement et d'amortissement. Des dispositions sont également prises pour un mode de préadaptation, dans lequel le régulateur évalue la réponse en boucle ouverte de la boucle de commande et détermine les valeurs initiales des

coefficients PID, un temps d'attente maximal lié à la pério-

de approximative du.processus et une bande de bruit.

L'invention convient pour la commande d'une large plage de conditions de fonctionnement et d'applications

sans intervention humaine. Elle n'impose pas qu'une connais-

sance approfondie concernant le processus particulier à commander soit accumulée. Etant donné que selon l'invention, le comportement de la variable commandée du processus est évalué chaque fois que ce processus réagit à une condition de modification, un réglage-est effectué automatiquement contre les effets nuisibles de perturbations locales, ou de vieillissement, d'usure et de corrosion de l'équipement de commande. En outre, selon l'invention, le comportement de

la boucle de commande est évalué en mesurant des caracté-

rtstiques réelles de fonctionnement dans le but d'effectuer

des comparaisons avec des valeurs voulues de ces caracté-

ristiques. Il en résulte l'élimination des problèmes pré-

cités associés avec les régulateurs antérieurs qui tentent de trouver des solutions analytiques aux équations complexes

décrivant le comportement de la boucle de commande.

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-

tion apparaitront au cours de la description qui va suivre.

Aux dessins annexes, donnés uniquement à titre d'exemples nullement limitatifs, - la Fig. lA est un schéma simplifié d'une boucle de commande qui comporte un régulateur selon l'invention, - la Fig. lB est un schéma simplifié des compo- sants électroniques d'un mode de réalisation du régulateur de la Fig. lA,

- la Fig. 2 est une courbe illustrant le comporte-

ment du signal d'erreur produit dans la boucle de commande de la Fig. lA, - les Fig. 3A et 3B, 8A et 8B représentent ensemble un organigramme qui décrit les opérations particulières de ce mode de réalisation de l'invention,

- la Fig. 9 est une courbe de l'amplitude en fonc-

tion du temps du comportement de la variable commandée du processus, utilisée selon l'invention, - la Fig. 10 est un schéma simplifié du circuit de bande de bruit utilisé selon l'invention pour déterminer le niveau de bruit, - la Fig. l1 est une courbe de convergence des

résultats d'essais obtenus lorsque l'invention est appli-

quée à un processus à retard dominant lorsque le coefficient D est nul,

- la Fig. 12 est une courbe de convergence repré-

sentant les résultats d'essais obtenus lorsque l'invention est appliquée à un processus à retard dominant fonctionnant

avec un ensemble de conditions différentes de celles utili-

sées sur la Fig. 11, - la Fig. 13 est une courbe de convergence des résultats obtenus lorsque l'invention est appliquée à un processus dominé par un temps mort, et - la Fig. 14 est une courbe montrant les résultats obtenus lorsque l'invention est appliquée à un processus variable.

- la Fig.lA est donc un schéma simplifié d'une bou-

cle de commande de processus 8 qui comporte un régulateur 10

à réglage automatique réalisé selon l'invention, et un ap-

pareil de processus 12 caractérisé par une variable 14 com-

mandée du processus, à titre d'exemple non limitatif, une

température, une pression, un niveau ou une concentration.

Un capteur 16, connecté pour recevoir la variable 14 du pro-

cessus, produit un signal de mesure 18 qui représente la va-

leur de cette variable 14. Le capteur 16 est connecté à un

commutateur 110 qui, dans le cadre de la présente descrip-

tion, est connecté à un convertisseur analogique-numérique 160. Un point de réglage 22 appliqué au convertisseur 160

représente la valeur voulue de la variable 14 du processus.

Le régulateur 10 à réglage automatique produit un signal de commande 20 en réponse au signal de mesure 18 numérisé et au point de réglage 22. Un élément de commande final 23, comme une vanne, ayant pour fonction de régler la valeur d'une variable 24 commandée par le régulateur, reçoit le signal

de commande 20 produit à la sortie d'un convertisseur numé-

rique-analogique 162 de type courant. Le processus 12 réagit

aux variations de cette variable en produisant des varia-

tions de la variable 14 du processus de manière que sa va-

leur soit pratiquement égale à la valeur voulue représentée

par le point de réglage 22.

Il est bien entendu que le processus 12 peut éga-

lement réagir à une perturbation 26. Si l'amplitude de la

perturbation 26 est suffisante pour que le processus 12 chan-

ge de façon appréciable la valeur de la variable 14 du pro-

cessus, la boucle de commande 8 réagit en conséquence avec

une action corrective pour éliminer les effets de la pertur-

bation 26.

Un comparateur 30, connecté pour recevoir le si-

gnal de mesure 18 et le point de réglage 22 produit un si-

gnal d'erreur 32 qui représente la différence entre la va-

leur de la variable 14 du processus et la valeur voulue. Un adaptateur 34 qui sera décrit plus en détail par la suite, est connecté au comparateur 30 pour en recevoir le signal

d'erreur 32. L'adaptateur 34 produit alors un signal de trai-

tement 40 qui est appliqué à une entrée d'un moniteur con-

ventionnel 42 proportionnel, intégral et dérivée (PID). Le moniteur PID 42, également connecté au comparateur 30 pour

en recevoir le signal d'erreur 32, produit le signal de ré-

gulateur 20, représentant l'action corrective, qui est pro- portionnel à une somme de trois termes du signal d'erreur 32, plus une intégrale par rapport au temps du signal d'erreur et une dérivée par rapport au temps du signal d'erreur. Les contributions relatives de chacun de ces trois termes sont

déterminées par des constantes qui sont connues respective-

ment comme des coefficients de proportionnel P. d'intégra-

tion I et de dérivation D. Le moniteur 42 réagit au signal

de traitement 40 en réglant les valeurs des coefficients PID.

L'adaptateur 34 comporte une borne d'entrée 44 qui reçoit

un signal d'initialisation 46, qui sera décrit plus en dé-

tail par la suite, de manière que le fonctionnement correct

de la boucle de commande 8 puisse commencer des que le moni-

teur 10 à réglage automatique est mis en fonctionnement.

La Fig. lB est un schéma simplifié des composants électroniques de l'adaptateur 34. Le signal de mesure 18 et le point de réglage 22 sont appliqués aux conducteurs

d'entrée du convertisseur analogique-numérique 160 qui déli-

vre des signaux numériques représentant le signal de mesure 18 et le point de réglage 22. Ces signaux numériques sont transmis par une ligne omnibus 402 qui est connectée à un microprocesseur 404 de type Intel 8051, à une mémoire vive (RAM) 406, à une mémoire morte programmable électriquement

(EPROM) 408 et au convertisseur numérique-analogique 162.

Il faut noter que l'adaptateur 34 est réalisé en fait comme un logiciel de calculateur qui est mémorisé dans la mémoire

408 et qui commande le fonctionnement des circuits réels.

La mémoire 406 comporte la mémoire de données et les regis-

tres nécessaires pour que le microprocesseur 404 effectue les opérations commandées par le programme dans la mémoire morte 408. Quand l'adaptateur 34 a traité les informations dérivées du signal de mesure 18 et du point de réglage 22,

le signal de traitement 40 est appliqué au moniteur PID 42.

Selon les Fig. 1A, lB et 2, le comportement du

signal d'erreur 32 le long d'une ligne de base de temps re-

présente la réponse en boucle fermee de la boucle de com-

mande 8 à une condition de variation importante qui entra;- ne une différence entre les valeurs du signal de mesure 18

et du point de réglage 22. En général, la condition de va-

riation importante est provoquée par une perturbations de charge 26 (comme un changement des conditions ambiantes de

fonctionnement) modifiant brusquement la valeur de la varia-

ble 14 dépendant du processus, ou une variation brusque du

point de réglage 22. La Fig. 2 montre une courbe 50 du si-

gnal d'erreur 32 à titre d'exemple. L'axe horizontal de la courbe représente le temps T et l'axe vertical représente M, à savoir l'amplitude du signal d'erreur 32 qui est la différence entre la valeur de la variable 14 commandée du processus et sa valeur voulue représentée par le point de réglage 22. Il apparaît que la courbe 50 se caractérise par

trois crêtes, 52, 54 et 56 (appelées également extrêmes lo-

cales) ayant des amplitudes respectives El, E2 et E3 et ap-

paraissant respectivement aux instants T1, T2 et T3. Even-

tuellement, la boucle de commande 8 réagit à la condition de variation initiale de manière que l'amplitude M de la

courbe 50 soit pratiquement nulle, correspondant à la condi-

tion dans laquelle la variable 14 du processus est revenue

ou a été changée jusqu'à sa valeur voulue.

Il est bien entendu que la réponse en boucle fer-

mée de la boucle de commande 8 (représentée par le compor-

tement de la courbe 50) peut être spécifiée en termes d'a-

mortissement, de dépassement et de période qui sont des me-

sures de performance bien connues des ingénieurs pour dé-

crire le comportement d'une boucle de commande. En partiou-

lier, l'amortissement DMP, le dépassement OVR et la période

TO peuvent être définis de la manière suivante.

DMP = (E3-E2)/(E1-E2)

OVR = -E2/E1

TO = T3-T1

Il en résulte que le fonctionnement voulu de la

boucle de commande 8 peut être spécifié en fonction de va-

leurs prescrites pour l'amortissement, le dépassement et la période, ces valeurs pouvant à leur tour être utilisées pour décrire une configuration ou forme idéale pour régler le régulateur lO à réglage automatique. Autrement dit, si la courbe 50 est adaptée à la forme idéale, les réglages du

régulateur produisant cette courbe sont optimaux. Selon l'in-

vention, la forme idéale comporte de préférence trois crê-

tes disposées de manière que la seconde apparaisse au mi-

lieu de l'intervalle entre la première et la troisième.

Il faut noter que la forme particulière de la courbe 50 représente le cas o la valeur du point de réglage 22 a été brusquement augmentée, produisant ainsi la-crête d'erreur positive 52. Si la valeur du point de réglage 22

était brusquement réduite, la première crête du signal d'er-

reur 18 aurait une amplitude négative. Mais une forme idéa-

le peut encore être spécifiée en utilisant les mêmes valeurs

prescrites pour l'amortissement, le dépassement et la pé-

riode que celles qui ont été mentionnées ci-dessus à l'ex-

ception prés que dans ce dernier cas, la forme idéale serait

symétrique de celle voulue pour la courbe 50.

Les Fig. 3A et 3B à 8A et 8B forment un organi-

gramme qui décrit les opérations logiques de l'adaptateur 34. Cet organigramme est utilisable par l'homme de l'art

pour écrire le logiciel de calculateur utilisé dans l'inven-

tion. Quand le régulateur est initialement mis en marche,

ce qu'indique la case de départ 60 sur la Fig. 3A, l'adapta-

teur 34 remplit la fonction d'initialisation de la case 62.

Le fonctionnement du régulateur lO à réglage auto-

matique sera maintenant expliqué en regard de la courbe 50 de la Fig. 2 et des organigrammes. Avant que le régulateur n'assure la commande du processus 12, au moins cinq entrées

initiales peuvent être appliquées à l'entrée 44 (Fig.lA).

Ces cinq entrées sont: trois réglages initiaux des coeffi-

cients PID respectifs pour le moniteur PID 42, un réglage

de temps maximal d'attente qui est lié à l'échelle approxi-

mative des temps du processus et un réglage de bande de

bruit. La bande de bruit indiquée sur la Fig.2 est de pré-

férence égale à la moitié de la valeur crête à crête du bruit attendu dans le signal d'erreur 32. Les valeurs vou-

lues pour les caractéristiques d'amortissement et de dépasse-

ment peuvent également être introduites par l'utilisateur.

Mais si ces valeurs ne sont pas introduites, des valeurs 0,3 et 0,5 sont utilisées par le régulateur pour les termes DMP (utilisateur) et OVR (utilisateur). Apres avoir rempli la fonction d'initialisation, l'adaptateur 34 émet les valeurs initiales des coefficients PID sous la forme d'une partie du signal de traitement 40, ce qui entraine que le moniteur PID 42 établit les valeurs initiales comme des coefficients

PID.

D'une façon générale, le fonctionnement du régula-

teur 10 à réglage automatique peut être décrit en neuf états.

Le premier état est le mode de repos de la case 63 qui est associé avec la condition que l'amplitude M de la courbe 50

soit comprise entre un niveau supérieur et un niveau infé-

rieur, centrés de préférence autour de la ligne de base de

temps. Le niveau supérieur et le niveau inférieur ont cha-

cun une amplitude égale de préférence à quatre fois la ban-

de de bruit NB. Il faut rappeler que la bande de bruit NB est l'une des entrées initiales appliquées à l'adaptateur 34 par l'entrée 44. Dans son premier état, le régulateur 10 aà réglage automatique fonctionne avec les coefficients PID placés dans le moniteur PID 42 et remplit les fonctions de la case 64 de la Fig. 3A. Si à la case 64b, la valeur du

signal d'erreur 32 mesurée en 64a reste entre le niveau su-

périeur et le niveau inférieur, correspondant à la situation

décrite par la Fig.2 selon laquelle la courbe 50 est à gau-

che de l'instant Tq, aucune décision n'est prise concernant

des changements des coefficients PID (64c).

Si l'amplitude-M de la courbe 50 dépasse d'abord le niveau supérieur (égal à 4NB) le régulateur 10 passe par ll

1 1 2

la case 64d dans son second état qui est le mode de locali-

sation de crête 1 de la case 65 et, à la case 65a, l'adap-

tateur 34 compare l'amplitude M avec une quantité désignée

par PK1, mémorisée dans un registre de mémorisation de pre-

mière crête se trouvant dans la mémoire vive 406 de la Fig.

lB. En ce qui concerne la boucle 66 de la Fig. 3B, si l'am-

plitude M dépasse la quantité PK1 mémorisée, cette quantité

mémorisée est modifiée à la case 66a pour être égale à l'am-

plitude M et l'adaptateur 34 effectue ensuite une nouvelle

mesure du signal d'erreur 32 à la case 66b. Il est bien en-

tendu que si l'amplitude M augmente de valeur, la quantité PK1, qui est initialement nulle, augmente également jusqu'à

ce qu'elle devienne égale à l'amplitude de crête ET. Si l'am-

plitude M de la courbe 50 ne dépasse plus la valeur mémori-

sée et commence à décroitre, aucune autre modification n'est

faite au registre et l'adaptateur 34 passe dans son troisiè-

me état.

Le troisième état commence à la case 67 et consis-

* te en un mode de vérification de crête 1. Dans le cas pré-

sent, la courbe monte jusqu'à une amplitude de crête El qui

est positive. Par conséquent, le signe de PK1 est égal à +1.

Si la. première crête du signal d'erreur 32 était négative, la valeur du signe serait -1. Ce signe est utilisé dans une autre partie du régulateur. Quand l'amplitude de la courbe 50 décroit jusqu'à un niveau de 95 % de El, à la case 67a, un temporisateur, compris dans le microprocesseur 404 de la

Fig. 1B et ayant une valeur T qui est mémorisée dans la mé-

moire 406 de la Fig. 1B, est initialisé à zéro à la case 67B.

Le temporisateur est une horloge qui mesure l'instant d'ap-

parition de chaque mesure de l'amplitude M. L'initialisation du temporisateur quand M est de préference égal à 95 % de PK1 aide à réduire au minimum l'effet nuisible du temps mort et du bruit de la boucle de commande sur l'apparition en temps réel et la forme de la première crête. Autrement dit, si la première crête n'a pas une valeur extrême locale bien définie, l'adaptateur réagit à un événement plus spécifique

dans lequel M est 95% de PK1. Si la courbe 50 décroit en-

suite au-dessous de 60 % de El à la case 200, le temps:T60 mesuré de cet événement est également mémorisé à la case

a pour une utilisation ultérieure si certaines condi-

tions sont remplies. Si, à la case 67c, la valeur T du temporisateur dépasse le quotient TO/4 (la période TO divisée par 4) ou

si, à la case 67d, l'amplitude de la courbe 50 devient in-

férieure à El/2 (la première amplitude de crête divisée

O10 par 2), la première crête 52 est marquée comme étant véri-

fiée à la case 67e et le régulateur passe dans son quatriè-

me état qui sera décrût ultérieurement. Il faut rappeler que dans le cas idéal, la seconde crête 54 est attendue à

un intervalle de temps de TO/2 après l'apparition de la pre-

mière crête. Par conséquent, le fait de commencer la recher-

che de la seconde crête après l'écoulement du temps TO/4 permet de détecter cette crête même si la période réelle de la réponse transitoire est différente dans un rapport de 2. En outre, le fait de commencer la recherche de la seconde crête dans l'autre condition dans laquelle l'amplitude de la courbe 50 est égale à El/2 permet encore la détection de la seconde crête 54 si elle apparait plus tôt que le temps écoulé TO/4. Cette disposition compense la situation dans laquelle la fréquence de la réponse réelle en boucle fermée est une fréquence très supérieure à celle attendue basée sur la période TO calculée initialement. Les autres cases d'interrogation 68 et 69 de la Fig., 3B seront expliquées

par la suite.

Dans le quatrième état qui commence à la case 70 de la Fig. 4A et qui consiste en un mode de localisation de

crête 2, l'adaptateur 34 détecte, à la case 70a, l'appari-

tion d'un minimum local en comparant l'amplitude M de la courbe 50 avec une valeur PK2 mémorisée dans un registre

de mémorisation de seconde crête (se trouvant dans la mé-

moire vive 406 de la Fig. lB). Si l'amplitude M est infé-

rieure à la valeur mémorisée, la valeur PK2 dans le regis--

tre de mémorisation est corrigée ou rendue égale à l'ampli-

tude M à la case 70b, et l'adaptateur 34 mesure l'amplitude suivante du signal d'erreur 32 à la case 72a. Ce processus décrit par la boucle 71 de la Fig. 4a se poursuit tant que l'amplitude de la courbe 50 diminue. La boucle 71 comporte une case d'interrogation 72 qui sera expliquée dans une par-

tie ultérieure de la présente description, si l'amplitude

de la courbe 50 atteint initialement sa valeur minimale lo-

cale E2, la valeur PK2 est rendue égale à E2 à la case 70b et l'instant d'apparition de la crête 54 déterminé par la

valeur T du temporisateur est mémorisé dans un registre d'ins-

tant de seconde crête (dans la mémoire 406/de la Fig. lB) sous forme d'une quantité TpK(2). Ensuite, quand la mesure suivante de l'amplitude M a été faite après l'apparition de

la crête 54, l'adaptateur 34 passe dans son cinquième état.

Le cinquième état commence à la case 73 de la Fig. 4A et il s'agit d'un mode de vérification de crête 2. Comme cela sera décrit pour les cases 74a et 74b de la Fig. 4B, si

le temps depuis la localisation de la seconde crête 54 dé-

passe un intervalle égal à TO0/4 (case 74a) ou si l'amplitude

de la courbe 50 devient inférieure à El/4 (case 74a) la se-

conde crête 54 est marquée comme étant vérifiée (case 75) et

le régulateur passe dans son sixième état.

Le sixième état commence à la case 76 de la Fig. 5A

et il s'agit d'un mode de localisation de crête 3, dans le-

quel l'adaptateur 34 recherche un maximum local à la case

76a en comparant l'amplitude M de la courbe 50 avec une quan-

tité PK3 mémorisée dans un registre de mémorisation de troi- sième crête (dans la mémoire vive 406 de la Fig.lB). Si cet-

te amplitude M dépasse la valeur mémorisée, la valeur PK3

est rendue égale à cette amplitude à la case 76b et l'adap-

tateur 34 mesure l'amplitude suivante de la courbe 50 à la case 78b. Ce processus décrit dans la boucle 77 se poursuit

tant que l'amplitude de la courbe 50 augmente. Quand la cour-

be 50 atteint sa valeur maximale locale E3, la quantité PK3 est amenée à égalité avec E3 à la case 76b et l'instant

d'apparition de la crête 56 déterminé par le valeur T du tem-

porisateur est mémorisé dans un registre de troisième crête dans la mémoire 406 de la Fig. lB sous forme d'une quantité TpK(3). Ensuite, l'adaptateur 34 passe dans son septième état. La case d'interrogation 78 incluse dans la boucle 77 sera expliquée plus en détail par la suite.

Le septième état commence à la case 79 et il s'a-

git d'un mode de vérification de crête 3. Sur la Fig.5B, si le temps depuis la localisation de la crête 56 dépasse un intervalle égal à TO0/4 ou si l'amplitude de la courbe 50

lO devient inférieure à El/4, a la case 79b, la troisième crê-

te 56 est marquée comme étant vérifiée à la case 79c. Quand la troisième crête a été vérifiée, l'adaptateur 34 passe dans son huitième état qui commence à la case 80 de la Fig. B et qui consiste en un mode de correction de temps. En regard de la Fig. 6A, les trois crêtes 52, 54 et 56 sont toutes considérées comme distinctes à la phase 80a car El

est supérieur à 4NB, E3 est supérieur à NB et E2 est infé-

rieur à -JB, Il en résulte que l'adaptateur 34 execute les

opérations de la case 81 et établit les valeurs des varian-

tes TCRETE 2' TCRETE 3 et de la période TU en utilisant les

quantités TpK(2) et TpK(3). Ensuite, deux temps intermédiai-

res TMAX et TMIN sont calculés à la case 82 de la Fig. 6B,

dans laquelle TMAX: maximum (x, y) désigne l'opération lo-

gique dans laquelle les quantités x, y sont comparées entre

elles et la quantité ayant la valeur la plus élevée est ren-

due égale à TMAX; par ailleurs, TMIN = mminmum (x, y, z)

désigne l'opération logique dans laquelle la valeur minima-

le des quantités x, y, z est rendue égale à TMIN.

Après avoir calculé les deux temps intermédiaires, l'adaptateur 34 passe dans un neuvième état qui est le mode d'adaptation de la case 83 de la Fig. 7. Sur la base des

amplitudes de crête mesurées El, E2 et E3, l'adaptateur cal-

cule des mesures de performances d'amortissement et de dé-

passement qui sont identifiées par DMP (MESURE) et OVR (ME-

SURE) respectivement. En général, trois phases sont néces-

saires dans le mode d'adaptation pour déterminer les nouveaux

coefficients PID. Ces phases sont:.

1. les rapports Ziegler-Nichols (qui seront défi-

nis par la suite) sont réglés sur la base de la configura-

tion du signal d'erreur 32; 2. les coefficients PID sont changés sur la base de la période réglée et des rapports Ziegler-Nichols réglés; et 3. les coefficients PID sont également changés

sur la base des contraintes voulues pour les termes d'amor-

tissement et de dépassement.

A titre d'4utre explication, l'adaptateur 34 ef-

fectue, à la case 83a, un calcul d'erreur de forme SERR dans lequel: SERR = plus petite valeur entre A ou B, ou

A = DMP (UTILISATEUR) - DMP (MESURE)

B = OVR (UTILISATEUR) - OVR (MESURE)

DMP (UTILISATEUR) et OVR (UTILISATEUR) ont été

établis dans l'opération d'initialisation de la case 62.

Selon l'invention, les valeurs de DMP (UTILISA-

TEUR) et OVR (UTILISATEUR) sont généralement établies ma-

nuellement par l'opérateur (c'est-à-dire l'utilisateur).

Ces valeurs font ainsi partie du signal d'initialisation 46.

Si l'opérateur décide de ne pas établir les valeurs de DMP

(UTILISATEUR) et OVR (UTILISATEUR), l'adaptateur 34 est a-

gencé de manière que 0,3 soit utilisé par DMP (UTILISATEUR) et 0,5 pour OVR (UTILISATEUR). Comme vu sur la Fig. 8A, un facteur de réglage de forme FAC est d'abord calculé aux phases 210d et 210 h sur la base des relations suivantes: Si SERR <0, FAC = FAC1 = 1,0 + Ks(SERR-G) SERR et si SERR >0, FAC = FAC2 = 1,0/ [1,O+Ks(SERR-0,3)SERR]. Pour en revenir à la Fig. 7, il faut expliquer que la valeur de ks est égale à 2 ou à une valeur: K = (Ki.1 + 6,0)/2,0 o l'indice i se situe entre 1 et le nombre n de cycles

consécutifs du signal d'erreur 32 (dont la courbe 50 repré-

258 1216

sente un cycle), les mesures de performances sont définies par les inégalités suivantes:

DMP (UTILISATEUR) < 0,15; (1)

DMP (UTILISATEUR) - DMP (MESURE) >0 et oD (2) DMP (MESUREi) est le terme d'amortissement calculé sur la base de la réponse particulière associée avec i. A titre d'autre explication, si la courbe 50 n'est pas décrite par les deux inégalités (1) et (2), alors Ks = 2,0. Mais si la

courbe 50 est la première courbe décrite par les deux inéga-

lités (1) et (2), i = 1 et K1 = (K0 + 6,0)/2,0. Etant.don-

né que K0 doit être égal à 2, il vient

Ki = (2,0 + 6,0)/2,0 = 4,0.

Si la courbe qui suit la courbe 50 est également décrite par les deux inégalités, i = 2 est

K2 = (K1 + 6,0)/2,0 = (4,0 + 6,0)/2,0 = 5,0.

La case 84 représente la disposition décrite ci-dessus avec

Ks(EXISTANT) = Ki_1.

Etant-donné qu'elle est 0,2 ou 0,6, la valeur de la constante G est basée sur une relation qui sera décrite

dans un paragraphe suivant dans lequel les valeurs interve-

nant dans la case d'interrogation 210 sont définies.

Apres avoir déterminé la valeur de FAC, l'adapta-

teur 34 calcule maintenant un nouveau coefficient de pro-

portionnalité P de la manière suivante: P = P(EXISTANT) x FAC o P(EXISTANT) est le coefficient de proportionnalité actuel (qui est utilisé dans le moniteur PID 42) résultant de la

courbe 50.

Pour en revenir à la Fig. 8A, il faut rappeler que les trois crêtes de la courbe 50 sont toutes considérées comme des crêtes distinctes, de sorte que dans l'adaptateur

34, on quitte la case 91 et passe ensuite à la case d'inter-

rogation 85. Il faut remarquer que Rati et Ratd sont des rapports qui sont connus des ingénieurs de commande sous le

nom de rapports de Ziegler-Nichols. Les rapports sont défi-

nis comme I/périodes et D/périodes. Il est également connu dans la technique antérieure que le réglage du régulateur peut être basé sur les rapports de Ziegler-Nichols ayant des valeurs fixes comme 0,5 et 0,12 pour les coefficients

respectifs d'intégration I et de dérivation D du régulateur.

Mais ces critères de commande ont encore des applications limitées car la période de temps du signal d'erreur 32 est influencée par les valeurs réelles des coefficients I et D. Selon l'invention, la période mesurée TO de la courbe 50 est réglée en fonction des variations des coefficients I et D

et n'est pas limitée à des valeurs fixes égales.

Comme cela a été expliqué ci-dessus et en regard

de la Fig. 8A, l'adaptateur 34 comporte des circuits logi-

ques pour effectuer les déterminations suivantes: Case 85: Si DMP(MESURE) - OVR(MESURE) > 0,2 et I(EXISTANT) < l,l x Rati(EXISTANT) x T il vient: Case 86: Rati:= 85 % x Rati(EXISTANT); et,

Ratd = 85 % x Ratd(EXISTANT).

Mais, en regard de la Fig. 8B, Case 87a: si DRAP(MESURE) - OVR (MESURE) <0, il vient Case 87b: Rati = 1,2 x Rati(EXISTANT)

Ratd = 1,2 x Ratd(EXISTANT).

L'adaptateur passe éventuellement à la case 88 dans laquelle des nouvelles valeurs de Rati et Ratd sont

utilisées pour calculer des nouvelles valeurs des coeffi-

cients I et D de la mnanière suivante: I = TMAX x Rati; et

D = TMIN x Ratd.

Lorsque les nouvelles valeurs des coefficients de proportionalité P, d'intégration I et de dérivation D ont été calculés, l'adaptateur 34 transmet à la case 86a ces valeurs au moniteur PID 42 comme signal de traitement 40 de manière que de nouveaux réglages soient effectués dans le moniteur Ensuite, certaines variables sont définies à

nouveau selon la case 89 et l'adaptateur 34 revient à son pre-

mier état et attend un autre cycle du signal d'erreur provo-

qué par une nouvelle condition de changement brusque du pro-

cessus 12.1 est bien entendu qu'un nouveau cycle ne com-

mence que si la valeur absolue de l'amplitude M du signal d'erreur 32 dépasse 4NB Les caractéristiques dynamiques du régulateur 10 sont maintenant modifiées de manière à améliorer sa réponse à la condition de variation suivante.

Sur la base de la description ci-dessus, les variables men-

tionnées à la case 210 de la Fig.7 sont connues, de sorte que la valeur de la constante G peut être calculée selon

les conditions définies en regard de la case 210.

En ce qui concerne le troisième état (case 67 de la Fig. 3B) la fonction de la case d'interrogation 68 n'a pas été expliquée. Si la courbe 50 de la Fig. 2 contient

une crête parasite 53, l'adaptateur 34 reconnaît cette crê-

te 53 comme un maximum local. Par conséquent, la valeur de PKI doit être amenée à égalité avec l'amplitude de crête 53 et l'amplitude de crête vraie est perdue. Ainsi, pour éviter ce résultat indésirable, l'adaptateur 34 exécute la phase d'interrogation 68 de manière que des crêtes parasites

apparaissant avant la véritable première crête de la cour-

be 50 soient ighorées. A titre d'autre explication, si l'am-

plitude M est nettement supérieure à PK1, l'adaptateur re-

vient à l'état 2.

L'état 3 contient également une case d'interro-

gation 69. Il faut rappeler que WMAX a été établi initiale-

ment.pendant la phase d'initialisation du fonctionnement de l'adaptateur. La valeur WMAX est liée à l'échelle de temps maximal estimée du processus 12. Mais si le moniteur 42 est réglé pour être très lent, la boucle de commande 8 peut prendre un temps excessif pour réagir à une condition de

variation brusque. Autrement dit, la période TO est rela-

tivement grande comparativement à WMAX. Dans ce cas, l'a-

daptateur 34 a la possibilité de régler à nouveau le moni-

teur 32 lorsqu'une condition de lenteur apparaît. Ainsi, si le temps depuis la première entrée de l'adaptateur:34 dans l'état 2 dépasse WMAX, l'adaptateur passe par la case 69a à l'état 8 et fonctionne pour exécuter les opérations décrites en regard de la case d'interrogation 90 de la Fig. 6A. Il apparait sur cette figure que les valeurs de diverses variables sont ensuite calculées sur la base de la caractéristique T60(MESURE) si elle existe et sur des données précédentes dérivées des données d'une réponse pré- cédente. Dans le cas concerné par la courbe 50, il n'y a aucune évaluation précédente car cette courbe 50 est la première réponse apparaissant après que le régulateur 10 a été mis initialement en fonctionnement. Par conséquent,

- 10 les valeurs initiales des données précédentes sont les va-

leurs obtenues quand la case d'initialisation est terminée.

Quand l'adaptateur a terminé la case 89 de la Fig. 8B, les

variables associées avec "(EXISTANT)" de la case d'inter-

rogation 90 ont des valeurs définies qui deviennent les valeurs précédentes mentionnées ci-dessus et remplaçent les

valeurs établies initialement.

Selon les Fig. 3A et.3B et la description de la

case d'interrogation 69, l'adaptateur passe à l'état 8 par l'entrée 8C. Comme l'indique la case d'interrogation 91 de la Fig. 8A, si seulement PKl est considéré comme distinct,

des nouvelles valeurs des coefficients I et D sont calcu-

lées à la case 92. Mais si l'amplitude M du signal d'erreur

32 ne décroît que lentement depuis une première crête cor-

respondant à la réponse "négative" lorsque les valeurs abso-

lues de PK2 et PK3 sont supérieures chacune à NB, les nou-

veaux coefficients I et D sont basés sur la case 88 de la Fig. 8B qui comprend les temps intermédiaires TMAX et TMIN

ainsi que les rapports de Ziegler-Nichols réglés.

L'état 4 comprend la case d'interrogation 72 de la Fig. 4A. Cette disposition est prévue pour le cas dans lequel la seconde crête n'apparaît pas avant que le temps T (par rapport à l'apparition de 95 % de PK1) a dépassé WMAX. Dans ce cas, l'adaptateur 34 passe à l'état 8 par l'entrée 8C et fonctionne de la manière déjà décrite. Cette disposition compense le cas déjà mentionné dans lequel le

moniteur réagit lentement.

Quand l'adaptateur se trouve dans l'état 5, la case d'interrogation 93 est prévue dans son fonctionnement comme le montre la Fig 4B. Si la courbe 50 de la Fig. 2 contient une crête parasite 55, l'adaptateur reconnaît cette crête 55 comme un minimum local et ne détecte pas la secon- de crête vraie 54. L'utilisation de la case d'interrogation 93 évite cette situation indésirable car l'adaptateur 34 ignore la crête parasite 55 d'une manière similaire à celle

déjà décrite à propos de la case d'interrogation 68.

O10 Lorsque l'adaptateur se trouve dans l'état 6 de

la Fig.5SA, son fonctionnement comprend la case d'interroga-

tion 78. Si une troisième crête n'est pas trouvée dans l'in-

tervalle de temps spécifié dans la case d'interrogation 78, l'adaptateur passe, par la case 78a, à l'état 8 par l'entrée

8B. Ensuite, l'adaptateur continue son fonctionnement lo-

gique en commençant par la case d'interrogation 94 de la

Fig. 6A.

Une case d'interrogation 95 de la Fig. 5B fait partie des opérations de l'adaptateur lorsqu'il se trouve -20 dans l'état 7. Si la courbe 50 de la Fig. 2 contient une crête parasite 57, l'adaptateur reconnait cette crête 57

comme un maximum local et ne détecte pas la véritable troi-

sième crête 56. La case d'interrogation 95 est prévue pour éviter cette situation indésirable car l'adaptateur ignore

maintenant la crête parasitée 57 de la même manière que cel-

le décrite en regard de la case d'interrogation 68.

Il en résulte que l'appareil selon l'invention

fonctionne avec des informations basées sur trois caracté-

ristiques du comportement de la variable 14 dépendant d

processus quand la boucle de commande 8 réagit à une condi-

tion de changement brusque. Les trois caractéristiques sont

de préférence des informations d'amplitude basées sur l'e-

xistence de trois crêtes distinctes. Mais des dispositions sont prises pour déterminer ces caractéristiques si deux crêtes seulement sont détectées ou si une seule crête est

détectée. Trois caractéristiques sont nécessaires pour cal-

culer la contrainte d'amortissement. Mais si le moniteur 42 fonctionne seulement sur la base d'une contrainte de dépassement, deux caractéristiques suffisent pour mesurer

les performances de dépassement de la boucle de commande 8.

Si une seule crête existe, l'appareil selon l'invention pro- duit la seconde et la troisième caractéristique sur la base des valeurs du signal d'erreur au moment o la recherche

a avorté.

Dans le mode préféré de réalisation de l'inven-

lO tion, des dispositions sont également prises pour un mode

d'adaptation préalable dans lequel différentes caractéristi-

ques de processus sont identifiées automatiquement de maniè-

re que l'établissement initial des coefficients P. I et D, le temps d'attente maximal et la largeur de la bande de bruit NB puissent être déterminés. Le mode d'adaptation

préalable élimine donc la nécessité que l'opérateur intro-

duise manuellement les réglages initiaux. Dans le mode d'a-

daptation préalable, le régulateur 10 se trouve dans un é-

tat manuel spécial dans lequel la boucle de commande est ouverte de manière que le point de réglage 22 ne soit plus utilisé par le moniteur PID 42. En regard de la Fig. lA, le régulateur est placé dans le mode manuel par la manoeuvre du commutateur llO afin qu'il déconnecte le capteur 16 du

comparateur 30 et qu'il connecte le capteur a un convertis-

seur analogique-numérique 170 de type courant relié.à l'a-

daptateur préalable ll2. Le mode d'adaptation préalable né-

cessite que le processus se trouve dans une première condi-

tion d'état permanent. L'adaptateur préalable ll2 émet un signal vers le moniteur 42 qui entraine que la variable 14

commandée du processus soit changée (perturbée) à une nou-

velle valeur qui diffère de préférence d'au moins 3 % de la valeur précédente d'état permanent. Quand le processus 12 atteint son nouvel état permanent ou quand la variable 14 du

processus change de lO %, le processus est ramené à sa va-

leur initiale d'état permanent

La Fig. 9 est une courbe de la valeur de la varia-

ble 14 du processus en fonction du temps (en minutes). La courbe 114 représente la réponse du processus 12 quand la

variable 14 du processus est "amortie" depuis une valeur d'é-

tat permanent N jusqu'à un nouveau niveau qui est de 10 Z supérieur à N. Il est bien entendu que la courbe 114 est un exemple de la réponse et qu'elle n'est utilisée que pour expliquer le fonctionnement du régulateur 10 dans son mode

d'adaptation préalable.

A l'instant désigné par TBMP, le processus 12 est

amorti et l'adaptateur préalable 112 suit la courbe résul-

tante 114 L'adaptateur préalable enregistre les instants

d'apparition des points prescrits 120, 122, 124 et 126 lors-

que leurs amplitudes correspondantes sont respectivement

N+l%N, N+2%N, N+3%N et N+4%N. En outre, l'adaptateur préala-

ble détermine un point d'inflexion 116 de la courbe 114, de préférence par une technique qui sera décrite et qui est

connue sous le nom de procédé de corde.

A titre d'autre explication, un point Tf est sé-

lectionné sur l'axe horizontal qui est une ligne de base de temps inférieure sur laquelle le processus 12 se trouve dans la première condition d'état permanent. Chaque fois

que l'adaptateur préalable 112 effectue une mesure de la va-

riable commandée du processus, il détermine également la pente d'une ligne qui relie le point Tf et le point sur la

courbe 114 représentant la mesure. Par exemple, si l'ins-

tant de mesure en cours est Tx et si l'amplitude mesurée correspondante de la variable commandée du processus est Nx, un point 118 est déterminé. La pente de la ligne désignée

comme corde 130, reliant les points Tf et 118 est facile-

ment calculée car les coordonnées respectives (temps et am-

plitude) sont connues. Il est bien entendu que lorsque le point 118 s'approche d'un point d'inflexion supérieur 116,

la pente de la corde associée s'approche d'une valeur maxi-

male. La précision avec laquelle la méthode de corde décrite ci-dessus détermine le point d'inflexion supérieur de la courbe 114 dépend de la position réelle de Tf Dans un mode spécifique de réalisation de l'invention, le point Tf a été

situé 15 secondes avant l'instant TBMP.

Lorsque l'adaptateur préalable a déterminé le point d'inflexion supérieur 116, il trouve la ligne ayant la pente maximale parmi les quatre lignes qui partent du point d'inflexion 116 vers les points 120, 122, 124 et 126 respectivement. Dans le cas présent, la ligne 132 est celle ayant la pente maximale. Le point d'interception 136 de la ligne 132 avec la ligne de base de temps inférieure est

utilisé pour représenter le temps mort Tdt du processus 12;.

Il est connu que la ligne 132 est proportionnelle à une

caractéristique comme des ingénieurs de commande comme sen-

sibilité de processus. Selon l'invention, la sensibilité-

* de processus SEN'est calculée en multipliant la pente (dé-

signée par PENTE) de la ligne 132 par le pourcentage de va-

riation du signal de commande 20 (Fig. 1A) qui résulte de-

la variable commandée du processus amortie depuis la premiè-

re condition d'état permanent jusqu'à la nouvelle condition

d'état permanent.

Sur la base des caractéristiques ci-dessus de la courbe 114, les coefficients PID initiaux et WMAX sont calculés par l'adaptateur 112 de la manière suivante: P (EXISTANT) = 120 x Tdt/SEN I (EXISTANT) = 1,5 x Tdt

D (EXISTANT) = I (EXISTANT)/6

WMAX 5,0 x Tdt.

Les valeurs ci-dessus sont émises non seulement vers le moniteur 42 mais également vers l'adaptateur 34 de manière que l'opération de la case 62 de la Fig. 3A puisse

être effectuée selon les besoins.

Après l'instant Trs le processus 12 revient à sa première condition d'état permanent inférieur. L'adaptateur préalable 112 observe alors la valeur de la variable 14 du processus pendant trois minutes afin de déterminer la

bande de bruit crête à crête qui est égale à 2NB.

La Fig. 10 est un schéma simplifié du circuit de bande de bruit utilisé selon l'invention pour déterminer la

bande de bruit de 2NB. L'appareil de processus 12 est reve-

nu à sa condition initiale d'état permanent inférieur. La

variable mesurée 18 (voir Fig. lA) est appliquée à une en-

trée d'un filtre passe-haut 140 qui est un dispositif bien connu, destiné à éliminer les parties de basse fréquence de

la variable mesurée 18 dont le signal correspondant est re-

présenté par la courbe 141. La fréquence de coupure de ce

filtre est variable, de préférence égale à trois fois Tdt.

Le signal de sortie 142 qui est représenté par la courbe 143 est appliqué à un intégrateur 144 de valeur absolue qui

intègre le signal de sortie 142 pendant une période de pré-

férence égale à trois minutes, et qui produit un signal 145 représenté par la courbe 146. Un circuit de moyenne 148 de type courant reçoit le signal 145 et détermine sa moyenne en multipliant ce signal 145 par quatre et en le divisant par la période d'intégration de trois minutes, utilisée par

l'intégrateur 144. L'amplitude du signal résultant 150 pro-

duit par le circuit de moyenne 148 est la bande de bruit de 2NB crête à crête du processus 12. Il faut expliquer que le

rapport de quatre utilisé dans le circuit de moyenne est ba-

sé sur une approximation du résultat si le signal 141 est

sinusoïdal. Le signal 150 résultant est transmis à l'adap-

tateur 34 pour être utilisé selon le besoin.

L'adaptateur préalable 112 comporte également des

circuits logiques pour calculer une nouvelle valeur initia-

le du coefficient D(EXISTANT) selon les besoins, sur la

base de la largeur de bande de bruit 2NB. A titre d'expli-

cation, ces circuits logiques effectuent les opérations sui-

vantes: Calcul d'une quantité Z = (3,0-2NB)/2,5; si Z > 1, il est posé D(EXISTANT) = l(EXISTANT)/6 (autrement dit, la valeur initiale est inchangée par rapport à celle déjà calculée); Si Z < O, il est posé D(EXISTANT) = 0; et

Si 0 < Z < 1, il est posé D(EXISTANT) = I(EXISTANT)/6xZ.

Quand le mode d'adaptation préalable est terminé,

le régulateur 10 est ramené à son mode de repos.

L'adaptateur préalable 112 est de préférence réa-

lisé sous forme d'un logiciel de calculateur qui peut être produit à partir des fonctions et des opérations décrites ci-dessus (conjointement avec les Fig. 9 et 10). En regard

de la Fig. lB, le programme d'adaptation préalable est mémo-

risé dans la mémoire vive programmable 408 utilisée par le microprocesseur 404. Les différentes données et informations reçues et produites par l'adaptateur 112 sont mémorisées

dans la mémoire morte 406.

Il faut noter que même si l'adaptateur 34 réagit à la réponse en boucle fermée de la boucle de commande 8, sa réponse en boucle ouverte est également utilisable car l'adaptateur préalable 112 est également un régulateur à

réglage automatique.

La Fig. 11 montre seize courbes de convergence pour des situations dans lesquelles le processus est dominé par un retard et le coefficient D est égal à zéro de sorte

que le régulateur est du type PI. Chaque X de chaque cour-

be représente la valeur initiale de départ des coefficients

P et I du régulateur. Il faut noter que chaque segment d'u-

ne courbe représente un cycle d'évaluation d'adaptation

du régulateur. Par conséquent, les points de rupture de cha-

que courbe représentent une situation dans laquelle des nouvelles valeurs de coefficients ont été établies dans le régulateur. Il apparaît que les seize courbes convergent vers les mêmes valeurs finales pour les coefficientsp et I mêe si leurs valeurs initiales étaient distribuées dans une

large plage. La Fig. 11 montre également une courbe 300 (re-

présentée sans échelle horizontale et verticale) qui décrit le comportement du signal d'erreur lorsque le régulateur est réglé à ces valeurs finales pour les coefficients P et

I qui sont indiqués à la droite des courbes de convergence.

Selon la Fig. 12, le régulateur est d'un type PID et le processus est dominé par un retard. Il faut noter que dans ce cas, les contraintes d'amortissement DMP et de dépassement OVR ne sont pas les mames que eelles du cas

de la Fig. 11. Il apparaît que les seize courbes conver-

gent vers les mêmes valeurs finales pour les coefficients P et I. Il faut également noter que la Fig. 12 est une représentation bidimensionnelle et que la convergence du coefficient D n'est pas représentée. La courbe 302 montre la forme du signal d'erreur qui est obtenue quand le

régulateur est réglé avec les valeurs finales des coeffi-

cients PID.

Selon la Fig. 13, le régulateur est d'un type PID et le processus est dominé par un temps mort. Dans ce cas, quatorze courbes convergent toutes vers un ensemble final de valeurs des coefficients PID. La courbe 304 montre la forme du signal d'erreur quand le régulateur est réglé avec les valeurs finales qui sont indiquées à la

droite de la courbe.

Le régulateur utilisé dans le cas de la Fig. 14 est du type PID. Dans ce cas, les caractéristiques du processus sont modifiées et la courbe 306 représente les valeurs des coefficients P et I (le coefficient D n'étant pas représenté) qui ont été calculées etutilisées ensuite par le régulateur. Il y a lieu d'expliquer que les valeurs finales des coefficients n'ont jamais été calculées car les caractéristiques du processus ont été modifiées avant que le régulateur ne trouve les valeurs finales. A titre d'essai de répétitivité du régulateur, les caractéristiques du processus ont été ramenées à leurs valeurs initiales de manière qu'elles soient les inverses de celles utilisées

pour augmenter les caractéristiques du processus. Il appa-

rait que la partie de retour de la courbe 306 est essentiel-

lement la même que la partie aller. La courbe 308 montre la forme du comportement du signal d'erreur quand

le régulateur est réglé aux valeurs initiales des coeffi-

cients PID. Ces valeurs initiales sont indiquées à la

droite de la courbe.

L'invention-a été décrite en regard d'un mode pré-

féré de réalisation mais il est bien entendu que de nombreu-

ses modifications peuvent y être apportées sans sortir de

son cadre ni de son esprit. Par exemple, des critères au- tres que l'amortissement ou le dépassement peuvent être uti- lisés pour

spécifier la forme idéale. En outre, le régulateur n'est pas nécessairement du type PID car d'autres régulateurs comme ceux de Smith ou Dahlin peuvent convenir. En outre, d'autres calculateurs du commerce comme le modèle HP 9845 ou DEC VAX ll/780,peuvent remplacer le microprocesseur 404,

la mémoire morte 406 et la mémoire vive programmable 408.

Claims

R E V E N D I C A T I 0 N S

1 - Appareil régulateur à réglage automatique du type à reconnaissance de forme, destiné à un dispositif de

commande, dans lequel ledit appareil régulateur se distin-

gue par au moins un paramètre de fonctionnement et est asso-

cié avec un processus (12) dans ledit dispositif de comman-

de pour commander la valeur d'une variable commandée (14) du processus, appareil caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur (16) réagissant au comportement en boucle fermée de ladite variable commandée du processus en mesurant une première et une seconde caractéristiques dudit comportement, ladite première caractéristique étant l'amplitude de crête d'un extrême local dudit comportement en boucle fermée et

la seconde caractéristique étant l'amplitude dudit compor-

tement en boucle fermée en un point qui suit ledit extrême local, et des moyens de réglage (10) relié audit détecteur,

et réagissant à ladite première et ladite seconde caracté-

ristiques, et modifiant en correspondance ledit paramètre de fonctionnement selon une relation prescrite, de manière

que le comportement dudit appareil régulateur s'adapte pra-

tiquement à celui dudit processus.

2 - Appareil selon la revendication l, caractérisé en ce que ladite relation prescrite comprend un critère de

performance qui a une valeur voulue, ledit appareil régula-

teur comportant en outre des moyens (160) de combinaison de ladite première et ladite seconde caractéristiques pour produire une valeur mesurée dudit critère de performance et des moyens (30) destinés à obtenir la différence entre la

valeur voulue et la valeur mesurée dudit critère de perfor-

mance, lesdits moyens de réglage réagissant à ladite dif-

férence en modifiant ledit paramètre de fonctionnement.

3 - Appareil selon la revendication 2, caractérisé

en ce que ledit détecteur (16) mesure une troisième caracté-

ristique dudit comportement en boucle fermée de la variable (14) commandée du processus,ladite relation prescrite comprenant une valeur voulue, lesdits moyens de combinaison combinant

en outre ladite première, ladite seconde et ladite troi-

sième caractéristiques pour produire une valeur mesurée dudit second critère de performance, et lesdits moyens de différence (30) obtenant en outre la différence entre

la valeur voulue et la valeur mesurée dudit second critè-

re de performance, ledit appareil comportant en outre un dispositif logique couplé avec lesdits-moyens de réglage

pour sélectionner entre ladite première différence de cri-

tère de performance et ladite seconde différence de critè-

re de performance de manière que lesdits moyens de réglage réagissent à ladite sélection en modifiant ledit paramètre

de fonctionnement.

4 - Appareil selon la revendication 2, caractéri-

se en;ce que ledit critère de performance est un rapport de dépassement qui est proportionnel à ladite première et

ladite seconde caractéristiques.

- Appareil selon la revendication 4, caractéri-

sé en ce que ledit détecteur (16) mesure une troisième ca-

ractéristique dudit comportement en boucle fermée de la va-

riable commandée (14) du processus, ladite relation pres-

crite comprenant en outre un second critère de performance

qui a une valeur voulue, lesdits moyens de combinaison com-

binant en outre ladite première, ladite seconde et ladite troisième caractéristiques pour produire une valeur mesurée dudit second critère de performance, et lesdits moyens de différence (30) obtenant en outre la différence entre la valeur voulue et la valeur mesurée dudit second critère de

performance, ledit appareil comportant en outre un disposi-

tif logique couplé avec lesdits moyens de réglage pour sé-

lectionner entre ladite première différence de critère de

performance et ladite seconde différence de critère de per-

formance de manière que lesdits moyens de réglage réagis-

sent à ladite sélection en modifiant ledit paramètre de

fonctionnement.

6 - Appareil selon la revendication 5, caracté-

risé en ce que ledit critère de performance est un rapport d'amortissement qui est proportionnel à ladite première,

ladite seconde et ladite troisième caractéristiques.

7 - Appareil selon la revendication 6, caracté- risé en ce que ledit paramètre de fonctionnement contient un

coefficient de proportionnalité (P) et un coefficient d'in-

tégration (I), ledit appareil comportant en outre un dispo-

sitif qui mesure des intervalles de temps entre ladite pre-

lO mière et ladite troisième caractéristiques respectivement et un dispositif réagissant auxdits intervalles de temps et déterminant une période (To) qui représente la période

du comportement en boucle fermée, et ledit appareil modi-

fiant ledit coefficient (T) sur la base de la sélection

faite par ledit dispositif logique et modifiant ledit coef-

ficient (I) sur la base d'un rapport d'adaptation et de

ladite période mesurée (To).

8 - Appareil selon la revendication 7, caracté-

risé en ce que les valeurs dudit premier et dudit second rapport d'adaptation sont variables en fonction de relations prédéterminées basées sur les valeurs de ladite période (To), desdits rapports d'amortissement et de dépassement mesurés et le coefficient (I) existant dans ledit appareil

qui a produit le comportement en boucle fermée étant évalué.

9 - Appareil selon la revendication 7, caractéri-

sé en ce que ledit paramètre de fonctionnement comporte en outre un coefficient de dérivation (D) dont la valeur est modifiée sur la base d'un second rapport d'adaptation et

de ladite période (To).

10 - Appareil selon la revendication 9, caractéri-

sé en ce que les valeurs dudit premier et dudit second rap-

ports d'adaptation sont variables en fonction d'une relation prédéterminée basée sur les valeurs de- ladite période (To), desdits rapports d'amortissement et de dépassement mesurée et le coefficient (I) existant dans ledit appareil qui a

produit le comportement en boucle fermée étant évalué.

l

Il - Appareil selon la revendication 10, carac-

térisé en ce que ledit premier et ledit second rapports d'adaptation sont des rapports de Ziegler-Nichols

12 - Appareil selon la revendication 10, caracté-

risé en ce que des variations du coefficient (P) sont égale- ment liés- à des relations prescrites basées sur les valeurs

mesurées et voulues dudit rapport d'amortissement et d'in-

formations provenant d'un cycle précédent dudit comportement

en boucle fermée.

13 - Appareil selon la revendication 12, carac-

térisé en ce que des variations dudit coefficient (P) sont

également basées sur des relations prédéterminées qui con-

tiennent ledit premier et ledit second rapports d'adapta-

tion, ladite valeur (T0) et les valeurs des coefficients (I)

et (D) existant dans ledit appareil qui a produit le compor-

tement en boucle fermée étant évalué.

14 - Appareil selon la revendication 13, carac-

térisé en ce que ladite première, ladite seconde et ladite troisième caractéristiques ne sont mesurées que si la valeur absolue de ladite première caractéristique est supérieure

à un niveau de bruit prédéterminé.

- Appareil selon la revendication 14, carac-

térisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif pour me-

surer le temps d'apparition de ladite première caractéris-

tique et un dispositif qui modifie ledit temps d'apparition

d'un intervalle basé sur un instant ultérieur quand la va-

leur absolue de l'amplitude dudit comportement en boucle

fermée décroit jusqu'à un niveau prescrit.

16 - Appareil selon la revendication 15, carac-

térisé en ce que ledit niveau prédéterminé est égal à

% de l'amplitude mesurée de ladite première caractéris-

tique.

17 - Appareil selon la revendication 15, caracté-

risé en ce que ladite période mesurée (To) est en outre ré-

glée sur la base des relations qui contiennent les ampli-

tudes mesurées de ladite première, lesdites seconde et troi-

sième caractéristiques, lesdits intervalles de temps entre lesdites première, seconde et troisième caractéristiques, une quatrième caractéristique basée sur l'intervalle entre l'instant d'apparition de la première caractéristique et l'instant o la valeur absolue dudit comportement en boucle fermée'décroit jusqu'à un second niveau prescrit, et les intervalles de temps entre les apparitions de la première, la seconde et la troisième caractéristiques précédentes

d'un cycle précédent dudit comportement en boucle fermée.

18 - Appareil selon la revendication 17, caracté-

risé en ce que ledit second niveau prescrit est égal à 60 %

de l'amplitude mesurée de ladite première caractéristique.

19 - Appareil selon la revendication 17, caracté-

risé en ce que ladite première, ladite seconde et ladite troisième caractéristiques sont trois extrêmes locaux et en ce que les valeurs absolues des amplitudes des extrêmes sont supérieures aux niveaux associés qui' sont basés chacun sur

un niveau'ide bruit prédéterminé.

- Appareil selon la revendication 17, caracté-

risé en ce que ladite première, ladite seconde et ladite troisième caractéristiques sont trois extrêmes locaux et

en ce que les valeurs absolues des amplitudes des deux pre-

miers extrêmes seulement sont supérieures aux niveaux asso-

ciés qui sont basés chacun sur un niveau de bruit prédéter-

miné.

21 - Appareil selon la revendication 17, caracté-

risé en ce que ladite première, ladite seconde et troisiè-

me caractéristiques sont trois extrêmes locaux et en ce que

ladite quatrième caractéristique est inférieure à la qua-

trième caractéristique d'un cycle précédemment évalué dudit

comportement en boucle fermée.

22 - Appareil selon la revendication 17, caracté-

risé en ce que seules la première et la seconde caractéris-

tiques sont respectivement deux extrêmes locaux dudit com-

portement en boucle fermée et en ce que les valeurs abso-

lues des amplitudes des extrêmes sont supérieures à des ni-

veaux associés qui sont basés chacun sur un niveau de bruit prédéterminé.

23 - Appareil selon la revendication 17, caracté-

risé en ce que seule ladite première caractéristique est un extrême local dudit comportement en boucle fermée et en ce

que la quatrième caractéristique est inférieure à la quatriè-

me caractéristique d'un cycle précédemment évalué dudit

comportement en boucle fermée.

24 - Appareil selon la revendication 17, caracté-

risé en ce que ladite seconde et ladite troisième caracté-

ristiques apparaissent toutes deux à un instant égal à un intervalle de temps maximal prescrit à partir de l'instant d'apparition de ladite première caractéristique et en ce que ladite quatrième caractéristique est supérieure à zéro et

inférieure à la quatrième caractéristique d'un cycle précé-

demment évalué dudit comportement en couple fermé.

- Appareil selon la revendication 17, caracté-

risé en ce que ladite première et ladite seconde caractéris-

tiques sont des extrêmes locaux dudit comportement en bou-

cle fermée, et en ce que ladite troisième caractéristique apparaît après un intervalle maximal prescrit à partir de l'instant d'apparition de ladite première caractéristique,

et ladite quatrième caractéristique étant supérieure à zéro.

26 - Appareil selon la revendication 17, caracté-

risé en ce qu'une recherche de ladite seconde caractéristique commence après un premier intervalle de recherche prescrit

à partir de l'instant d'apparition de ladite première carac-

téristique et une recherche de ladite troisième caractéris-

tique commence après un second intervalle de recherche pres-

crit à partir de l'instant d'apparition de ladite première caractéristique.

27 - Appareil selon la revendication 26, caracté-

risé en ce que ledit premier intervalle de recherche prescrit est basé sur la période (To) divisé par quatre et en ce que ledit second intervalle de recherche prescrit est basé sur la période (To) divisé par quatre et l'instant d'apparition

de ladite seconde caractéristique.

28 - Appareil selon la revendication 17, carac-

térisé en ce qu'uoe recherche de ladite seconde caractéris-

tique commence après l'apparition de ladite première carac-

téristiqqe et après un instant o la valeur absolue de l'am- plitude dudit comportement en boucle fermée a décru jusqu'à

un niveau de recherche prescrit.

29 - Appareil selon la revendication 28, carac-

térisé en ce que le niveau de recherche prescrit est égal

à 50 % de l'amplitude de ladite première caractéristique.

- Appareil selon la revendication 17, caracté-

risé en ce que ledit détecteur (16) comporte en outre un dispositif pour identifier des crêtes de courte durée dans

ladite première, ladite seconde et ladite troisième carac-

téristiques comme des crêtes parasites, et un dispositif couplé avec ledit dispositif d'identification de bruit pour;:

éliminer lesdites crêtes parasites avant l'instant d'appa-

rition de chacune de ladite première, ladite seconde et

ladite troisièmencaractéristiques.

31 - Appareil selon la revendication 30, carac-

térisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif réagis-

sant au comportement en boucle ouverte de ladite variable

commandée (14) du processus en déterminant une valeur ini-

tiale dudit paramètre de fonctionnement.

32 - Appareil selon la revendication 31, carac-

térisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif réagis-

sant à une condition d'état permanent de ladite variable

dépendant du processus en mesurant ledit niveau de bruit.

33 - Dispositif régulateur à réglage automatique du type à reconnaissance de forme, qui se distingue par un paramètre de fonctionnement et qui est associé avec un processus (12) pour commander la valeur d'une variable (14)

commandée du processus, ledit processus réagissant à un si-

gnal de commande (20) produit par ledit dispositif régula-

teur, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte un détec-

teur de pente (112) réagissant au comportement en boucle ou-

verte de ladite variable (14) du processus quand ledit si-

gnal de commande est modifié brusquement de façon appro-

priée à un instant (T) d'un niveau à un autre niveau, de manière que ladite variable commandée du processus change en conséquence d'un état permanent ayant une première ligne de base de temps jusqu'à un nouvel état permanent ayant une seconde ligne de base de temps, ledit détecteur- de pente

comportant des moyens de détermination des pentes des li-

gnes allant d'un point (Tf) qui est fixé sur ladite première

ligne de base de temps jusqu'à des points successifs sur le-

dit comportement en boucle ouverte quand ladite variable dé-

pendant du processus passe dudit premier audit second état

permanent, des moyens pour sélectionner parmi lesdites li-

gnes celles ayant la valeur absolue maximale de la pente,

des moyens d'identification d'un point sur ledit comporte-

ment en boucle ouverte par lequel passe la ligne de pente ma-

ximale, comme un point d'inflexion, des moyens de sélection d'un point d'incrément dudit comportement en boucle ouverte,

ledit point d'incrément apparaissant avant ledit point d'in-

crément apparaissant avant ledit point d'inflexion supérieur,

des moyens pour mesurer une valeur absolue de la pente d'u-

ne ligne représentant le processus, qui passe par ledit point d'inflexion supérieur et ledit point d'incrément, des moyens pour mesurer l'intersection de ladite ligne représentant le processus avec ladite première ligne de base de temps, des moyens pour mesurer la différence de temps entre ledit point d'intersection et ledit temps (T), et produisant un premier signal représentant une caractéristique de temps mort de processus (Tdt) dudit processus, des moyens réagissant à

ladite pente de la ligne représentant le processus en produi-

sant un second signal représentant une caractéristique (SEN)

de sensibilité du processus, et des moyens de réglage connec-

té pour recevoir la sortie dudit détecteur de bande et réa-

gissant audit premier et audit second signaux en modifiant

ledit paramètre de fonctionnement dudit dispositif régula-

teur en fonction d'une relation prédéterminée.