1: Introduction à la régulation

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1 Dossier RESSOURCE LA REGULATION 1: Inroducion à la régulaion -Dans un disposiif echnique, le procéd é de rég ulaion a po ur rôle d'amene r une gran de ur ph ysiqu e à pren dre un e valeur fixée à l'avan ce e de l'y mainenir. Cee gran de ur physiqu e s'app elle : grandeur ou mesure elle peu êre de naure rès variab le. Il pe u s'agir pa r exemple: - de gran de urs élecriqu es: en sion, couran, puissan ce, ec... - de gran de urs mécanique s ou hydrau lique s: pression, no mbre de ou rs/min,dé bi, niveau, ec... - de gran de urs hermique s: empé raure, qua nié de cha leur ec... - de ou e au re grand eu r physiqu e. la valeu r fixée à l'avan ce, à laqu elle la régu laion doi amene r la grand eu r, s'app elle consigne de régulaion Dans une régu laion, on mesure d'un e man ière con inu e la gran de ur rég lée e on la compare à la consigne de régu laion. Dés qu'on dé ece un écar en re elles, on prod ui dan s le sysème un e mod ificaion app ropriée, qui doi ramene r la grand eu r en accord avec la con signe de rég ulaion. La grand eu r subissan cee modificaion s'ap pe lle : grandeur réglane Ce pe u êre un e gran de ur ph ysique qu elconq ue, par exemple la po siion d 'ou verure d'une vann e, rang é de con du cion de s hyrisors d'un e unié de puissance, le rap po r cycliqu e d'enclenchemen d'un conaceur. Il fau néa nmoins choisir, comm e gran de ur rég lane dan s un sysème, une gran de ur elle que sa variaion agisse direcemen sur la valeur rég lée. Dans la régu laion, on dising ue deu x noions: 1.1 : Régulaion manuelle ( comm ande manuelle ) La mod ificaion sur la gran de ur rég lane peu êre effecué e par un op éraeur ob servan coninue llemen la gran de ur rég lée en modifian en con séq ue nce la grand eu r réglane. Dans ce cas, on es en présence d'un e comm ande manuelle Tel es, pa r exemple le cas dan s la cond uie d'un baea u ou d'un e au omobile. 1.2 Régulaion auomaique ( comm ande auomaique ) Dans ce cas, la mesure de la grand eu r e la mod ificaion de la gran de ur rég lan e s'effecue n auomaiqu emen au moyen d'ap pa reils app elés Régulaeurs da ns lesqu els es implané une loi de comm and e (algo rihme). En rég ulaion au omaique Il n'y a do nc pa s d'inervenion d'un opé raeur humain. Dans la suie de ce cours, no us éudieron s la rég ulaion au omaiqu e qu e nou s app ellerons ou simplemen : " régulaion " pag e 1/7

2 Dossier RESSOURC E LA REGULATION 2: Analyse des aciviés dans une chaîne de régulaion Par ana log ie avec l'homm e, une chaîne de régu laion peu êre an alysée selon la figure suivan e : C er v ea u Mu s c le s EEMPLE : conduie d'une voiure Con sign e COM PARE R/TRAITER RÉA GIR E ffe s Boucle Oeil O B S E RV E R B o u c le f erm ée ou r é ro ac ion Boucle Le conduieur d'une voiure doi à chaque insan observer le bord droi de la roue e la ligne médiane afin de mainenir par acion du volan, la voiure enre ces 2 limies Dans une régulaion auomaique, chaque foncion es assurée par des organes suivans : OBSERVER COMPARER/TRAITER R EAGIR es ass urée pa r es ass urée pa r es ass urée pa r le capeur d'informaions l'organe de raiemen des données modulaeur + acionneur + effeceurs Le schéma de la régulaion devien alors : C on sign e Organe de raiemen des do n n ée s Régu l aeur co mpa ra eu r é car co rr eceu r Grand eur r églane % Perurba ion s OPÉ RER sur l a maière d'oeuvre Sorie régu lée Parie Opéraive M es ure MES URER Capeur d'informaion s écar = me sure : Consigne de régulaion : Grandeur (mesure) : écar mesure/consigne (= - ) : Grandeur réglane (niveau de sorie du régulaeur). =f(e,) : Algorihme (loi de comm ande) pag e 2/7

3 Dossier RESSOURCE 3 Régulaeur. Le régu laeur, inséré dan s une cha îne de comm and e, impo se, en con raine d'exploiaion au sou s sysème de modu laion d'éne rgie une grand eu r réglane selon un e loi de comm an de cou ramm en ap pe lée algorihme La plupar des régulaeurs de marques différenes comporen un algorihme iden ique, désigné par "PID". Régu laeur P : Acion proporionnelle corr ece u r I : Acion inégrale D : Acion dérivée P, I, D P.I.D. son des modu les d'acion L'ad ap aion d'un régu laeur au x différens sysèmes s'effecue pa r le rég lage des coefficiens (pa ramères) de l'algorihme: - Paramère p pou r le rég lage de l'acion propo rion ne lle - Paramère Ti pou r le rég lage de l'acion inég rale - Paramère Td po ur le réglage de l'acion dérivée AP P ROCH E FONC TIONN ELL E SIMPLIFIÉE DU PROCÈDE DE RÉGULATION : alimenaion algorihme échelle de mesure réglage des paramères consigne lancemen de l'acion C R E Calculer la loi de comm and e = f [ (-), ] Régulaeur É nergie non mod u lée Modu ler e Conver ir l'énergie Modulaeur + Converisseur MATIÈRE D'OEUV RE ENTRANTE Mesure E Énergie modu lée Agir sur la maière d'oeuvre Effeceurs du procédé grandeur Peres Mesurer la grand eur Capeur MATIÈRE D'OEUV RE SORTAN TE pa g e 3/7

4 Dossier RESSOURC E 3.1.-REGULATION "TOUT OU RIEN " Dans ce cas, le régulaeur comm ande le sysème en insanané (TOUT ou RIEN ) c'es à dire: = 1 % si < = % si > Grandeur réglane 1 % TOUT (1 % ) La Sorie régu laion ne prend ra aucune valeur inerméd iaire. La rép on se du sysème présenera, au ou r du poin de consigne, des oscillaion s enreenu es due s au emps mor du sysème ( inerie ). 8% 6% 4% 2 % % RIEN ( % ) G randeur consigne 1 % TOUT T OUT T OUT T OUT emps Tan qu e la valeu r de la mesure es inférieu re à la, la comm an de es de 1 % ( TOUT ). Dès que la mesure aein e dép asse la con signe, la comm an de es de % ( RIEN ). % RIEN RIEN RIEN emps Dans la réalié, afin de diminuer le phé no mène de baemen à l'approche de la valeur de consigne, on inrodui un deuxième seuil. La valeur de consigne permean d'arrêer la comm ande ( RIEN : = % ) La valeur du deuxième seuil permean de remere en marche la comm ande ( TOUT : = 1 %) l'écar enre ces deu x valeurs s'appelle l' HSTERESIS. consigne seuil de déc lenchemen seuil d'enclenchemen HSTE RESIS Grandeur réglane 1% seuil d'enclenchemen TOUT (1 % ) seuil de déc lenchemen 8 % 1 % TOUT T OUT T OUT emps 6 % 4 % HSTE RESIS % RIEN RIEN emps 2 % % consigne RIEN ( % ) G rand eur pag e 4/7

5 Dossier RESSOURC E 3.2 RÉGULATION PROPORTIONNELLE L'acion prop orionn elle es un e foncion qui fai varier le sign al de sorie du régu laeur % = gran de ur rég lan e) propo rionn ellemen à l'écar enre la mesure e la con signe. Le coe fficien de prop orion na lié, app elé ga in du rég ulaeu r, es oben u par le réglage du paramère p du régu laeur. L'équ aion de l'acion prop orionn elle es sou s la forme: % = K avec K = 1 Bp Consigne Régul aeur c o m p a r a e ur c o rr ec eur écar % = K. P OPÉRER Parie Opér aive Mesure MESUR ER Capeur écar = m esu re e K : coef f icien p rop o ri on n el Per urbaions su r la m a ièr e d 'o eu v r e Sorie r é gulée La comm ande es Propo rion nelle à l'écar enre la consigne e la mesure Grandeur réglane (% ) 1 % Droie = K le coefficien de proporionn alié K s'appelle le GAIN pou r la valeur A, la comm and e vau A. ( en viron 8 % ) pou r la valeur B, l'écar avec la consigne es plus pei, la comm and e B es plus faible ( en viron 3 % ) A B 8 % 6 % 4 % 2 % % écar = - A B Grandeur consigne La grandeur réglane ne pouvan pas dép asser 1 % ( on ne peu pas alimener une résisance chauffane au delà de sa valeur nominale; on ne peu pas ouvrir une vanne au delà de 1 % ), cee droie es en fai un segmen. La régu laion sui alors l'allure formée par les segmens AB e BC Bande Proporionnelle Bp Du poin A au poin B, le sysème es comm andé à 1 % ( puissance maxi ), puis du poin B au poin C, la comm ande es Proporionnelle à l'écar enre e. Les limies B e C formen une bande appelée Bande Proporionnelle Bp. Grandeur réglane (% ) A 1 % 8 % 6 % 4 % B 2 % % écar = - C consigne Grand eur pag e 5/7

6 Dossier RESSOURCE 4 Qualiés d'une régulaion ou d'un asservissemen : P ou r ju g e r d e la qu a li é d 'un e ré g u laio n, il e s n é cess aire d e ch o isir d e s crières o b jecifs me surab le s afin d e co mpa re r en re eu x, divers y pe s de rég u laion. L e crière de STAB ILI TÉ : U n sysè me es d i sa b le lorsqu 'il se rou ve da n s un e p o siion d'éq u il i bre au ou r d'u n e va le u r. To u e en aive de dé séq u il i bre du sysè me au ra po u r con sé q u e n ce, un reo u r na ure l d e ce lu i-ci da n s u n e po siion d'éq u il i b re Sysème Sable bille Sysème Insable équilibre bille Remarque : la régulaion TOR es une régulaion sable équ ilibre Régime Osc illaoire Amori Le crière de PRÉCISION : I l es d é fini à pa rir d e la mesure de l'éca r lorsqu e ce de rnie r ne va rie plus (r ég ime é ab li ), le bu éan d'ob en ir u n é car n u l. O n a p p e ll e ra ce écar, éca r saiq u e ou e rr e u r de saisme. c o n s ig n e éc a r s aiqu e s Le crière de RAPIDITÉ : I l es d é fini pa r diff éren es mesures. va leur max i con signe emps de pic ( pic): emps nécessaire au sysème pour aeindre sa valeur maxi 9% emps de monée : emps nécessaire au sysème pour passer de 1% à 9% de sa valeur finale c o n s i g n e +5% con signe -5% emps de réponse : emps nécessaire au sysème pour enrer dans une bande de x% auour de la valeur finale e ne plus en sorir. pic 1% emps de monée r 5% Ces différens crières son bien sou ve n con radicoires. Un bo n réglage des paramères de régu laion sup p o se la rec herche du bo n compromis enre ce s crières. pa ge 6/7

7 Dossier RESSOUR CE 5 Exemples : régulaion de empéraure CAS 1 : gain K rop faible Dans ce cas, le ga in K es rop faible, la valeur fina le es rès éloign ée de la, l'écar saique es impo ran. K = 1 CAS 2 : gain K rop imporan Dan s ce cas, le gain K es rop imporan, on voi ap pa raîre un ph én omèn e d'oscillaion s. K = 1 CAS 3 : gain K correc Dan s ce cas, le gain K es correc, la valeur fina le es proche de la con signe, l'écar saique es faible. K = 3 UN BON REGLAGE DU GAIN K RESULTE D'UN COMPROMIS ENTRE PRECISION, RAPIDITE ET OSCILLATIONS pag e 7/7