FR2921733A1

FR2921733A1 - Procede de commande d'un systeme asservi

Info

Publication number: FR2921733A1
Application number: FR0706900A
Authority: FR
Inventors: Sylvain Michel Noel Marie Come; Thierry Elie Pierre Ginestet; David Nicolas Jean Chaillou
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2007-10-02
Filing date: 2007-10-02
Publication date: 2009-04-03
Anticipated expiration: 2027-10-02
Also published as: FR2921733B1; WO2009043863A1; CN101843171B; EP2215891A1; US20110050147A1; CN101843171A; US8258855B2

Abstract

L'invention concerne un procédé de commande d'un système asservi au moyen d'une commande multiniveau découpée dans le temps (PWM). L'invention consiste à. acquérir deux mesures (31, 32 ; 33, 34 ; 35, 36) au moyen du capteur (14), chacune durant une période, les deux périodes étant dissymétriques par rapport au découpage de la commande,. déterminer un offset de la chaîne d'asservissement et une réponse du système à la commande en fonction des mesures (31, 32 ; 33, 34; 35, 36) et des périodes de mesure.L'invention permet, à l'aide de ces deux mesures, d'éliminer l'effet de l'offset dans la chaîne d'asservissement du système.

Description

Procédé de commande d'un système asservi L'invention concerne un procédé de commande d'un système asservi. Ce procédé est également appelé pilotage asservi ou pilotage en boucle fermée. Dans un pilotage asservi, un dispositif de commande comporte une chaîne d'asservissement comprenant un capteur mesurant une variable caractéristique du système évoluant en fonction d'une consigne et un comparateur mesurant un écart entre la consigne et la valeur de la variable. Le capteur est encore appelé capteur d'asservissement. Le système est commandé par l'écart mesuré par le comparateur. Dans un pilotage asservi, la précision de la réponse du système à une évolution de consigne est généralement bonne. En effet, l'asservissement tend à annuler l'écart entre la consigne et la valeur de la variable caractéristique du système suivie par le capteur d'asservissement. Néanmoins, la chaîne d'asservissement peut subire un décalage, appelé par la suite offset , tendant à définir une erreur non nulle même si la réponse du système est parfaitement adaptée à la consigne. L'offset peut être du à la précision des composants de la chaîne d'asservissement. L'offset peut évoluer dans le temps en fonction de paramètres distincts de la consigne influençant la réponse du système, paramètres tels que par exemple l'évolution de la température ambiante ou encore l'usure des composants de la chaîne d'asservissement. Le problème est actuellement résolu en agissant sur chacun des offsets des différents composants et en essayant de minimiser leur valeur en optimisant la conception. Bien que coûteuse du fait de l'optimisation nécessaire, cette solution peut être satisfaisante à un instant donné, mais n'empêche pas l'évolution de l'offset dans le temps. L'invention peut être mise en oeuvre dans une commande de rétro-éclairage d'écrans à cristaux liquide utilisés sur des planches de bord d'aéronefs où il est nécessaire que le pilote de l'aéronef puisse voir ces écrans quelle que soit la lumière ambiante du cockpit.

Au-delà des offsets électroniques propres à toute chaîne de mesure, l'offset prépondérant pour cette application de rétro-éclairage est généré par l'éclairage ambiant du cockpit, notamment lorsque le soleil illumine l'écran à cristaux liquide. Une fraction suffisante d'éclairement ambiant est alors mesurée par le capteur d'éclairement interne et vient biaiser la mesure de celui-ci. Cet éclairage parasite étant ajouté à celui généré de la source lumineuse de rétro-éclairage, la précision de la luminance vue par le pilote est dégradée.

L'invention vise à améliorer la robustesse de la commande d'un système asservi en ne cherchant plus à minimiser l'offset mais en le mesurant afin de pouvoir le compenser. L'invention est adaptée à un système asservi au moyen d'une commande multiniveau découpée dans le temps. En effet, on va mettre à profit les différents niveaux de commandes du système pour permettre la mesure de l'offset. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de commande d'un système asservi au moyen d'une commande multiniveau découpée dans le temps, le procédé mettant en oeuvre un dispositif recevant une consigne et comportant une chaîne d'asservissement dans laquelle un capteur mesure une variable caractéristique du système évoluant en fonction de la consigne, la mesure de la variable étant susceptible de modifier la commande du système au travers de la chaîne d'asservissement, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes : • acquérir deux mesures au moyen du capteur, chacune durant une période, les deux périodes étant dissymétriques par rapport au découpage de la commande, • déterminer un offset de la chaîne d'asservissement et une réponse du système à la commande en fonction des mesures et des périodes de mesure.

L'offset mesuré peut être calculé et soustrait des mesures acquises par le capteur d'asservissement par un système de deux équations à deux inconnues, les deux inconnues étant la réponse du système et l'offset de la chaîne de mesure, les deux équations étant les mesures exprimées en fonction des deux inconnues. Les deux équations ne sont pas redondantes si les deux périodes sont dissymétriques par rapport au découpage de la commande et permettent donc la résolution du système d'équations. Dans une réalisation particulière de l'invention, l'offset prépondérant mesuré par le capteur d'asservissement est provoqué par un phénomène physique qu'il est intéressant de quantifier puis que sa valeur, mesurée habituellement par un système annexe, est utilisée dans la définition de la consigne du système. Par exemple, dans une commande de rétro-éclairage d'un écran à cristaux liquides, l'évolution de l'offset est principalement due aux variations de l'éclairage ambiant, décrit ci-dessus comme étant le phénomène physique. L'offset peut donc être utilisé pour adapter la consigne 11 en lieu et place de l'utilisation d'un capteur annexe de mesure de l'éclairage ambiant. Ceci permet de n'utiliser qu'un seul capteur pour à la fois, asservir la commande d'éclairement à la consigne, et mesurer l'éclairement ambiant pour générer la consigne. Autrement dit, de façon plus générale, la consigne reçue par le dispositif peut être fonction de l'offset mesuré.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages 15 apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel : • la figure 1 représente sous forme schématique un système asservi pour lequel l'invention peut être mise en oeuvre ; • les figures 2a à 2d représentent sous forme de chronogramme une 20 commande d'un système et plusieurs exemples de mesures permettant de déterminer l'offset de la chaîne d'asservissement ; • la figure 3 représente un exemple de mesure réalisée par un dispositif conforme à l'invention et permettent de supprimer l'effet de l'offset ; • la figure 4 représente un exemple de chaîne d'asservissement mettant 25 en oeuvre l'invention. Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures.

La figure 1 représente un exemple de dispositif de commande 30 d'un système 10 en fonction d'une consigne 11. Le dispositif comporte des moyens de pilotage 12 délivrant au système 10 une commande 13 au travers d'un algorithme d'asservissement. Le dispositif comporte en outre un capteur d'asservissement 14 mesurant une variable 15 caractéristique du système 10 et évoluant en fonction de la commande 13 et un comparateur 16 mesurant un écart 17 entre la consigne 11 et la valeur de la variable 15. L'écart 17 forme la donnée d'entrée des moyens de pilotage 12. Un procédé conforme à l'invention est adapté à une commande multiniveau découpée dans le temps. Cette commande est par exemple cyclique et à l'intérieur d'un cycle se succède une phase active pendant laquelle le système est commandé à un niveau maximum et une phase inactive pendant laquelle le système est commandé à un niveau minimum, par exemple nul. Ce type de commande est appelé commande par modulation de largeur d'impulsion et est bien connu dans la littérature anglo-saxonne sous le nom de : Pulse With Modulation . Le chronogramme de la figure 2a, noté PWM, représente l'évolution dans le temps de la commande du système 10. La commande 13 évolue selon deux niveaux. Un premier niveau bas porte le repère 20 et un second niveau haut porte le repère 21. Dans l'exemple de mise en oeuvre du rétro-éclairage d'un écran à 15 cristaux liquides, le système 10 peut comporter des diodes électroluminescentes. Le niveau bas 20 correspond à l'extinction des diodes et le niveau haut 21 correspond à une alimentation en pleine puissance des diodes électroluminescentes. Un cycle de fonctionnement 22 est défini entre deux fronts montants 23 et 24 formant des transitions du niveau 20 vers le 20 niveau 21. Selon l'invention, le procédé comprend les opérations suivantes : • acquérir deux mesures au moyen du capteur 14, chacune durant une période, les deux périodes étant dissymétriques par rapport au découpage de la commande, 25 • déterminer un offset de la chaîne d'asservissement et une réponse du système à la commande 13 en fonction des mesures et des périodes de mesure.

Le chronogramme de la figure 2b représente un exemple de mise 30 en oeuvre des deux périodes. La période de la première mesure 31 s'étend sur la durée de la phase active et la période de la seconde mesure 32 s'étend sur la durée de la phase inactive. Autrement dit, La première mesure 31 est effectuée tant que la commande 13 est au niveau haut 21 et la seconde mesure 32 est effectuée tant que la commande 13 est au niveau 35 bas 20. la synchronisation des deux mesures 31 et 32 sur les niveaux 20 et 21 peut se faire par les moyens de pilotage 12 qui déterminent par ailleurs les transitions entre les niveaux 20 et 21. Dans l'exemple illustré par le chronogramme de la figure 2b, la détermination de l'offset se fait directement par la valeur mesurée par le capteur 14 durant la mesure 32. La détermination de la réponse du système 10 à la commande 13 se fait en déduisant l'offset de la valeur mesurée par le capteur 14 durant la mesure 31. Ce type de détermination est simple à mettre en oeuvre. Néanmoins, la durée des mesures dépend du rapport cyclique et peut rendre les mesures imprécises lorsque le rapport cyclique est proche de 0% ou proche de 100%. En effet dans ces deux cas, une des deux mesures 31 ou 32 est réalisée pendant une durée beaucoup plus courte que l'autre et la mesure la plus courte est donc plus imprécise que l'autre. Deux autres exemples de mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention sont illustrés par les chronogrammes des figures 2c et 2d et permettent d'améliorer la précision de la détermination de l'offset et de la réponse du système en allongeant les périodes de mesure au-delà d'une valeur donnée. Par exemple, les périodes des mesures s'étendent sur au moins la moitié du cycle 22.

Dans l'exemple illustré par le chronogramme de la figure 2c, la période d'une première mesure 33 s'étend sur un cycle complet et la période d'une seconde mesure 34 s'étend sur un demi-cycle final. La mesure 33 peut s'exprimer de la façon suivante : M longue = R système + Offset cycle (1) M longue représentant la mesure 33, R système représentant la réponse du système et Offset cycle représentant l'offset sur un cycle complet. La mesure 34 dépend du rapport cyclique. Si ce rapport est inférieur à 50%, la mesure 33 peut s'exprimer de la façon suivante : M courte = Offset 1/2 cycle (2) M courte représentant la mesure 34, et Offset 1/2 cycle représentant l'offset sur la moitié du cycle. Si le rapport cyclique est supérieur à 50%, la mesure 33 peut s'exprimer de la façon suivante : M courte = R système ù'Y2 R système max + Offset 1/2 cycle (3) R système max représentant la réponse du système pour un rapport cyclique de 35 100%.

Dans les deux cas, rapport cyclique inférieur ou supérieur à 50%, la réponse du système R système peut s'exprimer en fonction de : M longueù 2 x M courte (4) En effet, dans le cas où le rapport cyclique est inférieur à 50%, on 5 a: M longueù 2 x M courte = (R système + Offset cycle) ù 2 x Offset 1/2 cycle (5) = R système (6) en considérant que l'offset est constant sur la totalité du cycle et donc que : Offset cycle = 2 x Offset 1/2 cycle (7) Par ailleurs, dans le cas où le rapport cyclique est supérieur à 50%, on a:

M longueù 2 x m courte = (R système + Offset cycle) ù 2 x (R système -12 R système max + Offset 1/2 cycle) (8) et donc : M longue ù 2 x m courte = R système max - R système (9) La réponse du système R système max pour un rapport cyclique de 100% étant une constante connue par ailleurs, il est facile de déterminer la 20 réponde effective du système R système. Cette réponse n'est pas soumise à l'offset. A partir de la réponse du système, déterminée précédemment, il est aisé de déterminer l'offset si besoin est à partir d'une des deux mesures 33 ou 34. Par exemple, à partir de la mesure 33 on utilise l'équation (1) : 25 Offset cycle = M longue - R système (10) L'offset ainsi défini peut être utilisé pour définir la commande 11 par exemple dans le cas d'une mise en oeuvre de l'invention pour le rétro-éclairage d'un écran en considérant que l'offset prépondérant est lié à la luminosité ambiante. 30 La figure 3 représente dans un repère orthogonal deux courbes 40 et 41 superposées. La courbe 40, représentée en trait fin, exprime la réponse du système R système en fonction du rapport cyclique noté PWM. Le rapport cyclique PWM évolue de 0% à 100%. La courbe 40 est un segment de droite 10 15 s'étendant depuis une origine 42 du repère jusqu'à un point 43 associant la réponse maximale du système R système max à un rapport cyclique de 100%. La courbe 41 représente dans la même repère la différence entre la mesure 33, M longue, et deux fois la mesure 34, M courte, en fonction du rapport cyclique PWM sous forme d'une courbe 41 en trait fort. La courbe 41 est formée de deux segments de droite 44 et 45. Le segment 44 s'étend depuis l'origine 42 du repère jusqu'à un point 46 associant la moitié de la réponse maximale du système, '/2 R système max, à un rapport cyclique de 50%. Le segment 44 se superpose à la courbe 40. Le segment 45 s'étend depuis le point 46 jusqu'à un point 47 associant une différence entre la mesure 33, M longue, et deux fois la mesure 34, M courte, nulle à un rapport cyclique de 100%. Dans l'exemple illustré par le chronogramme de la figure 2d, la période d'une première mesure 35 s'étend sur un demi-cycle initial et une seconde mesure 36 s'étend sur un demi-cycle final. Un mode calcul semblable aux précédent peut être mis en oeuvre pour déterminer l'offset et la réponse du système en éliminant l'effet de l'offset.

La figure 4 représente un exemple de chaîne d'asservissement adapté aux mesures 33 et 34 de la figure 2c mettant en oeuvre l'invention. Dans cette chaîne, en plus des éléments déjà présents sur la figure 1, à savoir le comparateur 16, les moyens de pilotage 12, le système 10 et la capteur 14, on a ajouté sur chacune des deux entrées 50 et 51 du comparateur 16 une fonction de transfert, respectivement 52 et 53 permettant au comparateur 16 de fonctionner sur la courbe 41, donc en éliminant les effets de l'offset et non sur la courbe 40 comme dans l'art antérieur. Une variante d'un procédé conforme à l'invention consiste à réaliser les deux mesures pendant un même cycle. Dans cette variante, les deux mesures peuvent se chevaucher ou non. Le chevauchement interviendra de façon obligatoire en combinaison avec la variante décrite à l'aide de la figure 2c puisque la mesure 33 occupe déjà la totalité du cycle. La mesure 34 est réalisée durant la deuxième moitié du même cycle. Le fait de réaliser les deux mesures pendant un même cycle permet de limiter les effets d'un offset risquant d'évoluer dans le temps.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de commande d'un système (10) asservi au moyen d'une commande multiniveau découpée dans le temps (PWM), le procédé mettant en oeuvre un dispositif recevant une consigne (Il) et comportant une chaîne d'asservissement dans laquelle un capteur (14) mesure une variable (15) caractéristique du système (10) évoluant en fonction de la consigne (11), la mesure de la variable (15) étant susceptible de modifier la commande du système (10) au travers de la chaîne d'asservissement, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes : • acquérir deux mesures (31, 32 ; 33, 34 ; 35, 36) au moyen du capteur (14), chacune durant une période, les deux périodes étant dissymétriques par rapport au découpage de la commande, • déterminer un offset de la chaîne d'asservissement et une réponse du 15 système à la commande en fonction des mesures (31, 32 ; 33, 34 ; 35, 36) et des périodes de mesure.

2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'offset mesuré est calculé et soustrait des mesures (31, 32 ; 33, 34 ; 20 35, 36) acquises par le capteur d'asservissement (14) par un système de deux équations à deux inconnues, les deux inconnues étant la réponse du système et l'offset de la chaîne de mesure, les deux équations étant les mesures exprimées en fonction des deux inconnues. 25

3. Procédé de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la consigne (11) est fonction de l'offset.

4. Procédé de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la commande est cyclique et en ce qu'à 30 l'intérieur d'un cycle se succède une phase active pendant laquelle le système (10) est commandé à un niveau maximum (21) et une phase inactive pendant laquelle le système (10) est commandé à un niveau minimum (20).

5 . Procédé de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce que la période de la première mesure (31) s'étend sur la durée de la phase active et en ce que la période de la seconde mesure (32) s'étend sur la durée de la phase inactive.

6. Procédé de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce que les périodes des mesures (33, 34 ; 35, 36) s'étendent sur au moins un demi-cycle.

7. Procédé de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce que la période de la première mesure (33) s'étend sur un cycle complet et en ce que la seconde mesure (34) s'étend sur un demi-cycle final.

8. Procédé de commande selon la revendication 6, caractérisé en 15 ce que la période de la première mesure (35) s'étend sur un demi-cycle initial et en ce que la seconde mesure (36) s'étend sur un demi-cycle final.

9. Procédé de commande selon l'une quelconques des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que les deux mesures (31, 32 ; 33, 20 34 ; 35, 36) ont lieu pendant un même cycle.