FR2762412A1 - Procede et controleur pour controler un systeme asservi - Google Patents
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Abstract
Le procédé compense une perturbation créée dans un système asservi (5) par un événement perturbateur (SH) en effectuant (104) une mesure d'une erreur (Er (n) ) définissant l'étendue de la perturbation et en déterminant (111) un signal de correction (uadd (n) ) issu d'un filtrage de l'erreur (107, 109) . Le procédé effectue un contrôle répétitif qui corrige la perturbation à un instant donné en faisant que le signal de correction dépende d'une combinaison linéaire (110) entre une erreur précédente et le signal de correction antérieur utilisé pour corriger la perturbation antérieure.Le procédé est utilisé dans un système asservi (5) comportant un contrôleur (9) qui corrige une unité asservie (8) perturbée par la perturbation.Application : Contrôle d'un disque dur d'ordinateur contrôle d'un lecteur de compact disques, contrôle d'un processus industriel.
Description
DESCRIPTION
L'invention concerne un procédé pour compenser des perturbations produites sur un système asservi par au moins un événement perturbateur. Elle concerne également un contrôleur et un
système asservi utilisant un tel procédé.
Le système asservi comporte le contrôleur et une unité asservie qui peut être une unité de stockage de données sur un disque dur, un lecteur de compact disque, une unité de fabrication ou plus généralement une unité qui peut être perturbée par des perturbations intermittentes, unité qu'il est nécessaire
d'asservir.
On connait le document US 5 426 545 qui décrit un dispositif de compensation de perturbations qui peuvent se présenter dans le fonctionnement d'une unité de disque. L'événement perturbateur est par exemple un choc ou une vibration. Le dispositif mesure la perturbation créée par l'accélération du disque puis délivre un signal de correction qui, après filtrage, sert à compenser les effets du choc ou de la vibration. Pour cela, le dispositif fait usage d'un capteur d'accélération angulaire. La méthode opère en continu, c'est-à-dire que l'accéléromètre fonctionne en permanence, le signal de correction étant calculé
sans interruption.
Or un accéléromètre est un composant sophistiqué, donc coûteux. Son utilisation nécessite des aménagements particulier du
système asservi à contrôler.
Le but de l'invention est de contrôler un système asservi en simplifiant les moyens matériels mis en oeuvre sans
perdre sur les performances atteintes avec les systèmes connus.
Ce but est atteint grâce à un procédé qui effectue un contrôle répétitif qui corrige une perturbation à un instant donné en faisant que le signal de correction dépende d'une combinaison linéaire entre une erreur précédente et le signal de correction
antérieur utilisé pour corriger la perturbation antérieure.
Plus particulièrement, après la détection d'un événement perturbateur à un instant donné, le procédé comporte les étapes suivantes: d) calcul d'un vecteur de correction nouveau à partir d'une erreur mesurée après ledit événement perturbateur à l'instant donné, e) stockage du vecteur de correction nouveau en remplacement d'un vecteur de correction ancien pour servir après l'événement perturbateur suivant, f) et simultanément à l'étape d), pondération du vecteur de correction ancien par un coefficient de pondération pour déterminer le signal de correction, g) action du signal de correction sur le système asservi pour compenser la perturbation et reprise du procédé pour
chaque événement perturbateur suivant.
L'invention concerne également un contrôleur pour un système asservi pouvant être perturbé par au moins une perturbation consécutive à un événement perturbateur, le contrôleur comportant: a) des moyens de détection de la perturbation, b) des moyens de mesure d'une erreur définissant l'étendue de la perturbation, c) des moyens de détermination d'un signal de correction fondé sur un filtrage de l'erreur, caractérisé en ce que le contrôleur comporte des moyens pour effectuer un contrôle répétitif qui corrige une perturbation à un instant donné en faisant que le signal de correction dépende d'une combinaison linéaire entre une erreur précédente et le signal de correction antérieur utilisé pour corriger la perturbation antérieure. L'invention concerne également un système asservi
comportant une unité asservie et un tel contrôleur.
Pour donner toute son efficacité, le procédé prend en compte plusieurs perturbations successives de telle manière que peu à peu le procédé tend à corriger les effets néfastes des événements perturbateurs. C'est à partir de la suite de perturbations que le système apprend à générer le signal de correction qui agit de plus en plus efficacement au fur et à mesure de l'apparition des événements perturbateurs. A l'apparition de la première perturbation, le procédé commence son apprentissage, le cycle de corrections commençant dès la seconde perturbation. Ces différents aspects de l'invention et d'autres encore seront apparents et élucidés à partir des modes de
réalisation décrits ci-après.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des figures suivantes données à titre d'exemples non limitatifs qui représentent: Figure 1: un schéma d'un disque dur muni d'une tête de lecture-écriture. Figure 2: un schéma montrant un système asservi formé
d'une unité asservie couplée à un contrôleur.
Figure 3: un schéma d'un détecteur de choc.
Figure 4: un schéma général d'un système asservi
mettant en oeuvre le procédé selon l'invention.
Figure 5: des signaux d'erreurs montrant deux
perturbations successives.
Figure 6: un organigramme des différentes étapes du
procédé selon l'invention.
Figure 7: un schéma d'un système de fabrication de
tubes de verre comportant l'invention.
Selon une application préférentielle, l'invention est décrite tout d'abord dans le cas du contrôle de la position du bras de lecture d'un disque dur d'un système informatique. Il ne s'agit que d'un exemple de réalisation car l'invention peut être mise en oeuvre dans d'autres applications mettant en oeuvre des systèmes asservis tels que l'enregistrement et la reproduction de signaux audio ou vidéo ou plus généralement dans des applications en
automatique nécessitant un asservissement de systèmes dynamiques.
Un second exemple se rapportant au contrôle d'une chaîne de
fabrication de tubes de verre est également décrite succinctement.
La figure 1 représente un disque 10 comportant des pistes 11 décomposées en secteurs 12 dans lesquels sont stockées des données. Une tête de lecture-écriture 15 permet de lire les données stockées sur les pistes. Le disque est mobile en rotation selon la flèche 17. En fonctionnement, la tête 15 doit rester correctement positionnée par rapport à la piste 11 pour que les données soient correctement lues ou écrites. Si un choc se présente, la tête de lecture ne reste pas correctement positionnée et une erreur de positionnement apparaît. Des moyens d'asservissement 9 permettent de contrôler les paramètres caractérisant la position de la tête 15 pour faire que les erreurs
soient les plus faibles possibles.
La figure 2 représente schématiquement un système asservi 5 formé d'une unité asservie 8 à contrôler (ici une unité de disque) et d'un contrôleur 9 qui délivre des commandes 7 à
l'unité asservie 8.
Pour mettre au point l'asservissement, on peut caractériser l'unité asservie par plusieurs paramètres. A titre d'exemple, on peut choisir de prendre en compte la position P de la
tête de lecture.
Lors de l'apparition d'un événement perturbateur, par exemple un choc, le signal de suivi de la position de la tête va présenter une perturbation. Selon l'invention, le procédé commence par détecter l'apparition de la perturbation, ce qui déclenche la mesure d'une erreur. Cette erreur est échantillonnée pour obtenir un vecteur d'erreur qui est filtré pour construire un vecteur de correction qui lui-même est utilisé pour générer un signal de correction qui sert à compenser les effets de l'événement perturbateur. A chaque perturbation ultérieure, le même processus est mis en oeuvre, mais en tenant compte des corrections déjà
apportées précédemment.
La figure 6 indique les différentes étapes du procédé
selon l'invention. L'étape 100 concerne la détection du choc.
L'étape 102 consiste à tester régulièrement si un choc est survenu en mesurant la position P de la tête de lecture et en effectuant un filtrage avec un filtre de détection. Tant qu'un choc n'est pas détecté (réponse négative N), la procédure de veille reste en action. Lorsqu'un choc est détecté (réponse positive Y), un vecteur d'erreur Er(n) est déterminé (étape 104) en prélevant plusieurs échantillons du signal d'erreur. Ce vecteur d'erreur caractérise l'erreur de position de la tête de lecture-écriture. Considérons le choc d'ordre n apparaissant au temps t.,. A cet instant, le procédé comporte deux phases qui se développent en parallèle: - une première phase au cours de laquelle le procédé corrige la perturbation qui vient d'être détectée à l'instant t.; - une seconde phase au cours de laquelle le procédé
calcule des informations devant servir au cycle suivant.
Considérons d'abord la seconde phase. Après la détection de la perturbation, le procédé détermine le vecteur d'erreur Er(n) (étape 104) formé par N échantillons du signal d'erreur détecté. Ce vecteur d'erreur subit un premier filtrage (étape 107) qui fournit une erreur filtrée Er1(n). Le premier filtrage est obtenu par une approximation stable de l'inverse de la fonction de transfert du processus de sensibilité. La fonction de transfert du processus de sensibilité peut être calculée par la relation T/(1+TC) o T représente la fonction de transfert du système 23 et o C représente la fonction de transfert du contrôleur linéaire 22. L'erreur filtrée EFl(n) subit un second
filtrage (étape 109), le second filtrage étant un filtrage passe-
bas qui fournit une erreur filtrée EF2(n). Le procédé détermine alors (étape 110) le vecteur de correction FF(n) tel que: FF(n) = FF(n-1) + EF2(n), o FF(n-1) est le vecteur de correction calculé après le choc précédent. Ce vecteur FF(n) est alors stocké dans une mémoire (étape 106) pour servir après la détection de la perturbation
suivante.
Considérons maintenant la première phase. Le vecteur de correction FF(n1), calculé au temps tn1, a été stocké dans la mémoire (étape 106). Le procédé calcule au temps tn la contribution que le vecteur FF(n-1) doit fournir pour corriger la perturbation
détectée à l'instant t,.
Pour cela le vecteur de correction FF(n-1) est pondéré (étape 108) par un coefficient de pondération k. Ce vecteur de correction pondéré sert à générer le signal de correction uadd(n) qui est utilisé par le contrôleur pour corriger la perturbation: Uadd (n) =k. FF(n-l) Ainsi, progressivement, le procédé prend en compte (étape 110) toutes les contributions déterminées antérieurement pour délivrer un signal de correction uadd(n) mis à jour à chaque
détection d'une nouvelle perturbation.
La figure 5 montre les signaux d'erreurs engendrés par deux chocs consécutifs. Un choc est détecté lorsque la sortie du filtre de détection est supérieure à un seuil prédéterminé Th (figure 3). Les chocs successifs sont supposés créer des signaux d'erreur ayant sensiblement les mêmes allures. Sur la figure 5 le signal d'erreur Er(n-1) apparaît entre les instants tl(n-1) et t2(n-1). Un choc suivant provoque un signal d'erreur Er(n) entre les instants t1(n) et t2(n). En prenant en compte les signaux d'erreur uniquement après que les chocs ont été détectés, tout se passe en pratique comme si les signaux d'erreur Er(n-1), Er(n) étaient mis bout à bout, ce qui permet à l'invention de mettre en oeuvre une technique d'apprentissage basée sur la technique du contrôle répétitif. Ceci est rendu possible par le fait que l'on donne un caractère périodique aux perturbations en ne prenant en compte le signal d'erreur que lorsque chaque perturbation est détectée. De cette manière, la suite périodique de perturbations
doit alors être compensée par un signal de correction périodique.
Le schéma du système asservi muni de son contrôleur opérant selon le procédé de correction exposé est représenté sur la figure 4. Il comprend une unité à asservir 23, par exemple une unité de disque, qui peut recevoir un événement perturbateur SH, par exemple un choc. Ce choc provoque une perturbation de la position de la tête de lecture. Cette position est suivie en permanence et comparée dans un comparateur 20 à une référence de position Ref. Lorsqu'un écart de position apparaît, le comparateur 20 délivre l'erreur Er(n) à l'instant tn. Le système asservi comporte un contrôleur 28 qui est préférentiellement formé d'un contrôleur linéaire connu 22 dont l'action est complétée par des moyens de contrôle répétitif 25 selon l'invention. Le signal de correction u délivré par le contrôleur connu 22 est additionné dans des moyens d'addition 21 à la contribution uadd fournie par les
moyens de contrôle répétitif.
L'apparition d'un choc SH est détectée par un détecteur de choc 29. Le détecteur de choc peut être celui représenté sur la figure 3. L'erreur de position mesurée Er(n) est filtrée dans un filtre de corrélation 26 qui délivre un signal YD qui est comparé à un seuil Th dans un comparateur 27. Celui-ci délivre une sortie binaire 0/1 qui indique si un choc a été détecté (SH=i) ou n'a pas
été détecté (SH=O).
Les moyens de contrôle répétitif 25 peuvent être constitués d'un calculateur qui met en oeuvre le procédé décrit
précédemment (figure 6).
En se référant à la figure 5, les différentes étapes du procédé se déroulent dans le temps de la manière suivante: t1(n-1): détection du choc d'ordre n-1 t1(n-1) à t2(n-1): application du signal de correction Uadd(n-2); t1(n-1) à t2(n-1): mesure de l'erreur Er(n-1), filtrage de Er(n-1) et calcul de FF(n-1); t2(n-1) à tl(n): en attente d'un choc suivant; t1(n): détection du choc d'ordre n; t1(n) à t2(n): application du signal de correction Uadd(n-1); t1(n) à t2(n): mesure de l'erreur Er(n), filtrage de
Er(n) et calcul de FF(n).
La figure 7 représente, d'une manière schématique, un autre mode de mise en application de l'invention. Elle concerne le contrôle du processus de fabrication de tubes de verres destinés à être utilisés comme tubes d'éclairage. On introduit du sable 60
dans un four 50 de manière à obtenir du verre à l'état liquide 62.
L'ensemble sable-verre liquide est traversé par un coeur de tirage 63 qui sert à constituer un tube creux 65 qui est formé par tirage grâce à deux rouleaux de tirage 53. Le tube est coupé par morceaux
de longueur l=4m environ à l'aide d'un appareil de découpage 57.
Lorsque le tube est sectionné, la masse de verre liquide 62 subit une chute de pression DP de sorte qu'il se produit une variation du diamètre de la partie du tube située aux environs de la sortie du four. Dans la fabrication des tubes en verre de ce genre, il est courant d'appliquer une surpression à l'entrée du four pour
compenser la chute de pression occasionnée par la coupe du tube.
Cette surpression est en général le fruit de l'expérience de la personne chargée de la surveillance du processus de fabrication. Or il est souhaitable d'automatiser un tel processus de fabrication et de tenir compte de l'événement perturbateur qui se produit cycliquement. Ceci permet de mettre en oeuvre la technique de
contrôle répétitif qui fait l'objet de l'invention.
Pour mettre en application l'invention, on va considérer que la chute de pression, qui est l'événement perturbateur, arrive de temps à autre et présente des
caractéristiques similaires à chacune de ses apparitions.
L'organigramme représenté sur la figure 6 s'applique au contrôle de la fabrication de tubes de verre d'une manière analogue
à celle décrite précédemment.
- on détecte la chute de pression au moment de la coupe du tube de verre; - le contrôleur 28 applique à l'unité 23, ici un compresseur, le signal de correction calculé au cycle précédent pour corriger la variation de pression. Simultanément, à l'aide d'un capteur optique 54, on mesure l'erreur de diamètre du tube pour définir l'étendue de la perturbation; à partir du signal d'erreur Er(n), le contrôleur 28 calcule le nouveau signal de correction à appliquer au cycle
suivant de la même façon que cela a été décrit précédemment.
L'invention a été décrite dans le cas de deux exemples différents montrant la diversité des domaines d'application de l'invention. D'une manière générale, l'invention peut contrôler tout système asservi pour lequel un événement perturbateur engendre une erreur mesurable sur l'un des paramètres caractérisant le système asservi, ladite erreur se reproduisant de manière sensiblement identique à chacune des apparitions de l'événement
perturbateur qui lui donne naissance.
Claims (9)
1. Procédé pour compenser au moins une perturbation créée dans un système asservi par un événement perturbateur, et à chaque événement perturbateur, le procédé opère: a) une détection de la perturbation, b) une mesure d'une erreur définissant l'étendue de la perturbation, c) une détermination d'un signal de correction fondé sur un filtrage de l'erreur, caractérisé en ce que le procédé effectue un contrôle répétitif qui corrige une perturbation à un instant donné en faisant que le signal de correction dépende d'une combinaison linéaire entre une erreur précédente et le signal de correction antérieur utilisé pour
corriger la perturbation antérieure.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'après la détection d'un événement perturbateur à un instant donné, le procédé comporte les étapes suivantes: d) calcul d'un vecteur de correction nouveau à partir de l'erreur mesurée après ledit événement perturbateur à l'instant donné, e) stockage du vecteur de correction nouveau en remplacement d'un vecteur de correction ancien pour servir après l'événement perturbateur suivant, f) et simultanément à l'étape d), pondération du vecteur de correction ancien par un coefficient de pondération pour déterminer le signal de correction, g) action du signal de correction sur le système asservi pour compenser la perturbation et reprise du procédé pour
chaque événement perturbateur suivant.
3. Contrôleur pour un système asservi pouvant être perturbé par au moins une perturbation consécutive à un événement perturbateur, le contrôleur comportant: a) des moyens de détection de la perturbation, b) des moyens de mesure d'une erreur définissant l'étendue de la perturbation, c) des moyens de détermination d'un signal de correction fondé sur un filtrage de l'erreur, caractérisé en ce que le contrôleur comporte des moyens pour effectuer un contrôle répétitif qui corrige une perturbation à un instant donné en faisant que le signal de correction dépende d'une combinaison linéaire entre une erreur précédente et le signal de correction antérieur utilisé pour corriger la perturbation antérieure.
4. Contrôleur selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il comporte: d) des moyens de calcul d'un vecteur de correction nouveau à partir de l'erreur mesurée après une détection d'un événement perturbateur à un instant donné, e) des moyens de stockage du vecteur de correction nouveau en remplacement d'un vecteur de correction ancien pour servir après l'événement perturbateur suivant, f) des moyens de pondération du vecteur de correction ancien par un coefficient de pondération pour déterminer le signal de correction, g) des moyens d'action du signal de correction sur le
système asservi pour compenser la perturbation.
5. Contrôleur selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il comporte un contrôleur linéaire apte à réaliser un contrôle linéaire de l'unité asservie, les moyens de contrôle répétitif complétant le contrôle linéaire en ajoutant le signal de correction.
6. Système asservi pouvant être perturbé par au moins une perturbation consécutive à un événement perturbateur, le système asservi comportant une unité asservie et un contrôleur qui comporte: a) des moyens de détection de la perturbation, b) des moyens de mesure d'une erreur définissant l'étendue de la perturbation, c) des moyens de détermination d'un signal de correction fondé sur un filtrage de l'erreur, caractérisé en ce que le contrôleur comporte des moyens pour effectuer un contrôle répétitif pour lequel le signal de correction, utilisé pour corriger une perturbation à un instant donné, dépend d'une combinaison linéaire entre une erreur précédente et le signal de correction antérieur utilisé pour
corriger la perturbation antérieure.
7. Système selon la revendication 6 caractérisé en ce que le contrôleur comporte: d) des moyens de calcul d'un vecteur de correction nouveau à partir de l'erreur mesurée après une détection d'un événement perturbateur à un instant donné, e) des moyens de stockage du vecteur de correction nouveau en remplacement d'un vecteur de correction ancien pour servir après l'événement perturbateur suivant, f) des moyens de pondération du vecteur de correction ancien par un coefficient de pondération pour déterminer le signal de correction, g) des moyens d'action du signal de correction sur le
système asservi pour compenser la perturbation.
8. Système asservi selon la revendication 6 caractérisé en ce que le contrôleur comporte un contrôleur linéaire apte à réaliser un contrôle linéaire de l'unité asservie, les moyens de contrôle répétitif complétant le contrôle linéaire en ajoutant le
signal de correction.
9. Système asservi selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'unité asservie est une unité de stockage de données sur
disque, un lecteur de compact disques, une unité de fabrication.
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Applications Claiming Priority (1)
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