FR2790620A1 - ELECTRONIC DEVICE, PARTICULARLY PROGRAMMABLE, WITH CHARACTERISTIC OF NON-LINEAR TRANSFER, AND APPLICATION TO A CONTROL DEVICE, IN PARTICULAR A CARDIAC STIMULATOR - Google Patents
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Abstract
Description
DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTERIEURTECHNICAL FIELD AND PRIOR ART
L'invention concerne d'abord le domaine des circuits électroniques à The invention relates first of all to the field of electronic circuits for
fonction de transfert non linéaire. nonlinear transfer function.
Dans le domaine des systèmes électroniques, se pose en effet le problème de réaliser des circuits mettant en oeuvre des fonctions ou caractéristiques de transfert non linéaires. La fonction, ou caractéristique de transfert d'un circuit, est In the field of electronic systems, there is the problem of producing circuits implementing non-linear transfer functions or characteristics. The function, or transfer characteristic of a circuit, is
le rapport entre le signal de sortie et son signal d'entrée. the ratio between the output signal and its input signal.
Plus précisément, se pose le problème de réaliser des circuits pouvant être facilement réalisés de manière à mettre en oeuvre une fonction de transfert non More specifically, there is the problem of producing circuits that can be easily implemented so as to implement a non-transfer function.
linéaire donnée.linear given.
L'invention concerne également le domaine des procédés et des dispositifs de contrôle. En particulier, elle trouve application à des procédés et des dispositifs de contrôle mettant en oeuvre des règles de logique floue ("fuzzy logic"). Elle trouve notamment application au contrôle de dispositifs implantés dans le corps humain, comme par exemple les stimulateurs cardiaques à fréquence The invention also relates to the field of methods and control devices. In particular, it finds application to methods and control devices implementing fuzzy logic rules. It finds particular application to the control of devices implanted in the human body, such as for example pacemakers with frequency
asservie à l'effort.enslaved to the effort.
Le contrôle à base de logique floue est appliqué à de nombreux domaines techniques. La mise en oeuvre d'algorithmes de contrôle à l'aide de règles de logique floue est possible, soit à l'aide de logiciels implantés sur des Fuzzy logic-based control is applied to many technical fields. The implementation of control algorithms using fuzzy logic rules is possible, either using software implemented on
microprocesseurs standards ou dédiés, ou bien à l'aide de circuits analogiques. standard or dedicated microprocessors, or using analog circuits.
Chaque technique présente ses propres avantages et ses propres inconvénients. Each technique has its own advantages and disadvantages.
La mise en oeuvre à l'aide de logiciels permet une grande flexibilité et une The implementation using software allows a great flexibility and a
grande souplesse de programmation. De plus, elle permet une certaine précision. great flexibility of programming. Moreover, it allows a certain precision.
Cependant le coût pour tous ces avantages réside en une puissance consommée However the cost for all these benefits lies in a power consumed
élevée et une vitesse relativement basse. high and a relatively low speed.
Les réalisations analogiques permettent d'obtenir des vitesses plus élevées et des consommations plus faibles, mais sont moins souples ou flexibles et Analog designs provide higher speeds and lower power consumption, but are less flexible or
permettent de n'obtenir qu'une faible précision. allow to obtain only a small precision.
La technologie des stimulateurs cardiaques, quant à elle, évolue assez rapidement. De nouvelles versions de stimulateurs sont offertes pratiquement chaque année par les constructeurs, qui en améliorent donc régulièrement les Pacemaker technology, meanwhile, is evolving quite rapidly. New versions of stimulators are offered almost every year by the manufacturers, who thus regularly improve the
propriétés.properties.
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Les utilisateurs, cependant, n'ont pas à leur disposition de dispositif qui soit réellement satisfaisant, en particulier du fait des algorithmes de contrôle, qui Users, however, do not have a truly satisfactory device at their disposal, especially because of the control algorithms, which
ne sont pas tout à fait adaptés.are not quite suitable.
Par ailleurs, de l'avis des utilisateurs la programmation du dispositif de contrôle est trop compliquée pour permettre une personnalisation optimale ou Moreover, in the opinion of the users the programming of the control device is too complicated to allow an optimal personalization or
satisfaisante du stimulateur.satisfactory stimulator.
Il se pose donc le problème de trouver un nouveau procédé et un nouveau dispositif de contrôle, applicable en particulier au contrôle d'un stimulateur cardiaque, et qui soit de préférence aisément programmable et économe en There is therefore the problem of finding a new method and a new control device, applicable in particular to the control of a pacemaker, and which is preferably easily programmable and cost-effective.
consommation d'énergie.energy consumption.
Il se pose également le problème, dans le cas de l'application à un stimulateur cardiaque, d'optimiser le taux d'activité cardiaque à partir de signaux de contrôle, les critères d'optimisation retenus étant: l'adaptation du rythme cardiaque, au repos et au cours d'un effort, à la There is also the problem, in the case of application to a pacemaker, optimizing the rate of cardiac activity from control signals, the optimization criteria selected being: the adaptation of the heart rate, at rest and during an effort, at the
demande métabolique.metabolic demand.
- l'accroissement approprié du rythme cardiaque au début de l'effort - la diminution du rythme cardiaque à la fin d'un effort Il se pose également le problème de simplifier et d'optimiser les procédures d'adaptation d'un dispositif de régulation à chaque variation dans la conception d'un système à réguler, en particulier dans le cas d'un stimulateur cardiaque. Enfin, il est important de pouvoir disposer de systèmes de régulation pouvant être adaptés à tout type de stimulateur cardiaque, quelqu'en soit le type de - the appropriate increase in the heart rate at the beginning of the effort - the decrease in the heart rate at the end of an effort There is also the problem of simplifying and optimizing the adaptation procedures of a control device with each variation in the design of a system to be regulated, in particular in the case of a pacemaker. Finally, it is important to have control systems that can be adapted to any type of pacemaker, whatever the type of pacemaker.
signal ou de signaux de contrôle utilisés. signal or control signals used.
EXPOSE DE L'INVENTIONSUMMARY OF THE INVENTION
L'invention a tout d'abord pour objet un dispositif électronique à caractéristique de transfert non-linéaire, constituée par, ou approchée par, une fonction linéaire par morceaux, les morceaux étant définis sur des intervalles de variation d'un signal d'entrée du dispositif, comportant: The invention firstly relates to an electronic device with non-linear transfer characteristic, constituted by, or approximated by, a piecewise linear function, the pieces being defined over intervals of variation of an input signal. the device, comprising:
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- des premiers moyens pour déterminer, pour chaque valeur d'un signal d'entrée, l'intervalle auquel appartient cette valeur, et le degré d'appartenance pour cet intervalle, - des seconds moyens pour produire un signal de sortie du dispositif, en fonction des informations sur l'intervalle d'appartenance et le degré d'appartenance de la valeur du signal d'entrée précédemment déterminés, ainsi que de la fonction first means for determining, for each value of an input signal, the interval at which this value belongs, and the degree of membership for this interval; second means for producing an output signal of the device, function of the membership interval information and the degree of membership of the previously determined input signal value, as well as the function
linéaire par morceaux.linear in pieces.
Selon une autre définition, l'invention a également pour objet un dispositif électronique à caractéristique de transfert non-linéaire, constituée par, ou approchée par, une fonction linéaire par morceaux, les morceaux étant définis sur des intervalles de variation d'un signal d'entrée du dispositif, comportant: - une première et une deuxième sources de courant permettant respectivement de décaler une valeur d'un signal d'entrée à l'aide d'une première valeur de décalage, et de multiplier le signal ainsi obtenu par un premier coefficient multiplicatif, - une troisième et une quatrième sources de courant, permettant respectivement de multiplier le deuxième valeur obtenue par un deuxième coefficient multiplicatif, puis de décaler la troisième valeur ainsi obtenue d'une certaine intensité à l'aide d'une deuxième valeur de décalage - des moyens pour produire un signal numérique identifiant un intervalle de variation dans lequel se situe le signal d'entrée et pour faire varier ou déterminer les coefficients multiplicatifs et les valeurs de décalage en fonction de l'intervalle According to another definition, the subject of the invention is also an electronic device with a non-linear transfer characteristic constituted by or approximated by a piecewise linear function, the pieces being defined over intervals of variation of a signal of input of the device, comprising: - a first and a second current source respectively for shifting a value of an input signal by means of a first offset value, and multiplying the signal thus obtained by a first multiplicative coefficient, - third and fourth current sources, respectively making it possible to multiply the second value obtained by a second multiplicative coefficient, and then to shift the third value thus obtained by a certain intensity using a second value. offset - means for producing a digital signal identifying a range of variation in which the input signal is located and p to vary or determine the multiplicative coefficients and offset values as a function of the interval
dans lequel se situe le signal d'entrée. in which the input signal is located.
Un dispositif selon l'invention permet de mettre aisément en oeuvre une fonction de transfert non-linéaire, constituée par, ou approchée par, une fonction linéaire par morceaux, les morceaux étant définis sur des intervalles de variation A device according to the invention makes it possible to easily implement a nonlinear transfer function, constituted by or approximated by a piecewise linear function, the pieces being defined over intervals of variation.
d'un signal d'entrée.an input signal.
Un tel dispositif peut avantageusement comporter en outre des moyens numériques de mémorisation, pour mémoriser des données définissant ou caractérisant la fonction linéaire par morceaux sur chacun des intervalles sur Such a device may advantageously furthermore comprise digital storage means, for storing data defining or characterizing the piecewise linear function on each of the intervals on
lesquels les morceaux de la fonction linéaire sont définis. which pieces of the linear function are defined.
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Les premiers moyens peuvent également produire un premier signal de sortie représentatif de l'intervalle auquel la valeur Q appartient et un deuxième The first means can also produce a first output signal representative of the interval at which the value Q belongs and a second
signal représentatif du degré d'appartenance à cet intervalle. signal representative of the degree of membership in this interval.
Notamment, les premiers moyens comportent: - des moyens pour produire un signal analogique définissant le degré In particular, the first means comprise: means for producing an analog signal defining the degree
d'appartenance de la valeur du signal d'entrée à l'intervalle auquel elle appartient. where the value of the input signal belongs to the interval to which it belongs.
- des moyens pour produire un signal numérique définissant l'intervalle means for producing a digital signal defining the interval
auquel la valeur du signal d'entrée appartient. the value of the input signal belongs to.
Une telle réalisation permet d'obtenir un dispositif qui,en outre, a une Such an embodiment makes it possible to obtain a device which, moreover, has a
faible consommation d'énergie.low energy consumption.
Avantageusement, une boucle de rétroaction numérique permet de modifier la détermination du degré d'appartenance d'une valeur du signal d'entrée Advantageously, a digital feedback loop makes it possible to modify the determination of the degree of membership of a value of the input signal.
en fonction de l'intervalle auquel elle appartient. depending on the interval to which it belongs.
Par exemple, des moyens peuvent être prévus pour comparer le deuxième signal de sortie, représentatif du degré d'appartenance, à des première et deuxième valeurs limites, respectivement inférieure et supérieure, et pour modifier le degré d'appartenance, ainsi que le premier signal représentatif du degré d'appartenance, lorsque le deuxième signal devient inférieur à la première valeur limite ou lorsque For example, means can be provided for comparing the second output signal, representative of the degree of membership, with first and second limit values, respectively lower and upper, and for modifying the degree of membership, as well as the first signal. representative of the degree of membership, when the second signal falls below the first limit value or when
le deuxième signal devient supérieur à la deuxième valeur limite. the second signal becomes greater than the second limit value.
Un dispositif selon l'invention peut être appliqué à un dispositif de contrôle d'une grandeur physique Z d'un système. Un tel dispositif de contrôle comporte alors un dispositif tel que ci-dessus, le signal d'entrée comportant au moins un signal de mesure, et le signal de sortie étant un signal de contrôle de la grandeur physique Z. Un exemple d'un système physique pouvant être ainsi régulé est celui A device according to the invention can be applied to a device for controlling a physical quantity Z of a system. Such a control device then comprises a device as above, the input signal comprising at least one measurement signal, and the output signal being a control signal of the physical magnitude Z. An example of a system physical that can be so regulated is that
d'un stimulateur cardiaque.pacemaker.
Un exemple de fonction de transfert non linéare pouvant être mise en oeuvre avec l'invention est constitué d'une fonction de transfert linéaire par morceaux, en particulier du type dérivée d'un système à logique floue. Ainsi, l'invention concerne également un système de régulation à logique floue, mettant An example of a non-linear transfer function that can be implemented with the invention consists of a piecewise linear transfer function, in particular of the type derived from a fuzzy logic system. Thus, the invention also relates to a fuzzy logic control system,
en oeuvre un dispositif tel qu'exposé ci-dessus. implement a device as explained above.
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Un tel dispositif de régulation peut en outre avantageusement comporter des moyens pour limiter les variations du signal de sortie. En particulier, ce dispositif peut comporter au moins deux circuits en parallèle, tels que déjà décrits ci-dessus, l'un permettant de calculer les valeurs de la grandeur physique Z, au moins l'un des autres permettant de calculer une variation maximum de cette Such a regulating device may also advantageously comprise means for limiting the variations of the output signal. In particular, this device may comprise at least two circuits in parallel, as already described above, one for calculating the values of the physical quantity Z, at least one of the others making it possible to calculate a maximum variation of this
grandeur à partir d'une valeur mesurée de cette même grandeur. magnitude from a measured value of that same magnitude.
Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif comporte trois circuits en parallèle, tels que déjà décrits ci-dessus, un premier circuit permettant de calculer les valeurs de la grandeur physique Z, un deuxième circuit ayant pour signal d'entrée la valeur réelle de Z, mesurée sur ou dans le système et pour signal de sortie l'accroissement maximum possible de Z, le troisième ayant lui aussi pour signal d'entrée la valeur réelle de Z, et pour signal de sortie la diminution maximum possible de Z. Un circuit comparateur peut permettre en outre de limiter la correction de Z, calculée à l'aide du premier circuit, à une valeur tenant compte des valeurs d'accroissement maximum possible et de diminution maximum According to a preferred embodiment, the device comprises three circuits in parallel, as already described above, a first circuit for calculating the values of the physical quantity Z, a second circuit whose input signal is the actual value of Z, measured on or in the system and for output signal the maximum possible increase of Z, the third also having for its input signal the actual value of Z, and for output signal the maximum possible decrease of Z. comparator circuit may furthermore make it possible to limit the correction of Z, calculated using the first circuit, to a value taking into account the values of maximum possible increase and maximum decrease.
possible calculées.calculated.
Par conséquent le circuit selon l'invention comporte: - des moyens pour déterminer, pour chaque valeur mesurée Q, l'intervalle auquel appartient cette valeur, et le degré d'appartenance pour cet intervalle - des moyens pour calculer une valeur d'un signal de sortie ou bien une valeur d'un signal de contrôle, à partir des informations sur l'intervalle auquel Consequently, the circuit according to the invention comprises: means for determining, for each measured value Q, the interval at which this value belongs, and the degree of membership for this interval; means for calculating a value of a signal output or a value of a control signal, from the information on the interval at which
appartient la valeur Q et son degré d'appartenance pour cet intervalle. the Q value and membership degree for that interval.
En particulier, ce dispositif peut comporter: - des moyens pour produire un signal numérique définissant l'appartenance d'une valeur d'entrée pour un intervalle, et pour produire un signal In particular, this device may comprise: means for producing a digital signal defining the membership of an input value for an interval, and for producing a signal
analogique de degré d'appartenance de ladite valeur d'entrée au dit intervalle. analog degree of membership of said input value at said interval.
- des moyens numériques pour déterminer des coefficients (c, d) dépendant de l'intervalle auquel appartient la valeur d'entrée, pour calculer une valeur du signal de sortie ou de contrôle Z. - des moyens analogiques pour calculer ladite valeur de contrôle en fonction du degré d'appartenance au sous-ensemble, et en fonction des coefficients digital means for determining coefficients (c, d) depending on the interval to which the input value belongs, for calculating a value of the output or control signal Z. analog means for calculating said control value by function of the degree of belonging to the subset, and according to the coefficients
(c, d).(c, d).
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Les moyens pour produire un signal analogique et un signal numérique peuvent comporter une partie analogique et une partie numérique, montées en The means for producing an analog signal and a digital signal may comprise an analog part and a digital part, mounted in
boucle fermée.closed loop.
Un signal de commande de la partie numérique est par exemple établi à l'aide d'un comparateur, qui compare la sortie de la partie analogique avec des For example, a control signal of the digital part is established by means of a comparator, which compares the output of the analog part with
valeurs prédéterminées.predetermined values.
Le circuit tel que défini ci-dessus permet de réaliser un circuit de commande à faible consommation d'énergie, ce qui est extrêmement important et critique dans le cas de certaines applications, notamment pour la réalisation de The circuit as defined above makes it possible to produce a control circuit with low energy consumption, which is extremely important and critical in the case of certain applications, particularly for the realization of
stimulateurs cardiaques.pacemakers.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURESBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la The features and advantages of the invention will become more apparent
lumière de la description qui va suivre. Cette description porte sur les exemples de light of the description that follows. This description focuses on the examples of
réalisation, donnés à titre explicatif et non limitatif, en se référant à des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un dispositif selon l'invention - la figure 2 est un exemple de caractéristique de transfert non linéaire, et de son approximation, linéaire par morceaux - la figure 3 représente de manière plus détaillée un dispositif selon l'invention - les figures 4 et 5 représentent des réalisations détaillées de certains composants du dispositif selon l'invention - les figures 6 à 9 sont des caractéristiques de transfert de certaines variables internes et de la variable de sortie, par rapport à la variable d'entrée, d'un embodiment, given for explanatory and nonlimiting purposes, with reference to the appended drawings in which: - Figure 1 schematically shows a device according to the invention - Figure 2 is an example of nonlinear transfer characteristic, and its approximation 3 shows in more detail a device according to the invention - FIGS. 4 and 5 show detailed embodiments of certain components of the device according to the invention - FIGS. 6 to 9 are transfer characteristics of FIG. certain internal variables and the output variable, with respect to the input variable, of a
dispositif selon l'invention.device according to the invention.
- la figure 10 représente un système de régulation mettant en oeuvre un FIG. 10 represents a regulation system implementing a
dispositif selon l'invention.device according to the invention.
- la figure 11 est un diagramme représentant, pour un paramètre constitué par un signal d'entrée ou de contrôle donné, une fonction d'appartenance pour un algorithme de contrôle à logique floue - la figure 12 est un diagramme représentant une fonction de transfert linéaire par morceaux, pour un algorithme de contrôle à logique floue FIG. 11 is a diagram representing, for a parameter constituted by a given input or control signal, a membership function for a fuzzy logic control algorithm; FIG. 12 is a diagram representing a linear transfer function; in pieces, for a fuzzy logic control algorithm
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- la figure 13 représente schématiquement un système de régulation d'un stimulateur cardiaque, mettant en oeuvre un dispositif selon l'invention la figure 14 représente une comparaison entre une simulation et un FIG. 13 schematically represents a regulation system of a pacemaker, using a device according to the invention; FIG. 14 represents a comparison between a simulation and a
circuit selon l'invention.circuit according to the invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION DE DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF
L'INVENTIONTHE INVENTION
Un exemple d'un circuit selon l'invention est donné en figure 1. An example of a circuit according to the invention is given in FIG.
Le circuit comporte une entrée 21, pour un signal d'entrée Q, et une sortie 29 pour délivrer un signal de sortie Z. Chacun de ces signaux peut être représenté The circuit comprises an input 21, for an input signal Q, and an output 29 for outputting an output signal Z. Each of these signals can be represented
par exemple par un courant d'entrée l,, et un courant de sortie Iout. for example by an input current I ,, and an output current Iout.
Une caractéristique de transfert non linéaire, à mettre en oeuvre, est illustré par la courbe C de la figure 2. La variable, ou signal, d'entrée Q (ou Tin) varie sur une plage de valeurs de signal d'entrée comprise entre une valeur minimale Iin,min = Io= (ou Qmin= Qo) et une valeur maximale I3 = Im,mnx (ou Q3= Qmax). Selon un exemple, et pour simplifier les explications, on peut prendre A nonlinear transfer characteristic to be implemented is illustrated by the curve C of FIG. 2. The variable or input signal Q (or Tin) varies over a range of input signal values between a minimum value Iin, min = Io = (or Qmin = Qo) and a maximum value I3 = Im, mnx (or Q3 = Qmax). According to one example, and to simplify the explanations, we can take
Qmin = 0.Qmin = 0.
Comme on peut le voir sur la figure 2, la courbe C peut être approximée ou approchée par des morceaux de fonctions linéaires sur les intervalles [Qo,QI], [Qi,Q2] et [Q2,Q3]. L'ouvrage de R.W.Hamming intitulé "Numerical Methods for Scientists and Engineers", Mac Graw Hill, New York, 1962, part II traite notamment des problèmes d'approximation par des polynômes du premier degré et d'interpolation linéaire, questions qui sont directement liées à celle de l'approximation d'une fonction non linéaire par une fonction linéaire par morceaux. La fonction de transfert pourrait aussi être elle même une fonction As can be seen in Figure 2, the curve C can be approximated or approximated by pieces of linear functions on the intervals [Qo, QI], [Qi, Q2] and [Q2, Q3]. The book by RWHamming entitled "Numerical Methods for Scientists and Engineers", Mac Graw Hill, New York, 1962, Part II deals with the problems of approximation by first degree polynomials and linear interpolation, questions which are directly related to that of the approximation of a nonlinear function by a piecewise linear function. The transfer function could also be a function
linéaire par morceaux.linear in pieces.
Les points (Xi,Yi) indiquent des points de concordance entre la fonction de transfert C et les morceaux ou segments linéaires. Chaque intervalle, et chaque morceau, peut être repéré par un nombre N: N= 0, N= 1, N= 2. A chaque valeur No peuvent être associées des données ou un ensemble de données permettant d'identifier la fonction linéaire correspondante, par exemple, les coordonnées des points de concordance (Xi , Yi ): on associe alors au morceau ou à l'intervalle N= The points (Xi, Yi) indicate points of concordance between the transfer function C and the linear pieces or segments. Each interval, and each piece, can be identified by a number N: N = 0, N = 1, N = 2. To each value No can be associated data or a set of data making it possible to identify the corresponding linear function, for example, the coordinates of the points of concordance (Xi, Yi): we then associate with the piece or the interval N =
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0 les coordonnées (X0,Y0) et (X1,Y1), au morceau N= 1 les coordonnées (X1,Yi) et 0 coordinates (X0, Y0) and (X1, Y1), to the piece N = 1 the coordinates (X1, Yi) and
(X2,Y2) et au morceau N= 2 les coordonnées (X2,Y2) et (X3,Y3). (X2, Y2) and at the piece N = 2 the coordinates (X2, Y2) and (X3, Y3).
Selon l'invention, on attribue à une valeur Q (ou Ini) de la variable d'entrée, ou du signal d'entrée, le morceau ou le segment linéaire correspondant, donc la valeur de N identifiant ce segment: selon l'exemple de la figure 2, N= 1 According to the invention, a value Q (or Ini) of the input variable, or of the input signal, is assigned the corresponding piece or linear segment, therefore the value of N identifying this segment: according to the example of Figure 2, N = 1
pour Q' (ou I'inl).for Q '(or ln).
On attribue également à Q une valeur p permettant d'identifier ou de caractériser sa position dans l'intervalle [QI,Q2]. Par exemple, on peut attribuer à Q la valeur t= 0 pour Q= QI et la valeur pi= 1 pour Q= Q2. Autrement dit, on a attribué à la valeur courante Q la valeur: it=(QQI)/(Q2-QI) (1) Q is also assigned a p value to identify or characterize its position in the interval [QI, Q2]. For example, we can assign Q the value t = 0 for Q = QI and the value pi = 1 for Q = Q2. In other words, the current value Q has been assigned the value: it = (QQI) / (Q2-QI) (1)
(ou à la valeur courante I du courant d'entrée la valeur it= (I - IJ)/(I2 - I,) (1')). (or at the current value I of the input current the value it = (I - IJ) / (I2 - I,) (1 ')).
Cette valeur (on fonction) it est la valeur (ou fonction) d'appartenance de This value (on function) it is the value (or function) of membership of
la variable d'entrée à l'intervalle [QI,Q2]. the input variable at the interval [QI, Q2].
Autrement dit, on associe, à chaque valeur du signal d'entrée Q, d'une part une grandeur discrète N et d'autre part une grandeur continue gi repérant la In other words, each value of the input signal Q is associated, on the one hand, with a discrete quantity N, and on the other hand with a continuous quantity gi identifying the
position de Q dans l'intervalle [QI,Q2] des valeurs d'entrée. position of Q in the interval [QI, Q2] of the input values.
Lorsque les valeurs N et pi sont déterminées, il est possible de déterminer la grandeur de sortie Z correspondante: Z= Pi(Y2- Y])+ Yi ou, plus généralement: Z= 1t(Yi+1- Yi) + Yi (2), avec i = 0, 1 ou 2 selon que Q (valeur du signal d'entrée) appartient à [QoQi] ou When the values N and pi are determined, it is possible to determine the corresponding output quantity Z: Z = Pi (Y2-Y)) + Yi or, more generally: Z = 1t (Yi + 1-Yi) + Yi ( 2), with i = 0, 1 or 2 depending on whether Q (value of the input signal) belongs to [QoQi] or
[QQ2] ou [Q2Q3].[QQ2] or [Q2Q3].
Le procédé selon l'invention a été décrit avec l'exemple d'une fonction d'appartenance i= (Q - Qi)/(Qi+ - Qi), mais d'autres fonctions pourraient être formées ou choisies, avec une adaptation correspondante de la fonction permettant de calculer la grandeur de sortie Z. Autrement dit, selon l'invention, une fonction de transfert non linéaire peut être préalablement définie. Cette fonction est approchée par une fonction linéaire par morceaux sur des intervalles du domaine de variation de la variable ou The method according to the invention has been described with the example of a membership function i = (Q - Qi) / (Qi + - Qi), but other functions could be formed or chosen, with a corresponding adaptation of the function making it possible to calculate the output quantity Z. In other words, according to the invention, a nonlinear transfer function can be defined beforehand. This function is approximated by a piecewise linear function on intervals of the variation domain of the variable or
du signal d'entrée, par exemple sur une succession de tels intervalles. of the input signal, for example on a succession of such intervals.
A chaque valeur de la variable, ou du signal, d'entrée est attribuée une grandeur discrète N repérant l'intervalle auquel la valeur d'entrée appartient, et une valeur d'une fonction d'appartenance gi de cette valeur pour cet intervalle. A partir de N et g, la valeur du signal de sortie peut être calculée en fonction de paramètres Each value of the variable, or of the input signal, is assigned a discrete quantity N identifying the interval at which the input value belongs, and a value of a membership function gi of this value for this interval. From N and g, the value of the output signal can be calculated according to parameters
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identifiant ou caractérisant ou définissant, dans l'intervalle N, la fonction linéaire identifying or characterizing or defining, in the interval N, the linear function
qui approche la fonction de transfert. who approaches the transfer function.
Un exemple de circuit développé pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention est représenté sur la figure 1. Ce circuit comporte: - des moyens 20, 22, 24 pour déterminer, pour chaque valeur du signal d'entrée Q, l'intervalle N auquel appartient cette valeur, et le degré d'appartenance kt de cette valeur pour cet intervalle - des moyens 26, 28, 30 pour calculer la valeur du signal de sortie Z, à partir des informations sur l'intervalle N auquel appartient la valeur Q et son degré An example of a circuit developed to implement the method according to the invention is shown in FIG. 1. This circuit comprises: means 20, 22, 24 for determining, for each value of the input signal Q, the interval N to which this value belongs, and the degree of membership kt of this value for this interval - means 26, 28, 30 for calculating the value of the output signal Z, from the information on the interval N to which the value belongs Q and its degree
d'appartenance p pour cet intervalle. of membership p for this interval.
Les moyens 20 permettent d'attribuer à chaque valeur d'entrée mesurée Q, deux signaux de sortie: un premier signal, digital, N, et un second signal, analogique pt, o N représente le sous-ensemble QiQ auquel la valeur mesurée Q The means 20 make it possible to assign to each measured input value Q two output signals: a first signal, digital, N, and a second signal, analog pt, where N represents the subset QiQ to which the measured value Q
appartient et la représente le degré d'appartenance de Q à ce sousensemble. belongs and represents the degree of belonging of Q to this subset.
Ces moyens 20 comportent par exemple des moyens 22, purement analogiques ou bien encore réalisés en technologie analogique-digitale, qui permettent de transformer la grandeur ou variable Q (ou le courant d'entrée correspondant Iin) en un second signal de sortie p, ou signal d'appartenance. Par exemple, kt est calculé selon une formule de type: p = a. (Iin - Ib) (3) o a et b sont des coefficients dont les valeurs sont programmables, en fonction de These means 20 comprise, for example, means 22, which are purely analog or else made in analogue-digital technology, which make it possible to transform the quantity or variable Q (or the corresponding input current Iin) into a second output signal p, or signal of belonging. For example, kt is calculated according to a formula of type: p = a. (Iin - Ib) (3) where a and b are coefficients whose values are programmable, depending on
N, et o Ib est un courant qui dépend de b. N, and o Ib is a current that depends on b.
Selon l'exemple donné ci-dessus: - pour N= 0: Ib= X0 et a= (XI-X0)1 - pour N= 1: Ib= XI et a= (X2-Xl)-' - pour N= 2: Ib= X2 et a= (X3-X2)' Les moyens 20 peuvent également comporter des moyens 24 qui permettent d'obtenir le nombre N, ainsi que les coefficients a et b correspondants pour les moyens 22. Les coefficients a et b peuvent être représentés sous forme analogique ou numérique. En fait, ces coefficients peuvent être mémorisés dans un According to the example given above: - for N = 0: Ib = X0 and a = (XI-X0) 1 - for N = 1: Ib = XI and a = (X2-Xl) - '- for N = 2: Ib = X2 and a = (X3-X2) 'The means 20 may also comprise means 24 which make it possible to obtain the number N, as well as the corresponding coefficients a and b for the means 22. The coefficients a and b can be represented in analog or digital form. In fact, these coefficients can be stored in a
dispositif de mémorisation 32 (mémoire digitale). storage device 32 (digital memory).
27906202790620
Les moyens 26 permettent de calculer les grandeurs de sortie Z, en fonction de t, de N et de coefficients c et d qui peuvent être stockés en mémoire The means 26 make it possible to calculate the output quantities Z as a function of t, of N and coefficients c and d which can be stored in memory
dans des moyens de mémorisation, par exemple les moyens 32. in storage means, for example the means 32.
Dans le cas de plusieurs grandeurs ou variables d'entrée Q. Q', Q"..., les moyens 26 peuvent être reliés à plusieurs blocs ou moyens 20, chaque bloc In the case of several quantities or input variables Q. Q ', Q "..., the means 26 can be connected to several blocks or means 20, each block
correspondant à une variable d'entrée.. corresponding to an input variable ..
Ces moyens 26 comportent par exemple des moyens 28, purement analogiques ou bien encore réalisés en technologie analogique-digitale, qui permettent de transformer le signal pt en signal de sortie Z. Par exemple, Z est calculé selon une formule de type: Z = c. (1i + Id) (4) o c et d sont des coefficients dont les valeurs sont programmables en fonction de These means 26 comprise, for example, means 28, which are purely analog or else made in analogue-digital technology, which make it possible to transform the signal pt into an output signal Z. For example, Z is calculated according to a formula of the following type: Z = c . (1i + Id) (4) where c and d are coefficients whose values are programmable according to
N, et o Id est un courant qui dépend de d. N, and o Id is a current that depends on d.
Selon l'exemple donné ci-dessus: - pour N: 0: c= Y, -Y0 et Id=Y0 - pourN= 1: c= Y2 -Y, et Id=Y1 - pour N= 2: c= Y3 -Y2 et Id=Y2 Les moyens 26 peuvent également comporter des moyens 30 qui permettent d'obtenir les valeurs ou les coefficients c et d pour les moyens 28. c et d peuvent être représentés sous forme analogique ou numérique. Les valeurs d'entrée du bloc 30, ou des moyens 30, sont d'une part la valeur de N et d'autre According to the example given above: - for N: 0: c = Y, -Y0 and Id = Y0 - for N = 1: c = Y2 -Y, and Id = Y1 - for N = 2: c = Y3 - Y2 and Id = Y2 The means 26 may also comprise means 30 which make it possible to obtain the values or the coefficients c and d for the means 28. c and d may be represented in analog or digital form. The input values of block 30, or means 30, are on the one hand the value of N and the other
part les valeurs ou coefficients stockés en mémoire 32. the values or coefficients stored in memory 32.
La mémoire 32 permet donc de stocker des coefficients qui décrivent une caractéristique de transfert appropriée, linéaire par morceaux ou par sections, qui approche la caractéristique non linéaire réelle C. A chaque valeur de N est associé un ensemble de coefficients, stckés en mémoire à des adresses déterminées. Pour chaque nouvelle valeur de N, les zones correspondantes de la mémoire 32 sont adressées, et les valeurs appropriées des coefficients sont transmises de la The memory 32 thus makes it possible to store coefficients which describe an appropriate transfer characteristic, linear in parts or in sections, which approaches the real nonlinear characteristic C. Each value of N is associated with a set of coefficients, stored in memory at the same time. determined addresses. For each new value of N, the corresponding areas of the memory 32 are addressed, and the appropriate values of the coefficients are transmitted from the
mémoire aux circuits 24, 30.memory at circuits 24, 30.
Ainsi, dans l'exemple déjà donné ci-dessus, quatre valeurs de coefficients a,b,c,d sont affectées à chaque valeur de N. Donc, pour chaque valeur de N, quatre adresses de la mémoire 32 sont générées, qui déterminent les valeurs appropriées de a,b,c,d. Les adresses pour a et b sont engendrées par les moyens 24 et les adresses pour c et d par les moyens 30. Lorsque N augmente ou diminue d'une unité, les adresses appropriées sont générées par les moyens 24 et 30 et envoyées Il vers la mémoire, et les valeurs modifiées de a,b,c,d sont transmises de la mémoire Thus, in the example already given above, four values of coefficients a, b, c, d are assigned to each value of N. Therefore, for each value of N, four addresses of the memory 32 are generated, which determine the appropriate values of a, b, c, d. The addresses for a and b are generated by means 24 and addresses for c and d by means 30. When N increases or decreases by one, the appropriate addresses are generated by means 24 and 30 and sent to the memory, and the modified values of a, b, c, d are transmitted from the memory
vers les moyens 24 et 30, pour contrôler les sources de courant. to the means 24 and 30, for controlling the current sources.
Le fonctionnement d'un dispositif de contrôle tel qu'illustré ci-dessus peut être expliqué avec l'exemple de la caractéristique de transfert C, de la figure 2, qui peut être approximée par morceaux par des fonctions linéaires. Des données permettant de définir, ou définissant, les morceaux ou les segments linéaires, sont mémorisées dans la zone mémoire 32. La fonction de transfert réelle est approchée The operation of a control device as illustrated above can be explained with the example of the transfer characteristic C of FIG. 2, which can be piece-wise approximated by linear functions. Data defining or defining the linear pieces or segments are stored in the memory area 32. The actual transfer function is approximated
par Nmax + I sections linéaires (Nmax = 2 dans le cas de l'exemple de la figure 2). by Nmax + I linear sections (Nmax = 2 in the case of the example of Figure 2).
De préférence, dans une première étape, le signal d'entrée Q est normalisé à l'aide des moyens 22. La normalisation permet de faciliter le traitement dans le bloc 26. Le signal est décalé (ce qui peut être réalisé à l'aide d'une source de courant, comme il sera expliqué plus en détail ci-dessous), puis sa pente est normalisée (ceci qui peut être réalisé à l'aide d'un circuit multiplicateur, comme il sera expliqué plus en détail ci-dessous), ces étapes correspondant à l'équation (1) Preferably, in a first step, the input signal Q is normalized using the means 22. The normalization makes it possible to facilitate the processing in the block 26. The signal is shifted (which can be done using of a current source, as will be explained in more detail below), then its slope is normalized (this can be done using a multiplier circuit, as will be explained in more detail below ), these steps corresponding to equation (1)
ci-dessus.above.
Le signal normalisé est entré dans le circuit 24 qui détermine N. Le circuit 24 incrémente N d'une unité lorsque jI croît au-delà d'une valeur limite supérieure (équivalente à la valeur "1" de la fonction d'appartenance) et décrémente N d'une unité lorsque It décroît en dessous d'une valeur limite inférieure (équivalente à la valeur "0" de la fonction d'appartenance). Une telle modification de la valeur de N entraîne une modification correspondante des coefficients a, b, c, d engendrés par les moyens ou les circuits 24 et 30, à partir des The normalized signal is input into the circuit 24 which determines N. The circuit 24 increments N by one unit when it grows beyond an upper limit value (equivalent to the value "1" of the membership function) and decrements N by one unit when It decreases below a lower limit value (equivalent to the value "0" of the membership function). Such a modification of the value of N causes a corresponding modification of the coefficients a, b, c, d generated by the means or circuits 24 and 30, from the
valeurs stockées en mémoire 32.values stored in memory 32.
Une valeur normalisée p est fournie au circuit 26, 28. La pente du signal est ensuite modifiée afin d'obtenir la pente du signal de sortie dans l'intervalle QiQi+lauquel la valeur d'entrée Q appartient (ceci peut aussi être réalisé à l'aide d'une source de courant) puis le signal est décalé afin d'obtenir le signal de sortie défini par la caractéristique de transfert dans l'intervalle QiQi+l, ces étapes A normalized value p is supplied to the circuit 26, 28. The slope of the signal is then modified to obtain the slope of the output signal in the interval QiQi + that the input value Q belongs to (this can also be realized at using a current source) and then the signal is shifted to obtain the output signal defined by the transfer characteristic in the interval QiQi + 1, these steps
correspondant à l'équation (4) ci-dessus. corresponding to equation (4) above.
La figure 3 représente de manière plus détaillée un exemple de la Figure 3 shows in more detail an example of the
structure d'un dispositif selon l'invention. structure of a device according to the invention.
Le signal analogique Q d'entrée est représenté par un courant Iin. A chaque valeur de ce courant, le bloc ou les moyens 20 fait correspondre un signal analogique, ou un courant, 12 et un signal numérique N. Le signal I2 correspond au The analog input signal Q is represented by a current Iin. At each value of this current, the block or the means 20 correspond to an analog signal, or a current, 12 and a digital signal N. The signal I2 corresponds to the
signal pI de la figure 2.signal pI of FIG.
12 279062012 2790620
Les moyens 22 permettent de transformer Iin, (Q) en I2 (pi) selon l'équation The means 22 make it possible to transform Iin, (Q) into I2 (pi) according to the equation
(1) ou (1') ci-dessus.(1) or (1 ') above.
Les moyens 24 sont constitués respectivement de moyens 34 et 36. Les moyens 34 permettent d'engendrer les coefficients a et b, en fonction des valeurs stockées dans la mémoire digitale 32 et du nombre N engendré par les moyens 36. La gamme sur laquelle le nombre N varie dépend du nombre de sections linéaires utilisées pour approximer la caractéristique de transfert. Nnax est égal au The means 24 consist respectively of means 34 and 36. The means 34 make it possible to generate the coefficients a and b, as a function of the values stored in the digital memory 32 and the number N generated by the means 36. The range on which the number N varies depends on the number of linear sections used to approximate the transfer characteristic. Nnax is equal to
nombre de sections moins 1.number of sections minus 1.
Le courant de sortie 12, engendré par les moyens 22, est contrôlé par les moyens 36. Lorsque, comme déjà expliqué ci-dessus, ce courant excède une valeur limite, la valeur de N est augmentée d'une unité. Lorsque ce courant atteint The output current 12, generated by the means 22, is controlled by the means 36. When, as already explained above, this current exceeds a limit value, the value of N is increased by one unit. When this current reaches
une valeur limite inférieure, la valeur de N est diminuée d'une unité. a lower limit value, the value of N is reduced by one unit.
Les moyens 26 permettent de calculer la valeur de sortie Iou, (ou le signal de sortie Z), en fonction des entrées constituées par la valeur analogique I2, le nombre N, et les coefficients c et d mémorisés dans la mémoire 32. La fonction de The means 26 make it possible to calculate the output value I or (or the output signal Z), as a function of the inputs constituted by the analog value I 2, the number N, and the coefficients c and d stored in the memory 32. The function of
transformation de I2 en Iou est déterminée par les moyens 28. transformation from I2 to Iou is determined by means 28.
out est calculé en fonction de 12 selon la formule (2) ci-dessus. out is calculated according to 12 according to formula (2) above.
Les moyens 30 engendrent les coefficients c et d à fournir aux moyens 28, en prenant comme paramètres d'entrée les coefficients stockés dans la The means 30 generate the coefficients c and d to be supplied to the means 28, taking as input parameters the coefficients stored in the
mémoire digitale 32 et le nombre N engendré par les moyens 36. digital memory 32 and the number N generated by the means 36.
Les moyens 22 et 28 peuvent être réalisés en utilisant des miroirs de The means 22 and 28 can be made using mirrors of
courant et un gain en courant contrôlé de manière digitale. current and a digitally controlled current gain.
La figure 4 représente une réalisation du circuit multiplicateur qui FIG. 4 represents an embodiment of the multiplier circuit which
multiplie le courant d'entrée par un certain facteur (une valeur digitale). multiplies the input current by a certain factor (a digital value).
Ce circuit peut être utilisé pour la réalisation des moyens 38 et 44 de la figure 3. Ils mettent en oeuvre une technologie MOS, et en particulier les This circuit can be used for the realization of the means 38 and 44 of FIG. 3. They implement a MOS technology, and in particular the
transistors NMOS M 12-M22.NMOS transistors M 12-M22.
La figure 6 représente une réalisation de la source de courant contrôlée de FIG. 6 represents an embodiment of the controlled current source of
manière digitale, qui peut être utilisé dans les blocs 40 et 42 de la figure 3. digitally, which can be used in blocks 40 and 42 of FIG.
Là encore, la technologie utilisée met en oeuvre des transistors NMOS MlMl I. Sur ces deux figures 4 et 5, aO, al, a2, bO, bl, et b2 représentent des bits (engendrés par les moyens 30 et 34) individuels de mots binaires qui permettent de contrôler les sources de courant 38, 40, 42, 44. Chaque bit commute un Here again, the technology used uses NMOS transistors MlMl I. In these two figures 4 and 5, aO, a1, a2, b0, b1, and b2 represent individual bits (generated by means 30 and 34) of words which control the current sources 38, 40, 42, 44. Each bit switches a
13 279062013 2790620
transistor MOS (M20, M21, M22 sur la figure 4, M9, M10, Mi 1 sur la figure 5). MOS transistor (M20, M21, M22 in Fig. 4, M9, M10, Mi1 in Fig. 5).
Ainsi, les courants I, I2, 13, 14 sont contrôlés numériquement. Thus currents I, I2, 13, 14 are digitally controlled.
Les circuits des figures 4 et 5 sont des miroirs de courant en technologies CMOS, qui génèrent des courants de sortie contrôlés de manière digitale. Les courants dans les différentes branches sont contrôlés par les bits d'entrée The circuits of FIGS. 4 and 5 are current mirrors in CMOS technologies, which generate digitally controlled output currents. The currents in the different branches are controlled by the input bits
bO,b I,b2,aO,a I,a2.bO, bI, b2, aO, a I, a2.
Par exemple, pour le dispositif de la figure 5, si 10 est le courant qui circule à travers M9, et qui est commuté par le bit b0, alors le courant circulant dans M10, commuté par le bit bl, a la valeur 2.10, et le courant circulant dans MlI 1, commuté par le bit b2, a la valeur 4.10. Ainsi, le courant total de sortie I2 est proportionnel à la valeur du coefficient b représenté de manière digitale par bO,bl,b2. De la même manière, le courant Ic est engendré à partir de la For example, for the device of FIG. 5, if 10 is the current flowing through M9, and which is switched by the bit b0, then the current flowing in M10, switched by the bit b1, has the value 2.10, and the current flowing in MlI 1, switched by the bit b2, has the value 4.10. Thus, the total output current I 2 is proportional to the value of the coefficient b represented digitally by b 0, b 1, b 2. In the same way, the current Ic is generated from the
représentation digitale d0,dl,d2 (non représentés sur la figure 5) du coefficient c. Sur la figure 4, les mêmes principes de fonctionnement s'appliquent. Un digital representation d0, dl, d2 (not shown in FIG. 5) of the coefficient c. In Figure 4, the same principles of operation apply. A
courant Ia (ou Id) est engendré, qui dépend de la valeur de a (ou de d), représenté de manière digitale par aO,al,a2 (respectivement dO,dl,d2, non représentés sur la figure 4). Le courant I=const. est un courant de polarisation. Sa valeur est choisie par l'utilisateur du circuit et sera le résultat d'un compromis: si elle est trop élevée, le circuit consommera plus d'énergie que nécessaire; si elle est trop faible le circuit Ia current (or Id) is generated, which depends on the value of a (or d), represented digitally by aO, al, a2 (respectively dO, dl, d2, not shown in Figure 4). The current I = const. is a bias current. Its value is chosen by the user of the circuit and will be the result of a compromise: if it is too high, the circuit will consume more energy than necessary; if it is too weak the circuit
aura une précision moindre.will have less accuracy.
Dans la partie analogique du dispositif, les moyens 36 peuvent être In the analog part of the device, the means 36 can be
réalisés à l'aide d'un simple comparateur. made using a simple comparator.
La complexité de la partie digitale du système (moyens 24, 30, 34, 36 de la fig.4) dépend de l'environnement dans lequel le contrôleur peut-être utilisé (les bus de données 27, 31 et d'adresse 25, 29, l'organisation de la mémoire digitale, etc.) et des besoins en vitesse et en précision. De manière typique, cette partie digitale est un simple circuit séquentiel qui peut être automatiquement réalisé à The complexity of the digital part of the system (means 24, 30, 34, 36 of FIG. 4) depends on the environment in which the controller can be used (data buses 27, 31 and address 25, 29, the organization of digital memory, etc.) and the need for speed and accuracy. Typically, this digital part is a simple sequential circuit that can be automatically realized at
partir d'une description fonctionnelle. from a functional description.
Les figures 6-9 sont des exemples des fonctions décrivant les caractéristiques de transferts des systèmes des figures 1 et 3, et en particulier: - la dépendance du courant Il en fonction du courant d'entrée Ij, (fig.6) - la dépendance du courant I2 en fonction du courant d'entrée Iin (fig.7) - la dépendance du courant 13 en fonction du courant d'entrée Iin (fig.8) FIGS. 6-9 are examples of the functions describing the transfer characteristics of the systems of FIGS. 1 and 3, and in particular: the dependence of the current II as a function of the input current Ij, (FIG. of the current I2 as a function of the input current Iin (FIG. 7) - the dependence of the current 13 as a function of the input current Iin (FIG.
- la dépendance du courant I4 en fonction du courant d'entrée I1, (fig. 9). the dependence of the current I4 as a function of the input current I1, (FIG 9).
Pour le courant Ii(fig.6):For current Ii (fig.6):
14 279062014 2790620
N= 0 => Il= In,- X0 N= 1 => I,=In- X1 N= 2 Z Il= Iin- X2 Pour le dépendance de I2 en fonction de In (fig.7): N= 0 > I2= (Ii,- Xo)/(X1-Xo) N= 1 => 12= (Iin- Xl)/(X2-X1) N= 2 = I2= (Iin- X2)/(X3-X2) Pour la dépendance de I3 en fonction de Ii (fig.8): N= 0 => 13= (Iin- Xo)(Y1Yo)/(Xi-Xo) N= 1 => I3= (In- Xl)(Y2- Y1)/(X2-XI) N= 2 => 13= (Iin- X2)(Y3Y2)/(X3-X2) Pour la dépendance de I4 en fonction de Ii. (fig.9): N= 0 => 14= [(IiJ- Xo)(Y1- Y0)/(Xl- X0)]+ Y0 N= I > I4= [(Iin- Xl)(Y2- YI)/(X2Xl)]+ YI N= 2 =:> I4= [(Iin- X2)(Y3- Y2)/(X3- X2)]+ Y2 La caractéristique de transfert de ce dispositif (figure 9) a la même allure que celle représentée sur la figure 2, l'axe des abscisses correspondants au courant N = 0 => Il = In, - X0 N = 1 => I, = In- X1 N = 2 Z Il = Iin- X2 For the dependence of I2 as a function of In (fig.7): N = 0> I2 = (Ii, - Xo) / (X1-Xo) N = 1 => 12 = (Iin-X1) / (X2-X1) N = 2 = I2 = (Iin-X2) / (X3-X2) For the dependence of I3 as a function of Ii (fig.8): N = 0 => 13 = (Iin-Xo) (Y1Yo) / (Xi-Xo) N = 1 => I3 = (In-X1) (Y2- Y1) / (X2-XI) N = 2 => 13 = (Iin-X2) (Y3Y2) / (X3-X2) For the dependence of I4 as a function of Ii. (fig.9): N = 0 => 14 = [(IiJ-Xo) (Y1-Y0) / (X1-X0)] + Y0 N = I> I4 = [(Iin-X1) (Y2-Y1) / (X2X1)] + YI N = 2 =:> I4 = [(Iin-X2) (Y3-Y2) / (X3-X2)] + Y2 The transfer characteristic of this device (FIG. 9) has the same speed than that shown in FIG. 2, the axis of the abscissae corresponding to the current
d'entrée Im et l'axe des ordonnées au courant de sortie Iout. Im input and ordinate axis at Iout output current.
Dans le circuit selon l'invention, le signal analogique d'entrée est représenté, de manière interne, par le signal analogique I2 et par le signal numérique correspondant au nombre N. Une première conversion de signal d'entrée en cette double représentation In the circuit according to the invention, the input analog signal is represented, internally, by the analog signal I2 and by the digital signal corresponding to the number N. A first input signal conversion in this double representation
analogique-digitale est effectuée à l'aide des moyens 22. analog-digital is performed using the means 22.
Le signal analogique I2 et le signal numérique N sont ensuite traités séparément et combinés par les moyens 26, 28 pour fournir le signal de sortie The analog signal I2 and the digital signal N are then separately processed and combined by the means 26, 28 to provide the output signal.
analogique lout.analog lout.
Cette structure permet de réaliser un contrôleur universel pour traiter un signal analogique, mais qui est programmé, de point de vue digital, de manière assez simple. Après avoir déterminé la fonction linéaire par morceaux, la programmation comporte les étapes suivantes: - détermination des coefficients sur chaque morceau de la fonction linéaire - mémorisation de ces coefficients ou de ces données dans la zone This structure makes it possible to produce a universal controller for processing an analog signal, but which is programmed from a digital point of view in a rather simple manner. After determining the piecewise linear function, the programming comprises the following steps: - determination of the coefficients on each piece of the linear function - storage of these coefficients or these data in the zone
mémoire 32.memory 32.
27906202790620
Le circuit selon l'invention permet de réaliser une caractéristique de transfert non linéaire, pouvant notamment être approchée par une fonction linéaire par morceaux. Ce circuit représente le signal d'entrée, pendant le traitement dudit signal, par une paire de signaux: - le signal numérique, qui détermine l'intervalle [Qi, Qi+l] auquel la valeur d'entrée appartient: ainsi est déterminée la partie ou la section linéaire de la caractéristique approchée - le signal analogique dont la valeur représente un point particulier dans The circuit according to the invention makes it possible to produce a nonlinear transfer characteristic, which can notably be approximated by a piecewise linear function. This circuit represents the input signal, during the processing of said signal, by a pair of signals: - the digital signal, which determines the interval [Qi, Qi + 1] at which the input value belongs: thus is determined the part or the linear section of the approximate characteristic - the analog signal whose value represents a particular point in
cette section (fonction d'appartenance). this section (membership function).
Le circuit selon l'invention permet de programmer, de la manière décrite ci-dessus, une caractéristique de transfert linéaire par morceaux quelconque. On peut aussi modifier des valeurs de Nmax et/ou de a, b, c, d préalablement programmées. Le circuit selon l'invention permet de réaliser une caractéristique de transfert non linéaire, pouvant notamment être approchée par, ou consistant en, une fonction linéaire par morceaux combinant une technologie numérique et une technologie analogique. La programmation est réalisée à l'aide de la partie The circuit according to the invention makes it possible to program, as described above, a piecewise linear piece transfer characteristic. It is also possible to modify previously programmed values of Nmax and / or a, b, c, d. The circuit according to the invention makes it possible to achieve a nonlinear transfer characteristic, which can notably be approximated by or consisting of a piecewise linear function combining digital technology and analog technology. Programming is done using the part
numérique, la partie analogique réalise le traitement du signal. digital, the analog part carries out the signal processing.
La partie numérique n'est pas d'une très grande complexité, et ne nécessite pas de fréquence d'horloge élevée. Elle peut par ailleurs être réalisée en technologie NMOS ou CMOS, ce qui permet d'améliorer encore la consommation The digital part is not very complex, and does not require a high clock frequency. It can also be realized in NMOS or CMOS technology, which makes it possible to further improve the consumption
en vue d'applications particulières (stimulateurs cardiaques). for special applications (pacemakers).
La partie analogique peut quant à elle fonctionner avec de très faibles courants. De plus, l'ensemble du circuit ne nécessite pas de consommer de la puissance en continu. Lorsqu' une nouvelle donnée se présente en entrée, le circuit la traite de la manière décrite ci-dessus, puis peut s'arrêter. De cette manière, la plupart des composants du circuit sont en général à l'état bloqué et ne consomment The analog part can operate with very low currents. In addition, the entire circuit does not require to consume power continuously. When new data is input, the circuit processes it as described above, and then stops. In this way, most circuit components are generally in the off state and do not consume
pas d'énergie.no energy.
L'invention peut être appliquée à un signal physique d'entrée Q, le dispositif 2 délivrant un signal physique Z de sortie. L'invention et le dispositif 2 (figure 10) peuvent donc être aussi appliqués à un signal physique Z à réguler, par exemple d'un système physique 50 à réguler, un signal physique Q étant mesuré et permettant de déduire une valeur du signal Z en fonction d'une caractéristique de The invention can be applied to a physical input signal Q, the device 2 delivering a physical signal Z output. The invention and the device 2 (FIG. 10) can thus also be applied to a physical signal Z to be regulated, for example a physical system 50 to be regulated, a physical signal Q being measured and making it possible to deduce a value of the signal Z according to a characteristic of
transfert donnée, approchée par une fonction linéaire par morceaux. given transfer approximated by a piecewise linear function.
16;279062016; 2790620
Selon l'invention, on mesure donc au moins un signal physique Q du According to the invention, therefore, at least one physical signal Q of the
système 50 à réguler.system 50 to be regulated.
Par exemple, dans le cas d'un stimulateur cardiaque, on mesure un signal de mouvement ou un signal de respiration ou l'intervalle QT, qui traduit l'activité de la personne équipée du stimulateur. Des exemples de réalisation d'un dispositif For example, in the case of a pacemaker, a motion signal or breath signal or the QT interval, which reflects the activity of the pacemaker, is measured. Exemplary embodiments of a device
de régulation et d'un stimulateur cardiaque sont donnés plus loin. regulation and a pacemaker are given later.
Pour chaque valeur mesurée Q de signal, on détermine 1' intervalle auquel For each measured value Q of the signal, the interval
cette valeur appartient, ainsi que le degré d'appartenance pour cet intervalle. this value belongs, as well as the degree of membership for this interval.
En d'autres termes, pour un niveau de signal donné Q(t), à un instant t donné, le degré d'appartenance de Q, pour l'intervalle correspondant, est In other words, for a given signal level Q (t), at a given instant t, the degree of membership of Q, for the corresponding interval, is
déterminé. On obtient donc une fonction d'appartenance pt (Q(t)). determined. We thus obtain a membership function pt (Q (t)).
Il y a donc deux informations à partir desquelles la valeur de Z est déterminée: - l'intervalle auquel la valeur mesurée appartient There is therefore two pieces of information from which the value of Z is determined: - the interval at which the measured value belongs
- le degré d'appartenance pour ledit intervalle. the degree of membership for said interval.
Par ailleurs, l'invention peut être appliquée non seulement à un unique signal d'entrée Q mais encore à plusieurs signaux d'entrée Q(l, Q(2),.... Dans ce cas, le système des figures 1 et 3 est réalisé, avec autant de blocs 20 que de signal d'entrée Q(i) L'invention s'applique donc à la réalisation d'un système mettant en oeuvre une caractéristique de transfert non-linéaire et multidimensionnelle., la caractéristique de transfert, pour une variable Q(i) spécifique, étant approchée par Moreover, the invention can be applied not only to a single input signal Q but also to several input signals Q (1, Q (2), .... In this case, the system of FIGS. 3 is realized, with as many blocks 20 as input signal Q (i) The invention therefore applies to the realization of a system implementing a nonlinear and multidimensional transfer characteristic., The characteristic of transfer, for a specific Q (i) variable, being approximated by
une fonction linéaire par morceaux. a piecewise linear function.
Un ensemble de règles de logique floue, ou un algorithme de contrôle basé sur des règles de logique floue, ont été développés, pour réaliser un procédé de contrôle à logique floue. Ce procédé peut être notamment appliqué au A set of fuzzy logic rules, or a control algorithm based on fuzzy logic rules, have been developed to realize a fuzzy logic control method. This method can be applied in particular to
contrôle de l'activité cardiaque à l'aide d'un simulateur cardiaque. control of cardiac activity using a cardiac simulator.
Comme illustré sur la figure 11, chaque signal varie dans un domaine de As illustrated in FIG. 11, each signal varies in a field of
valeur qui est découpé en NQ intervalles avec: Qo<QI<Q2<Q3<Q,... value that is split into NQ intervals with: Qo <QI <Q2 <Q3 <Q, ...
Pour chaque valeur mesurée Q de signal, on détermine à quel intervalle For each measured value Q of signal, it is determined at which interval
cette valeur appartient, et les degrés d'appartenance pour cet intervalle. this value belongs, and the degrees of membership for that interval.
En d'autres termes, pour une valeur du signal Q donnée, appartenant à un intervalle QiQi+l, on peut déterminer les degrés d'appartenance pour cet intervalle, et pour les intervalles voisins, Qi[Q, et Qi+1Q1+2. Ainsi, pour la valeur Q= In other words, for a value of the given signal Q, belonging to an interval QiQi + 1, it is possible to determine the degrees of membership for this interval, and for the neighboring intervals, Qi [Q, and Qi + 1Q1 + 2 . So, for the value Q =
(QI+Q2)/2 (figure 11): H0= 0,5, l= 0,5 et J,2= 0. (QI + Q2) / 2 (Fig. 11): H0 = 0.5, l = 0.5 and J, 2 = 0.
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L'algorithme de contrôle met notamment en oeuvre les paramètres suivants, pour chaque signal de contrôle: - un niveau de signal maximum, et un niveau de signal minimum: Qmin, Qnmax - un nombre déterminé de pas n (par exemple n=4,8, 16...): Qmin = Ql < Q2 = <... <Qn = Qmax La valeur de contrôle Z est imposée pour chaque pas: Z, pour QI, Z2 pour Q2, The control algorithm implements in particular the following parameters, for each control signal: a maximum signal level, and a minimum signal level: Qmin, Qnmax a given number of steps n (for example n = 4, 8, 16 ...): Qmin = Ql <Q2 = <... <Qn = Qmax The control value Z is imposed for each step: Z, for QI, Z2 for Q2,
., Z, pour Qn. Autrement dit, on peut déterminer préalablement, pour chacun des Qi, une valeur Zi souhaitée de la variable Z de contrôle ou de régulation. Dans..DTD: le cas du stimulateur cardiaque, c'est un taux d'activité cardiaque souhaité H,. ., Z, for Qn. In other words, it is possible to determine beforehand, for each of the Qi, a desired value Zi of the control or regulation variable Z. In..DTD: the pacemaker case is a desired cardiac activity rate H ,.
La variable de contrôle Zc(Q), calculée à partir d'une valeur Q(t) mesurée d'un signal Q, est donnée par: 1 5 z (Q) = E 11, (OZi /.. P-t i Pour le cas représenté sur la figure 1 l,seulement deux intervalles voisins Qi Qi+l et Q,+I Qi+2 peuvent avoir une intersection non vide (et donc que, pour tout i, seuls pi et pi+1 sont différents de zéro). La somme des Pi est égale à 1, pour chaque valeur de Q. Donc: z = - 1(n -1)( Q- Q, +Q z+ (6) Qmax Z Qin Qm( - Q mm1 En effet, on a alors: pi bQ,+,-Q (7) Q- QI The control variable Zc (Q), calculated from a measured value Q (t) of a signal Q, is given by: 1 5 z (Q) = E 11, (OZi / .. Pt i For the case shown in Figure 1 l, only two neighboring intervals Qi Qi + l and Q, + I Qi + 2 can have a non-empty intersection (and so that for all i, only pi and pi + 1 are different from zero) The sum of Pi is equal to 1, for each value of Q. So: z = - 1 (n -1) (Q-Q, + Qz + (6) Qmax Z Qin Qm (- Q mm1 Indeed, we then: pi bQ, +, - Q (7) Q-QI
,- - QQ, (8), - - QQ, (8)
On peut donc calculer la valeur Zc souhaitée à partir de pi et de Zi.ou à partir de Qi et de Zi Dans le cas de deux signaux de contrôle Q(<) Q(2), des poids Wl, W2 positifs pour chaque signal peuvent être spécifiés, afin de prendre en compte It is therefore possible to calculate the desired value Zc from pi and Zi or from Qi and Zi. In the case of two control signals Q (<) Q (2), weights W1, W2 positive for each signal can be specified, in order to take into account
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chaque signal selon sa plus ou moins grande importance. Wl et W2 peuvent être programmés et mis en mémoire. Dans ce cas, l'équation (6) ci-dessus devient: each signal according to its greater or lesser importance. Wl and W2 can be programmed and stored. In this case, equation (6) above becomes:
Z ( W Z(Q(,,)+ W2 Z(Q(2)Z (W Z (Q () + W2 Z (Q (2)
z.(Pm, Q(2)-wi + 1WZwil +W, +w2 9 L'équation (6) ci- dessus peut être transformée en l'équation (10) suivante: z (Pm, Q (2) -wi + 1WZwil + W, + w2 9 The equation (6) above can be transformed into the following equation (10):
Z, (Q) Z, + Q QI (Z'+, -Z,) (10)Z, (Q) Z, + Q I (Z '+, -Z,) (10)
Q Q+,- Q IQ Q +, - Q I
Graphiquement (figure 12) on voit que cette fonction est une fonction linéaire par morceaux, qui peut donc être mise en oeuvre par un dispositif selon Graphically (Figure 12) we see that this function is a piecewise linear function, which can be implemented by a device according to
l'invention comme déjà expliqué ci-dessus dans le cas général. the invention as already explained above in the general case.
Dans certains systèmes, la variable de contrôle ne peut pas être modifiée instantanément de manière arbitraire. Il est alors nécessaire d'imposer une variation instantanée maximum de la variable de contrôle. C'est le cas notamment pour un stimulateur cardiaque, le taux d'activité cardiaque ne pouvant être modifié, pour des raisons de sécurité, à la fois de manière instantanée et de manière arbitraire. Dans ce cas, on définit un nombre de pas m entre une valeur minimum de la variable de contrôle Z,n et une valeur maximum Zmx: In some systems, the control variable can not be changed instantly arbitrarily. It is then necessary to impose a maximum instantaneous variation of the control variable. This is particularly the case for a pacemaker, the rate of cardiac activity can not be changed, for security reasons, both instantaneously and arbitrarily. In this case, a number of steps m is defined between a minimum value of the control variable Z, n and a maximum value Zmx:
Zmin = Z(1)<Z(2)<... z(m-l)<z(m):Zmax. Zmin = Z (1) <Z (2) <... z (m-1) <z (m): Zmax.
Pour chaque Z(i), un accroissement et une diminution maximum, Zi+ et Zi- For each Z (i), a maximum increase and a decrease, Zi + and Zi
* sont spécifiés. L'accroissement maximum Z,4 pour une valeur Zr réelle donnée (Zi) < Zr < z(i+l)) est calculé de la manière suivante: _ 1 (n1)(Z, -Z + ' + (( -l)(Zr- Z'))z+ () max mi max min ax in De même, la diminution maximum Z- est calculée de la manière suivante: ( ( (n-l1)(Zr -Z<A _____________) Z (Zr)=1- Zx ZJ + Z Z_ (12) Zmax - Zin mi-ax - Z m- n* are specified. The maximum increase Z, 4 for a given real Zr (Zi) <Zr <z (i + l)) is calculated as follows: _ 1 (n1) (Z, -Z + '+ ((-l ) (Zr-Z ')) z + () max mi max min ax In Similarly, the maximum decrease Z- is calculated in the following way: (((n-l1) (Zr -Z <A _____________) Z (Zr ) = Zx Z + Z Z (Zmax - Zin mi - ax - Z m - n)
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Finalement, la valeur de régulation fournie par le système de régulation est une combinaison de la valeur Z calculée (par l'une des équation (7) ou (8))et des valeurs d'accroissement et de diminution maximum. Pour une valeur Zr réelle donnée et un niveau de signal Q, la variable de contrôle à l'étape suivante est donnée par (13): Z(Z,, Q)= Zr- Z'(Zr) si Zc(Q)< ZrZ'(Zr) Z(Zr, Q)= Zc(Q) si Zr- Z(Zr) < Zc(Q) < Zr + Z+(Zr) Z(Zr, Q)= Zr + Z+(Zr) si Zc(Q)> Zr + Z+(Zr) Le procédé et le dispositif selon l'invention permettent alors d'éviter des changements brusques de la valeur de la variable de contrôle dus à de soudains accroissements ou à de soudaines diminutions de niveau de signal Q. Cette méthode de calcul de la variable de contrôle peut être réalisée à l'aide: - d'un processeur du type déjà décrit ci- dessus pour le calcul de Zó(Q), la variable d'entrée étant Q, d'un processeur du type déjà décrit ci-dessus (à logique floue) pour le calcul de Z+(Zr) - d'un processeur du type déjà décrit ci-dessus (à logique floue) pour le calcul de Z'(Zr) Un comparateur permet de réaliser l'étape correspondante à (13) et Finally, the control value provided by the control system is a combination of the calculated Z value (by one of equations (7) or (8)) and maximum increase and decrease values. For a given real value Zr and a signal level Q, the control variable in the next step is given by (13): Z (Z ,, Q) = Zr-Z '(Zr) if Zc (Q) < ZrZ '(Zr) Z (Zr, Q) = Zc (Q) if Zr-Z (Zr) <Zc (Q) <Zr + Z + (Zr) Z (Zr, Q) = Zr + Z + (Zr) if Zc (Q)> Zr + Z + (Zr) The method and the device according to the invention then make it possible to avoid abrupt changes in the value of the control variable due to sudden increases or sudden decreases in the Q signal level. This method of calculating the control variable can be carried out using: a processor of the type already described above for calculating Zó (Q), the input variable being Q, a processor of the type already described above (with fuzzy logic) for the calculation of Z + (Zr) - of a processor of the type already described above (with fuzzy logic) for the calculation of Z '(Zr) A comparator allows to perform the step corresponding to (13) and
délivre le signal approprié à la régulation. delivers the appropriate signal for regulation.
Dans le langage des ensembles flous, les moyens 20 des figures 1 et 3 sont aussi appelés "fuzzifier", tandis que les moyens 26 constituent un moteur In the language of the fuzzy sets, the means 20 of FIGS. 1 and 3 are also called "fuzzifier", while the means 26 constitute an engine
d'inférence, ou encore un "defuzzifier". of inference, or a "defuzzifier".
La figure 13 représente schématiquement un système de contrôle de l'activité cardiaque d'un patient muni d'un stimulateur cardiaque 56. Une électrode 58, implantée sur le coeur 54 du patient, permet de transmettre à cet organe les impulsions électriques nécessaires à son activation. Le système 2 selon l'invention FIG. 13 schematically represents a system for monitoring the cardiac activity of a patient provided with a pacemaker 56. An electrode 58, implanted on the heart 54 of the patient, makes it possible to transmit to this organ the electrical pulses necessary for its operation. activation. The system 2 according to the invention
est mis en oeuvre.is implemented.
L'algorithme de contrôle permet, par exemple, de prendre en compte un The control algorithm makes it possible, for example, to take into account a
ou deux signaux de contrôle mesuré(s) à l'aide d'un ou de plusieurs capteurs 52. or two control signals measured with one or more sensors 52.
Les stimulateurs existant utilisent: l'activité du patient, mesurée à l'aide d'un accéléromètre ou d'un transducteur piezo- électrique, et/ou la ventilation minute Existing stimulators use: patient activity, measured using an accelerometer or piezoelectric transducer, and / or minute ventilation
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2o déterminée à partir d'une mesure d'impédance thoracique, ou un intervalle de temps entre deux ondes d'un électrocardiogramme (intervalle QT). D'autres 2o determined from a measurement of thoracic impedance, or a time interval between two waves of an electrocardiogram (QT interval). other
signaux de contrôle pourraient être pris en compte. control signals could be taken into account.
Ces signaux sont utilisés comme signaux d'entrée Q dans le dispositif des figures 1 et 3. La figure 14 représente une comparaison entre des résultats de calculs, obtenus avec l'équation (13) ci-dessus (courbe en trait épais), et un signal de sortie d'un système de contrôle selon l'invention, pour un stimulateur cardiaque (courbe en trait fin). L'échelle sur l'axe des ordonnées est en battement par minute (bpm), et l'axe des temps est en secondes. On voit que la simulation et le circuit donnent des résultats très proches. Des valeurs de Z+ = I et Z = 0,5 ont été choisies pour These signals are used as input signals Q in the device of FIGS. 1 and 3. FIG. 14 represents a comparison between calculation results obtained with equation (13) above (thick line curve), and an output signal of a control system according to the invention, for a pacemaker (fine line curve). The scale on the y-axis is in beat per minute (bpm), and the time axis is in seconds. We see that the simulation and the circuit give very similar results. Values of Z + = I and Z = 0.5 were chosen for
cet exemple.this example.
L'exemple a été donné d'une application à la réalisation d'un système de contrôle d'un stimulateur cardiaque. D'autres applications possibles concernent tous les domaines du contrôle électronique et/ou automatique mettant en oeuvre une fonction de transfert non linéaire, pouvant être approchée par une fonction linéaire par morceaux. Des exemples d'application sont: - la linéalisation de fonctions réponse non linéaires de capteurs semiconducteurs intégrés, pour la mesure de grandeurs physiques et/ou chimiques - la réalisation de caractéristiques de contrôle non linéaires programmables, dans les dispositifs de contrôle automatiques - la réalisation de non linéarités programmables, utilisées dans les circuits The example has been given of an application to the realization of a control system of a pacemaker. Other possible applications concern all fields of electronic and / or automatic control implementing a nonlinear transfer function, which can be approximated by a piecewise linear function. Examples of applications are: - the realization of non-linear response functions of integrated semiconductor sensors, for the measurement of physical and / or chemical quantities - the realization of programmable non-linear control characteristics, in automatic control devices - the realization Programmable nonlinearities, used in circuits
électroniques basés sur la théorie du chaos. based on chaos theory.
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