FR2689260A1 - Procédé d'autoréglage d'un système de commande prédictive utilisable dans un automatisme. - Google Patents
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Abstract
Le procédé selon l'invention comprend la modélisation de la commande prédictive sous la forme d'un régulateur équivalent, la simulation du fonctionnement du système associé au régulateur équivalent, et la détermination des marges de stabilité et de robustesse pour différentes valeurs des paramètres de réglage du critère quadratique utilisé par ladite commande, la constitution d'une base de faits (14) à l'aide des résultats obtenus lors de cette détermination, la constitution d'une base de règles (15) relative aux éléments de la base de faits (14), et l'exploitation de ces règles par un moteur d'inférence (11), selon une stratégie de chaînage avant à inférence floue d'un système expert. L'invention s'applique notamment aux systèmes de commande numérique pour machine-outil.
Description
PROCEDE D'AUTOREGLAGE D'UN SYSTEME DE COMMANDE PREDICTIVE
UTILISABLE DANS UN AUTOMATISME.
UTILISABLE DANS UN AUTOMATISME.
La présente invention concerne un procédé d'autoréglage d'un système de commande prédictive utilisable dans un automatisme tel que, par exemple, un système de commande numérique pour machine-outil.
On rappelle que dans ce type d'application, les déplacements de l'outil et/ou de la pièce à usiner sont commandés par des dispositifs d'asservissement en fonction de valeurs de consigne affichées par l'utilisateur ou même déterminées par un programme.
En principe, les variations que doivent subir au cours du temps les variables de sortie du processus commandé (trajectoire de ralliement de la sortie) sont connues.
De même, on dispose d'un modèle mathématique de représentation du processus commandé qui permet d'effectuer des prédictions du comportement du processus sur un horizon de prédiction fini, en fonction des valeurs présentes et antérieures de ses variables d'entrée et de sortie.
Dans un système de commande de type prédictif, le processus reçoit un signal de commande élaboré par un générateur de commande en fonction - d'un signal W représentatif des valeurs de consigne
aussi bien présentes que futures, qui sont définies par
exemple par un programme, - du signal de sortie Y délivré par le processus, c'est
à-dire des variations estimées dans le futur des
variables commandées.
aussi bien présentes que futures, qui sont définies par
exemple par un programme, - du signal de sortie Y délivré par le processus, c'est
à-dire des variations estimées dans le futur des
variables commandées.
En fait, le générateur de commande effectue une succession de cycles se répétant périodiquement, chaque cycle comprenant l'élaboration d'une séquence finie de signaux de commande u s'échelonnant dans le futur à partir de l'instant présent, seule la première valeur de la séquence étant appliquée sur l'entrée du processus.
Par contre, tous les signaux engendrés par le générateur de commande sont appliqués à un calculateur qui, pour chaque signal, détermine les sorties futures estimées SF du processus 1, grâce à un modèle de prédiction.
A partir de la connaissance d'une trajectoire de ralliement W et de l'élaboration d'une prédiction de la variable de sortie Y, sur un horizon de prédiction N2, le correcteur prédictif génère des signaux de commande u sur un horizon de commande Nu.
Les signaux de commande u sont habituellement issus de la minimisation d'un critère quadratique Jext qui prend en compte, de façon pondérée, les signaux u et l'écart entre la trajectoire de ralliement W et de la grandeur estimée de sortie Y sur l'intervalle glissant [N1 ; N2].
Ce critère quadratique peut etre de la forme
formule dans laquelle
N1 correspond au minimum de prédiction de la sortie du
système,
N2 est le maximum de prédiction de la sortie du
système,
Nu est l'horizon de commande au-delà duquel la commande
est constante,
X h est un coefficient de pondération portée sur les
variations de commande future,
Au(t) est une variation de commande à l'instant t,
y* est une sortie prédite du système, l'expression
formule dans laquelle
N1 correspond au minimum de prédiction de la sortie du
système,
N2 est le maximum de prédiction de la sortie du
système,
Nu est l'horizon de commande au-delà duquel la commande
est constante,
X h est un coefficient de pondération portée sur les
variations de commande future,
Au(t) est une variation de commande à l'instant t,
y* est une sortie prédite du système, l'expression
est un terme de pénalisation de la commande filtrée
garantissant une commande sans erreur statique.
garantissant une commande sans erreur statique.
Il s'avère que les quatre paramètres N1, N2, Nu et k qui constituent les paramètres de réglage des commandes prédictives sont pratiquement inintelligibles pour le profane. Ce réglage ne peut donc être exécuté que par un expert hautement spécialisé, et non par un utilisateur possédant de bonnes connaissances de sa machine. I1 s'agit donc là d'un inconvénient majeur de ce type de solution.
L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer cet inconvénient.
Elle se base sur le fait que cette loi de commande à horizon glissant, synthétisée par des régulateurs polynomiaux, présente un comportement assimilable à celui d'un système échantillonné équivalent de structure classique, rebouclé par le processus et dont on peut déterminer les critères de stabilité par des méthodes usuelles, notamment à partir de la transmittance du système équivalent en boucle ouverte.
Ceci a permis, d'une part, d'effectuer des études fréquentielles de stabilité et de robustesse et d'établir, d'autre part, des règles tendancielles traduisant les marges de stabilité et de robustesse du système en fonction des paramètres de réglage précédemment évoqués.
Sur la base de ces enseignements, l'invention propose un procédé d'autoréglage d'un système de commande prédictive du type précité à l'aide d'un système expert à logique floue faisant intervenir, de façon classique, une base de faits, une base de règles, et un moteur d'inférence, ce procédé comprenant les étapes suivantes - la modélisation du système de commande prédictive sous
la forme d'un régulateur équivalent de structure
classique rebouclé par le processus et selon lequel la
variable de sortie du processus est comparée avec une
consigne filtrée par un précompensateur T(z) dont les
coefficients dépendent des paramètres de synthèse - la simulation du fonctionnement du système associé au
régulateur équivalent, simulation au cours de laquelle
on détermine les marges de stabilité et de robustesse
pour différentes valeurs desdits paramètres - la constitution de la base de faits à l'aide des
résultats obtenus lors de la phase de détermination des
marges de stabilité - la constitution de la base de règles relative aux
différents éléments rentrant dans la base de faits, les
différentes règles de cette base étant déterminées par
un expert ; - l'exploitation des règles contenues dans la base de
règles par le moteur d'inférence, selon une stratégie
de chaînage avant, stratégie selon laquelle le moteur
d'inférence active successivement les règles pour
chaque ensemble de faits présents dans la base de faits
et introduit les conclusions résultant de l'activation
de ces règles dans la base de faits, jusqu'à
l'obtention des conclusions recherchées ou lorsque plus
aucune règle ne s'applique.
la forme d'un régulateur équivalent de structure
classique rebouclé par le processus et selon lequel la
variable de sortie du processus est comparée avec une
consigne filtrée par un précompensateur T(z) dont les
coefficients dépendent des paramètres de synthèse - la simulation du fonctionnement du système associé au
régulateur équivalent, simulation au cours de laquelle
on détermine les marges de stabilité et de robustesse
pour différentes valeurs desdits paramètres - la constitution de la base de faits à l'aide des
résultats obtenus lors de la phase de détermination des
marges de stabilité - la constitution de la base de règles relative aux
différents éléments rentrant dans la base de faits, les
différentes règles de cette base étant déterminées par
un expert ; - l'exploitation des règles contenues dans la base de
règles par le moteur d'inférence, selon une stratégie
de chaînage avant, stratégie selon laquelle le moteur
d'inférence active successivement les règles pour
chaque ensemble de faits présents dans la base de faits
et introduit les conclusions résultant de l'activation
de ces règles dans la base de faits, jusqu'à
l'obtention des conclusions recherchées ou lorsque plus
aucune règle ne s'applique.
Un mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels
La figure 1 est un schéma de principe d'un
dispositif de commande prédictive du type de
ceux utilisés conformément au procédé selon l'invention ;
Les figures 2 et 3 sont des diagrammes
illustrant le principe de fonctionnement du
dispositif représenté sur la figure 1, au
niveau de la sortie (figure 2) et au niveau de
la commande (figure 3)
La figure 4 est un schéma de principe d'un
automatisme rebouclé par le processus,
équivalent à celui représenté figure 1
La figure 5 est un diagramme "Black-Nickols"
permettant de montrer l'influence du paramètre
N2 sur les marges de gain et de phase de
l'automatisme représenté figure 4
La figure 6 est une représentation schématique
d'un système expert utilisable pour la mise en
oeuvre du procédé selon l'invention ;
La figure 7 est un diagramme permettant
d'illustrer le mode d'utilisation du système
expert représenté figure 6.
La figure 1 est un schéma de principe d'un
dispositif de commande prédictive du type de
ceux utilisés conformément au procédé selon l'invention ;
Les figures 2 et 3 sont des diagrammes
illustrant le principe de fonctionnement du
dispositif représenté sur la figure 1, au
niveau de la sortie (figure 2) et au niveau de
la commande (figure 3)
La figure 4 est un schéma de principe d'un
automatisme rebouclé par le processus,
équivalent à celui représenté figure 1
La figure 5 est un diagramme "Black-Nickols"
permettant de montrer l'influence du paramètre
N2 sur les marges de gain et de phase de
l'automatisme représenté figure 4
La figure 6 est une représentation schématique
d'un système expert utilisable pour la mise en
oeuvre du procédé selon l'invention ;
La figure 7 est un diagramme permettant
d'illustrer le mode d'utilisation du système
expert représenté figure 6.
Dans l'exemple représenté sur la figure 1, le processus à contrôler, représenté par un bloc 1, consiste en un axe d'une machine-outil, la variable commandée étant alors la position de l'outil et/ou celle de la pièce à usiner.
Ce processus reçoit un signal de commande u élaboré par un générateur de commande 2 et comprend des capteurs délivrant des signaux de sortie Y représentatifs de la (ou des) variable(s) commandée(s).
Le générateur de commande 2 élabore le signal de commande u en fonction - d'un signal W représentatif des valeurs de consigne
aussi bien présentes que futures, qui sont définies par
exemple par un programme - du signal de sortie Y délivré par le processus 1 ; et - d'un signal représentatif des sorties futures estimées
SF, c'est-à-dire des variations estimées dans le futur
des variables commandées.
aussi bien présentes que futures, qui sont définies par
exemple par un programme - du signal de sortie Y délivré par le processus 1 ; et - d'un signal représentatif des sorties futures estimées
SF, c'est-à-dire des variations estimées dans le futur
des variables commandées.
Il effectue une succession de cycles se répétant périodiquement, chaque cycle comprenant l'élaboration d'une séquence finie de signaux de commande u s'échelonnant dans le futur à partir de l'instant présent, seule la première valeur de la séquence étant appliquée sur l'entrée du processus 1.
Par contre, tous les signaux engendrés par le générateur de commande sont appliqués à un calculateur 3 qui, pour chacun de ces signaux, détermine les sorties futures estimées SF du processus 1, grâce à un modèle de prédiction.
Les signaux de commande u sont élaborés par minimisation d'un critère quadratique du type de celui précédemment évoqué, prenant en compte l'écart entre les consignes futures W (trajectoire de ralliement future) et les sorties futures estimées SF (trajectoire prédictive Y) sur un horizon de prédiction N2 - N1 + 1 (intervalle glissant).
Le diagramme représenté figure 2 montre, à titre indicatif, la trajectoire de ralliement W de la variable commandée Y dans un repère de coordonnées dont l'abscisse indique le temps t (passé et avenir), tandis que l'ordonnée qui coupe l'abscisse en un point I représentant l'instant présent, indique la valeur réelle de la variable commandée Y, y* étant la valeur prédite.
D'une façon analogue, la figure 3 montre l'évolution dans le temps du signal de commande u, aussi bien dans le passé (à gauche de l'ordonnée) que dans le futur (à droite de l'ordonnée).
L'erreur de prédiction révélée au niveau du critère quadratique par l'expression
doit être compensée par la variance de la commande révélée par l'expression
de ce même critère.
doit être compensée par la variance de la commande révélée par l'expression
de ce même critère.
Après chaque étape de calcul, on dispose de Nu commandes, au-delà desquelles les commandes futures sont maintenues constantes, soit u(t) = u(t - 1) + Duopt(t) u(t + Nu - 1) = u(t + Nu - 2) + Duopt(t + Nu - 1) u(t + n) = u(t + Nu - 1) avec Nu < n < N2
N2 étant l'horizon de prédiction, et
Duopt étant le vecteur de commande optimale.
N2 étant l'horizon de prédiction, et
Duopt étant le vecteur de commande optimale.
Le dispositif précedemment décrit effectue une succession de cycles comprenant chacun la séquence suivante - acquisition d'une mesure de la sortie à l'instant
présent, - actualisation du vecteur W(t) constitué des N2 - N1 + 1
points de consignes futures du système, disponibles au
temps t, - construction du vecteur Y constitué des N2 - N1 + 1
prédictions de la sortie, à partir des mesures connues
à l'instant présent et passé, - calcul du vecteur u constitué des N2 commandes, - maintien de ce vecteur pendant la période d'échantil
lonnage, - réactualisation du temps ("t" est augmenté de T) et
démarrage d'un nouveau cycle.
présent, - actualisation du vecteur W(t) constitué des N2 - N1 + 1
points de consignes futures du système, disponibles au
temps t, - construction du vecteur Y constitué des N2 - N1 + 1
prédictions de la sortie, à partir des mesures connues
à l'instant présent et passé, - calcul du vecteur u constitué des N2 commandes, - maintien de ce vecteur pendant la période d'échantil
lonnage, - réactualisation du temps ("t" est augmenté de T) et
démarrage d'un nouveau cycle.
Comme précédemment mentionné, en vue de procéder au réglage des paramètres N1, N2, Nu et k intervenant dans le critère quadratique, le procédé selon l'invention propose d'effectuer une modélisation du système de commande prédictive sous une forme équivalente telle que l'on puisse déterminer par une analyse fréquentielle, les variations des principaux critères de stabilité pour différentes valeurs des paramètres.
La figure 4 est un exemple d'exécution d'une représentation équivalente de l'automatisme représenté sur la figure 1, (dans laquelle le bloc GPC correspond au bloc GPC de la figure 1 qui inclut le générateur de commande et le calculateur 3).
Dans cet exemple, les consignes appliquées à l'entrée du soustracteur S de la boucle d'asservissement sont élaborées par un module d'anticipation des consignes (fonction de transfert T(z)) qui reçoit un signal W représentatif d'une trajectoire de ralliement (éventuellement obtenue par programme) et dont on peut faire varier les paramètres du critère quadratique N1,
N2, Nu et k.
N2, Nu et k.
La boucle d'asservissement comprend, quant à elle - un organe de commande de fonction de transfert
S(z -1)
apte à élaborer un signal de commande à partir du
signal d'erreur E délivré par le soustracteur, - le processus qui reçoit le signal de commande et qui
délivre un signal de sortie y, - une boucle de contre-réaction comprenant un réseau
correcteur de fonction de transfert R(z -1) dont la
sortie est appliquée à la deuxième entrée du
soustracteur S.
S(z -1)
apte à élaborer un signal de commande à partir du
signal d'erreur E délivré par le soustracteur, - le processus qui reçoit le signal de commande et qui
délivre un signal de sortie y, - une boucle de contre-réaction comprenant un réseau
correcteur de fonction de transfert R(z -1) dont la
sortie est appliquée à la deuxième entrée du
soustracteur S.
Le regulateur RST étant quel que
R
S } r polynomes fonction (N1, N2, Nu, X, système)
T
Il est clair que l'étude des critères de stabilité d'un tel automatisme peut être exécutée par des methodes classiques, bien connues des automaticiens.
R
S } r polynomes fonction (N1, N2, Nu, X, système)
T
Il est clair que l'étude des critères de stabilité d'un tel automatisme peut être exécutée par des methodes classiques, bien connues des automaticiens.
La figure 5 est un diagramme de "Black-Nickols" de l'automatisme représenté sur la figure 4 qui, par définition, donne dans un repère de coordonnées rectangulaires, la courbe de variation du gain G (exprimée en dB) du système en boucle ouverte en fonction de la phase Ph exprimée en degrés, cette courbe étant habituellement graduée en o (pulsation).
Dans ce plan, la marge de gain AM correspond à la distance à l'axe OdB du point de la courbe correspondant à un déphasage de -.
De même, la marge de phase AK correspond à la distance à l'axe -w du point de la courbe correspondant à un gain de
OdB (gain unitaire).
OdB (gain unitaire).
Dans cet exemple, on a représenté la courbe réponse de l'automatisme pour deux valeurs du paramètre, la courbe C1 correspondant à la valeur N'2 = 8, et la courbe C2 correspondant à la valeur N"2 = 15.
Ce diagramme permet donc d'énoncer la relation de logique floue suivante
SI N2 AUGMENTE, ALORS, LA MARGE DE PHASE AUGMENTE
Il s'agit d'une règle exprimée sous forme de tendance qui fait partie des connaissances que peut acquérir l'expert chargé de régler les paramètres du critère quadratique.
SI N2 AUGMENTE, ALORS, LA MARGE DE PHASE AUGMENTE
Il s'agit d'une règle exprimée sous forme de tendance qui fait partie des connaissances que peut acquérir l'expert chargé de régler les paramètres du critère quadratique.
Grâce à une étude plus complète de l'automatisme, il s'est avéré possible d'établir une pluralité de règles similaires présentant une syntaxe du type
Préface
Si (prémisse 1) avec attributs
et (prémisse 2) avec attributs
et (prémisse n) avec attributs
Alors
Epilogue.
Préface
Si (prémisse 1) avec attributs
et (prémisse 2) avec attributs
et (prémisse n) avec attributs
Alors
Epilogue.
Chaque prémisse d'une règle peut être composée . soit d'une assertion pouvant se traduire en terme
linguistique par des expressions
- mauvaise bonne moyenne forte
- négatif grand (ng), négatif petit (np), correct,
positif petit (pp), positif grand (pg) . soit d'une ou plusieurs formules logiques du type
"membre 1 - comparateur - membre 2"
chaque membre pouvant être une constante ou une
variable et le comparateur pouvant appartenir à
l'ensemble (=, < , > , < =, > =) ou à un ensemble de termes
linguistiques comparatifs tels que
"voisin, voisin -, voisin +" . soit de prédicats de la forme
"X relation Y" ou "relation (X, Y)" qui peuvent avoir
les valeurs vrai, faux ou inconnu . soit d'une action-fonction du langage, . soit des formules combinées par des ET, OU, NON.
linguistique par des expressions
- mauvaise bonne moyenne forte
- négatif grand (ng), négatif petit (np), correct,
positif petit (pp), positif grand (pg) . soit d'une ou plusieurs formules logiques du type
"membre 1 - comparateur - membre 2"
chaque membre pouvant être une constante ou une
variable et le comparateur pouvant appartenir à
l'ensemble (=, < , > , < =, > =) ou à un ensemble de termes
linguistiques comparatifs tels que
"voisin, voisin -, voisin +" . soit de prédicats de la forme
"X relation Y" ou "relation (X, Y)" qui peuvent avoir
les valeurs vrai, faux ou inconnu . soit d'une action-fonction du langage, . soit des formules combinées par des ET, OU, NON.
La conclusion d'une règle est composée . soit d'une assertion, . soit de prédicats de la forme "X relation Y" ou
"relation (X, Y)", . soit de l'affectation d'une valeur à une variable, . soit d'un appel à une action de la base procédurale
telle que, par exemple, "augmenter", "diminuer",
"maintenir".
"relation (X, Y)", . soit de l'affectation d'une valeur à une variable, . soit d'un appel à une action de la base procédurale
telle que, par exemple, "augmenter", "diminuer",
"maintenir".
La préface permet d'activer des actions de la base procédurale et d'initialiser spécifiquement des variables juste avant le déclenchement d'une règle.
L'épilogue permet - d'activer des actions de la base procédurale, - de contrôler le moteur d'inférence à travers les
variables système, - de réactiver une règle, - d'aller sur une autre classe de règles, - de créer un fait.
variables système, - de réactiver une règle, - d'aller sur une autre classe de règles, - de créer un fait.
Une liste de règles spécifiques au procédé selon l'invention est donnée ci-après, étant entendu que cette liste n'est pas exhaustive.
Règles relatives à la marge de gain MG
Si MG est forte alors diminuer beaucoup k
Si MG est bonne alors X correct
Si MG est mauvaise alors augmenter beaucoup X
Règles relatives à la marge de phase MP
Si MP est forte et k est voisinage alors diminuer
beaucoup N2
Si MP est bonne alors N2 correct et k correct
Si MP est mauvaise et X est voisinage alors augmenter
beaucoup N2
Règles relatives à la marge de retard MR
Si MR est inférieure à 1 alors augmenter beaucoup X
Si MR est bonne alors X correct
Si MR est forte alors diminuer beaucoup X
Règles relatives au taux de saturation de la commande
Tsat
Si Tsat est inférieur à 1 alors X correct et N2 correct
Si Tsat est supérieur à 1 alors augmenter un peu N2
Le domaine d'appartenance des termes linguistiques utilisés dans cette liste de règles est de type triangulaire (ou trapézoïdal), usuellement utilisé en logique floue.
Si MG est forte alors diminuer beaucoup k
Si MG est bonne alors X correct
Si MG est mauvaise alors augmenter beaucoup X
Règles relatives à la marge de phase MP
Si MP est forte et k est voisinage alors diminuer
beaucoup N2
Si MP est bonne alors N2 correct et k correct
Si MP est mauvaise et X est voisinage alors augmenter
beaucoup N2
Règles relatives à la marge de retard MR
Si MR est inférieure à 1 alors augmenter beaucoup X
Si MR est bonne alors X correct
Si MR est forte alors diminuer beaucoup X
Règles relatives au taux de saturation de la commande
Tsat
Si Tsat est inférieur à 1 alors X correct et N2 correct
Si Tsat est supérieur à 1 alors augmenter un peu N2
Le domaine d'appartenance des termes linguistiques utilisés dans cette liste de règles est de type triangulaire (ou trapézoïdal), usuellement utilisé en logique floue.
Comme précédemment mentionné, ces règles sont introduites dans une base de règles d'un système expert destiné à effectuer le réglage des paramètres X, N1, N2 et Nu.
Ce système expert se compose, comme illustré sur la figure 6, de plusieurs sous-systèmes, à savoir - un sous-système d'acquisition des connaissances 10, - un moteur d'inférence 11, - un interface de type machine/machine 12, - un interface de type homme/machine 13.
I1 est couplé à une base de connaissances décomposée en - une base de faits 14 qui contient les renseignements
relatifs à une consultation particulière, tels que
des assertions,
des variables avec leurs valeurs,
cette base de faits est plus particulièrement destinée
à recevoir les paramètres des différents critères
précédemment évoqués en provenance de l'interface
machine/machine, ainsi que les résultats obtenus par le
moteur d'inférence 11 à la suite de l'application des
règles, - une base de règles 15 contenant notamment les règles
précédemment définies, et - une base de conclusions 16.
relatifs à une consultation particulière, tels que
des assertions,
des variables avec leurs valeurs,
cette base de faits est plus particulièrement destinée
à recevoir les paramètres des différents critères
précédemment évoqués en provenance de l'interface
machine/machine, ainsi que les résultats obtenus par le
moteur d'inférence 11 à la suite de l'application des
règles, - une base de règles 15 contenant notamment les règles
précédemment définies, et - une base de conclusions 16.
Bien entendu, le système expert peut utiliser des fichiers externes tels que - un fichier des consignes et des seuils, - un fichier des commandes, - un fichier des traductions, et - un fichier des explications.
L'acquisition des connaissances par le système expert, c'est-à-dire l'enrichissement de sa base de connaissances 10 ainsi que la constitution et/ou la mise à jour des différents fichiers, ne s'effectue, en principe, que dans un mode déterminé (mode d'accès). A cet effet, le système expert peut comprendre un module d'aide à l'acquisition des connaissances avec un éditeur de règles et d'actions.
Le moteur d'inférence utilise un mécanisme d'inférence conçu de manière à exploiter les règles de logique floue précédemment évoquées, l'inférence étant dictée par le "modus ponens généralisé" qui, à partir d'un fait A (hypothèse) et d'une règle A impliquant un fait B, déduit le fait B (conclusion), les faits A et B étant des faits imprécis (flous).
Les objets décrits dans le langage peuvent prendre les caractéristiques : - d'une constante, - d'une variable de type numérique (entier ou réel),
alphanumérique (chaîne de caractères) ou logique, - d'un tableau de type numérique, alphanumérique (chaîne
de caractères) ou logique, - d'une expression.
alphanumérique (chaîne de caractères) ou logique, - d'un tableau de type numérique, alphanumérique (chaîne
de caractères) ou logique, - d'une expression.
Les variables peuvent être soit globales, c'est-à-dire communes à la base déclarative et à la base procédurale, soit locales, car propres à une action.
En outre, il peut être également prévu des instructions spécialisées, telles que - les instructions qui permettent l'interfaçage avec les
programmes externes, - les instructions capables de capter des faits sur le
processus ou de le modifier, - les instructions qui agissent sur la base de faits pour
ranger ou supprimer des faits, - les instructions à destination du mécanisme d'inférence
pour le contrôler.
programmes externes, - les instructions capables de capter des faits sur le
processus ou de le modifier, - les instructions qui agissent sur la base de faits pour
ranger ou supprimer des faits, - les instructions à destination du mécanisme d'inférence
pour le contrôler.
Sur le plan fonctionnel, le moteur d'inférence offre les fonctionnalités suivantes - activation des règles et déduction des faits, - activation d'actions, - traduction de messages, - analyse de contexte, - mémorisation de problèmes en cours avec possibilité de
reprise, - formulation d'une solution finale ou partielle avec
demande d'informations complémentaires.
reprise, - formulation d'une solution finale ou partielle avec
demande d'informations complémentaires.
A l'intérieur du système expert, les messages transmis par l'interface machine/machine sont tout d'abord traduits puis transférés à une unité d'analyse de la situation, de diagnostic et de sélection d'actions.
Les commandes élaborées par cette unité d'analyse à partir des messages transmis par l'interface machine/machine et, éventuellement, des réponses apportées aux requêtes (via l'interface homme/machine) sont transmises au système cible par l'intermédiaire d'un organe de construction des commandes actives utilisant un fichier des commandes et de l'interface machine/machine.
Ce système expert fonctionne essentiellement en chaînage avant, (ce sont les nouvelles informations qui déclenchent sa (re)mise en route).
D'une façon plus précise, un cycle de fonctionnement du procédé selon 1 invention comprend, comme illustre sur la figure 7, la simulation fonctionnement de l'automatisme (bloc 20) pour des valeurs déterminées des paramètres N1,
N2, Nu, X et la prise en compte par la base de faits du système expert (bloc 21) par l'intermédiaire d'un interface machine/machine, des valeurs des différentes marges de stabilité de l'automatisme (marge de gain, marge de phase, marge de retard, taux de saturation), élaborées dans le bloc 22.
N2, Nu, X et la prise en compte par la base de faits du système expert (bloc 21) par l'intermédiaire d'un interface machine/machine, des valeurs des différentes marges de stabilité de l'automatisme (marge de gain, marge de phase, marge de retard, taux de saturation), élaborées dans le bloc 22.
Une fois ces valeurs prises en compte, le système expert (bloc 21) va déclencher l'application successive des règles.
Bien entendu, pour un même paramètre, l'application de ces règles pourra conduire à plusieurs conclusions (le paramètre appartenant à plusieurs domaines). Dans ce cas, le système expert déterminera le domaine optimal dans lequel le paramètre devra se situer, par un calcul du barycentre de la somme des domaines indiqués par les règles (le domaine optimum étant celui qui inclut le barycentre).
Une fois cette phase de détermination effectuée, les nouvelles valeurs des paramètres sont introduites dans la base de faits, tandis que des corrections correspondantes (bloc 23) sont effectuées au simulateur.
Un nouveau cycle de fonctionnement peut alors s'amorcer avec une simulation prenant en compte les nouvelles valeurs des paramètres.
Ce processus se répète jusqu'à l'obtention des conclusions recherchées.
Dans l'exemple représenté sur la figure 7, la boucle en traits interrompus fait apparaître l'analogie qui existe entre un réglage automatique effectué par le système expert et un réglage manuel effectué par un expert agissant sur les paramètres en fonction des marges de stabilité et de robustesse de l'automatisme dont on simule le fonctionnement.
Claims (13)
1. Procédé d'autoréglage d'un système de commande prédictive utilisable dans un automatisme, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes, exécutées par un système expert à logique floue faisant intervenir, de façon classique, une base de faits, une base de règles et un moteur d'inférence : - la modélisation du système de commande prédictive sous
la forme d'un régulateur équivalent de structure
classique boucle par le processus (1) et selon lequel
la variable de sortie Y du processus (1) est comparee
avec une consigne W élaborée par des moyens
d'anticipation dont on peut faire varier les paramètres
de réglage du critère quadratique - la simulation du fonctionnement du système associé au
régulateur équivalent, simulation au cours de laquelle
on détermine les marges de stabilité et de robustesse
MG, MP, MR, Tsat pour différentes valeurs desdits
paramètres - la constitution de la base de faits (14) à l'aide des
résultats obtenus lors de la phase de détermination des
marges de stabilité - la constitution de la base de règles (15) relative aux
différents éléments rentrant dans la base de faits
(14), les différentes règles de cette base étant
déterminées par un expert - l'exploitation des règles contenues dans la base de
règles (15) par le moteur d'inférence (11), selon une
stratégie de chaînage avant à inférence floue,
stratégie selon laquelle le moteur d'inférence (11)
active les règles pour chaque ensemble de faits
présents dans la base de faits (14) et introduit les
conclusions résultant de l'activation de ces règles
dans la base de faits (14), jusqu'à l'obtention des
conclusions recherchées ou lorsque plus aucune règle ne
s'applique.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les signaux de commande élaborés par le système de commande sont issus de la minimisation d'un critère quadratique de la forme
formule dans laquelle Nî correspond au minimum de prédiction de la sortie du
système, N2 est le maximum de prédiction de la sortie du
système, Nu est l'horizon de commande au-delà duquel la commande
est constante,
X X est un coefficient de pondération portée sur les
variations de commande future, . Au(t) est une variation de commande à l'instant t, . y est une sortie prédite du système, et en ce que les susdits paramètres à régler sont les paramètres N1, N2, Nu et X de ce critère quadratique.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le système de commande prédictive effectue une succession de cycles comprenant chacun la séquence suivante - acquisition d'une mesure de la sortie à l'instant
présent, - actualisation du vecteur W(t) constitué des N2 - N1 + 1
points de consignes futures du système, disponibles au
temps t, - construction du vecteur Y constitué des N2 - N1 + 1
prédictions de la sortie, à partir des mesures connues
à l'instant présent et passé, - calcul du vecteur u constitué des N2 commandes, - maintien de ce vecteur pendant la période d'échantil
lonnage, - réactualisation du temps ("t" est augmenté de T) et
démarrage d'un nouveau cycle.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le susdit régulateur équivalent fait intervenir un soustracteur S qui reçoit, par l'une de ses entrées, des consignes élaborées par un module d'anticipation T(z) dont on peut faire varier les paramètres du critère quadratique N1, N2, Nu et X, et dont la sortie délivre un signal d'erreur E appliqué à un organe de commande de fonction de transfert S(z -1)-1 qui élabore le signal de commande u du processus (1), la deuxième entre du soustracteur S recevant un signal engendré par une boucle de contre-réaction comprenant un reseau correcteur de fonction de transfert R(z -1) qui reçoit un signal de sortie Y délivré par le processus (1).
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les susdites règles présentent la syntaxe suivante
Préface
Si (prémisse 1) avec attributs
et (prémisse 2) avec attributs
et (prémisse n) avec attributs
Alors
Epilogue.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque prémisse d'une règle peut être composée . soit d'une assertion pouvant se traduire en terme
linguistique par des expressions
- mauvaise bonne moyenne forte
- négatif grand (ng), négatif petit (np), correct,
positif petit (pp), positif grand (pg) . soit d'une ou plusieurs formules logiques du type
"membre 1 - comparateur - membre 2"
chaque membre pouvant être une constante ou une
variable et le comparateur pouvant appartenir à
l'ensemble (=, < , > , < =, > =) ou à un ensemble de termes
linguistiques comparatifs tels que
voisin, voisin -, voisin +" . soit de prédicats de la forme
"X relation Y" ou "relation (X, Y)" qui peuvent avoir
les valeurs vrai, faux ou inconnu . soit d'une action-fonction du langage, . soit des formules combinées par des ET, OU, NON.
7. Procédé selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la conclusion d'une règle est composée . soit d'une assertion, . soit de prédicats de la forme "X relation Y" ou
"relation (X, Y)", soit de l'affectation d'une valeur à une variable, soit d'un appel à une action de la base procédurale
telle que, par exemple, "augmenter", "diminuer",
"maintenir".
8. Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'épilogue permet - d'activer des actions de la base procédurale, - de contrôler le moteur d'inférence à travers les
variables système, - de réactiver une règle, - d'aller sur une autre classe de règles, - de creer un fait.
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les règles relatives à la marge de gain comprennent au moins les règles suivantes
Si MG est forte alors diminuer beaucoup k
Si MG est bonne alors X correct
Si MG est mauvaise alors augmenter beaucoup B.
10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les règles relatives à la marge de phase MP comprennent les règles suivantes
Si MP est forte et k est voisinage alors diminuer
beaucoup N2
Si MP est bonne alors N2 correct et k correct
Si MP est mauvaise et X est voisinage alors augmenter
beaucoup N2.
11. Procédé selon lune des revendications précédentes, caractérisé en ce que les règles relatives à la marge de retard MR comprennent les règles suivantes
Si MR est inférieure à 1 alors augmenter beaucoup X
Si MR est bonne alors X correct
Si MR est forte alors diminuer beaucoup k.
12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les règles relatives au taux de saturation de la commande Tsat comprennent les règles suivantes
Si Tsat est inférieur à 1 alors X correct et N2 correct
Si Tsat est supérieur à 1 alors augmenter un peu N2.
13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le domaine d'appartenance des termes linguistiques utilisés dans les susdites règles est de type triangulaire et/ou trapézoïdal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9203853A FR2689260B1 (fr) | 1992-03-24 | 1992-03-24 | Procede d'autoreglage d'un systeme de commande predictive utilisable dans un automatisme. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9203853A FR2689260B1 (fr) | 1992-03-24 | 1992-03-24 | Procede d'autoreglage d'un systeme de commande predictive utilisable dans un automatisme. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2689260A1 true FR2689260A1 (fr) | 1993-10-01 |
| FR2689260B1 FR2689260B1 (fr) | 1994-06-10 |
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ID=9428257
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9203853A Expired - Fee Related FR2689260B1 (fr) | 1992-03-24 | 1992-03-24 | Procede d'autoreglage d'un systeme de commande predictive utilisable dans un automatisme. |
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| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2689260B1 (fr) |
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| CN103901775B (zh) * | 2014-03-06 | 2016-08-17 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于t-s模型带有输入约束的舵减横摇模糊控制器及其控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2689260B1 (fr) | 1994-06-10 |
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