TP3 : Régulation d un système hydraulique

Transcription

1 TP3 : Régulation d un système hydraulique I. PRESENTATION GENERALE Le banc de TP est composé de 3 entités : un calculateur, un module d interface pour la régulation et une unité de régulation. L unité de régulation comprend : Un réservoir avec une pompe à débit variable Un bloc de deux colonnes avec un retard pur (sélectionnable grâce à une vanne manuelle) Deux capteurs de niveaux (pour chacune des colonnes) Une interface de commande Le calculateur est équipé : du logiciel «D_REG», permettant de configurer la régulation, visualiser les signaux. Ce logiciel fonctionne sous «WINDOWS». et se connecte au module IRP via une liaison série. L écran principal du logiciel «D-REG» est le suivant :

2 Figure 1 : Écran principal du logiciel Le module d'interface I.R.P.I : réalise l interface entre l ordinateur et le processus physique II. Préparation Soit un système du premier ordre en boucle ouverte de la forme : K1 W( p ) 1 Tp Ce système est bouclé par un retour unitaire et on introduit dans la chaîne directe un régulateur à action proportionnelle de gain K. 1. Dessinez le schéma de régulation. 2. Calculez la fonction de transfert en boucle fermée. 3. Déterminez en fonction de K1, T et K la constante de temps Tf et le gain statique Kf du système bouclé. 4. Montrez que le système en boucle fermée est plus rapide que le système en boucle ouverte. 5. Donnez l expression de l erreur en régime permanent. Tracez la courbe de l erreur statique en fonction du gain K*K1. 6. Montrez que le système est stable quel que soit le gain K positif. K1 On considère maintenant W( p) 3 (1 Tp ) 7. Calculez la fonction de transfert en boucle fermée. 8. Déterminez le domaine de stabilité du système bouclé. III. Manipulations Le schéma ci-dessous représente le processus étudié :

3 Serpentin simulant un retard V 3V H1 R1 V2 R2 H2 VE2 VE1 V1 V3 P FIG. 2: Schéma du système de régulation de niveau P : Pompe à débit variable V1 : Vanne de décharge du premier réservoir V2 : Vanne de communication entre les réservoirs V3 : Vanne de décharge du deuxième réservoir R1 : Premier réservoir R2 : Deuxième réservoir VE1 : Vanne électromagnétique simulant une perturbation au niveau de la pompe VE2 : Vanne électromagnétique simulant une perturbation au niveau du réservoir 1 V3v : Vanne à trois voies pour sélectionner système avec ou sans retard pur H1 : Transmetteur de niveau dans le premier réservoir. H2 : Transmetteur de niveau dans le deuxième réservoir : Élément de retard introduit par un serpentin Deux types de processus sont étudiés dans ce TP : Processus 1 : Réservoir 1 sans retard pur, écoulement libre à travers V1. Processus 2 : Réservoir 1 avec retard pur, écoulement libre à travers V1 o Processus 1 Objectif de l étude : étude d un système du premier ordre en BO et BF en boucle ouverte : identification, influence d une perturbation en boucle fermée : régulation Proportionnelle et Proportionnelle/Intégrale: évolution de l erreur et du temps de réponse en fonction des paramètres du régulateur, influence d une perturbation

4 Configuration initiale : Fermer les vannes VE1, VE2 et V2, ouvrir V1, mettre V3v en position «Entrée directe» Manipulations en boucle ouverte. Sur le logiciel D_Reg, choisir le mode de commande en boucle ouverte, puis utiliser les paramètres suivants : o Valeur de repos : 20%, échelon constant : 25 % et retard : 0% 1. Configurer le logiciel pour que la valeur de repos soit appliquée au système et attendre que le niveau d'eau dans la cuve se stabilise. 2. Basculer l'interrupteur pour envoyer la consigne de 25% au système. Relever la réponse à cet échelon et compléter le tableau de valeurs suivant : y(t ) u(t ) y(t 0) u(t 0) 3. Calculer les valeurs de la constante de temps et du gain statique. 4. Déterminer la fonction de transfert du système en boucle ouverte 5. Lorsque le régime permanent est atteint, ouvrir la vanne VE1. Noter l'influence de cette perturbation. Manipulation en boucle fermée Passer en mode de commande boucle fermée et PID et fermer la vanne VE1. Utiliser les paramètres suivants : o Valeur de repos : 50%, échelon constant : 70 % et retard : 0% 1. Configurer le système en boucle fermée en prenant un régulateur proportionnel. En gardant les mêmes réglages que pour la boucle ouverte, relever la réponse à l'échelon du système en boucle fermée lorsque K1 = K2 = Déterminer la nouvelle constante de temps et le nouveau gain statique. Comparer ses valeurs avec les valeurs théoriques calculées à partir des paramètres du système en boucle ouverte. 3. Étudier pour plusieurs valeurs de K2 l'influence de la perturbation (ouverture de la vanne VE1). Comparer avec le fonctionnement en boucle ouverte. 4. Configurer le système en boucle fermée en prenant un régulateur PI. Prendre Ti (constante de temps de l'action intégrale) égale à la constante de temps du système en boucle ouverte et

5 K1 = 1. Pour plusieurs valeurs de K2, relever les réponses à l'échelon. En régime établi, ajouter une perturbation (ouverture de la vanne VE1). Vers qu'elle valeur tend la sortie? 5. Conclure sur la régulation PI o Processus 2 Objectif de l étude : étude de la régulation d un système du premier ordre avec retard pur Configuration initiale: Fermer les vannes VE1, VE2 et V2, ouvrir V1, mettre V3v en position «Entrée par tuyauterie» Manipulations : 1. Appliquer la méthode de Ziegler Nichols en boucle fermée pour déterminer les paramètres d un correcteur PI. 2. Relever la réponse indicielle et déterminer les performances : temps de réponse, erreur statique, robustesse à la perturbation : ouverture de la vanne VE1 3. Ajouter une faible action dérivée au correcteur PI précédent. 4. Conclure Paramètres de Ziegler et Nichols La méthode consiste à augmenter progressivement le gain d un correcteur proportionnel pur jusqu à la juste oscillation. On relève alors le gain limite (Kpc) correspondant et la période des oscillations Tc. On peut calculer les paramètres du régulateur choisi à l aide du tableau suivant : régulateur P P.I P.I.D Kp 0.5 Kpc 0.45 Kpc 0.6 Kpc Ti * 0.83 Tc 0.5 Tc Td * * Tc Remarque : La structure du régulateur est de type mixte : C( p) K p 1 T d 1 p T p i