Problèmes des fréquences
Commande numérique des machines - Évolution des commandes

Pour situer, concrètement, les problèmes posés par la commande numérique, surtout si on la compare avec la commande analogique, nous allons considérer un premier exemple caractérisé par des fréquences élevées : une commande d’axe pour la robotique. On peut donner un ordre de grandeur des dynamiques associées aux différentes commandes et en déduire un diagramme temporel (figure 2a ) qui montre 6 niveaux de commande. Dans le programme informatique en temps réel qui exécute cette tâche, on peut supposer que chaque fonction est réalisée par une routine spécialisée, située à un niveau de priorité d’interruption spécifique (pour des raisons de sécurité, plus le numéro est élevé, plus la tâche est prioritaire). On peut donner une valeur typique de la période d’échantillonnage associée à chaque tâche. Ainsi :

• au niveau 1, la référence de position est affichée avec une période de l’ordre de 10 ms ;

• au niveau 2, le régulateur de position suit instantanément le calculateur de trajectoire (période d’échantillonnage de 10 ms) ;

• au niveau 3, la machine doit répondre en vitesse en quelques millisecondes ; la bande passante en vitesse est de quelques centaines de hertz, d’où une période d’échantillonnage de l’ordre de la milliseconde ;

• au niveau 4, le couple doit répondre en quelques centaines de microsecondes ; les boucles de courant doivent donc avoir des bandes passantes de quelques kilohertz (période d’échantillonnage de 100 µs) ;

• au niveau 5, les onduleurs qui alimentent les servomoteurs sont à transistors et les fréquences de commutation sont habituellement élevées (5 à 20 kHz, période de hachage de 50 µs) ;

• au niveau 6, l’allumeur du convertisseur doit maîtriser des phénomènes électriques très rapides (sécurité, surveillance de la commutation des composants) dont la durée est de l’ordre de la microseconde, ou même sensiblement moins.

Si nous considérons, un autre exemple, comme celui d’un variateur de vitesse alimenté par un convertisseur en commutation naturelle (pont à thyristors connecté au réseau...