REGULATION CLASSIQUE EN INDUSTRIE S U P P O R T D E C O U R S P O U R B T S _ G M II Concepion e réalisaion Mohamed BOUASSIDA Ingénieur en Elecromécanique Formaeur en Insrumenaion e Régulaion indusrielle Version Mai 2010 Reproducion sans préavis du concepeur n es pas auorisée, Conacer mohamedbouacida@yahoo.fr
NOTION D ASSERVISSEMENT ET DE REGULATION Organe d acion On donne l ordre de commande Niveau voulu Niveau mesuré On veu 4m محمد بوعصیدة Page 2 sur 82
C es l asservissemen Organe d acion Niveau voulu Ferme Tou va bien Niveau mesuré محمد بوعصیدة Page 3 sur 82
Vie, ça fui. Ouvre la vanne. Usage non Conrôlé محمد بوعصیدة Page 4 sur 82
Mainenir = Réguler = Maîriser On assure la Régulaion C es bon, Mainenir Débi enran = Débi soran Usage non conrôlé محمد بوعصیدة Page 5 sur 82
REGULATION DE BASE Inroducion La REGULATION (CONTROL), découle du verbe Réguler (o conrol), signifian le conrôle ou la maîrise, ce erme es rès différen du REGLAGE (ADJUSTEMENT) qui provien du verbe Régler, qui signifie fixer ou ajuser. Il y a plusieurs ypes de régulaion indusrielle possibles elles que : 1. TOR : Tou Ou Rien (ON OFF Conrol) 2. MLI : Modulaion de la Largeur d Impulsion (PWM) avec PID 3. PID : Coninue Proporionnelle, Inégraeur, Dérivaeur 4. FUZZY : Coninue PID avec l inroducion de la logique floue 5. MULTI-BOUCLES : Maîre Esclave, Cascade, Rappor 6. NUMERIQUE : Modèle de référence Cee science es uilisée au débu du XX ème siècle, dans le domaine de gisemen e d exploiaion en domaine pérolier, navigaion e ensuie en aviaion e dans les indusries des armes de poines. E suie aux progrès considérables dans les domaines de l élecronique e de l informaique indusriel, la régulaion es inroduie dans les procédés de fabricaion auomaisés, pour maîriser e asservir plusieurs grandeurs physiques par exemple :Tempéraure [ C], Débi [m 3 /h], Pression [bar], محمد بوعصیدة Page 6 sur 82
Niveau [mm], Humidié [%], Viesse [r/min], PH [10-7 ], Posiion [ ], Disance [m], Force [N], Poids [Kg] De nos jours, quasimen oues les indusries, appareillages élecroménagères e engins de ranspor uilisen forcémen l asservissemen e la régulaion. La régulaion indusrielle ouche à plusieurs indusries à savoir : Alimenaires, Agroalimenaires, Pharmaceuiques, Médicales Pérochimiques, Chimiques, Parapharmaceuiques, Texiles, chaussures Traiemen des eaux, Tabac, Papeeries, Auomobile Energies, ransformaions des maières brues, Manufacures, Usinages Définiion & Bus La régulaion regroupe l ensemble des echniques uilisées visan à mainenir consane une grandeur physique appelée GRANDEUR REGLEE À une valeur désirée appelée CONSIGNE Soumise à des PERTURBATIONS En agissan sur une aure grandeur physique appelée GRANDEUR REGLANTE Pour un minimum d écar possible e le plus RAPIDEMENT possible (économie d énergie) sans DESTABILISEE la réponse (qualié du produi) محمد بوعصیدة Page 7 sur 82
PERTURBATIONS GRANDEUR REGLANTE Sysème GRANDEUR REGLEE CONSIGNE Pression Gaz à l arrivée Echange Thermique Charge DEBIT de Gaz (Kg/s) Tempéraure de la Zone ( C) Four à Gaz 1200 C EXEMPLES DANS LA VIE COURANTE Chauffer un Local Cas d un sysème à une enrée e une sorie : محمد بوعصیدة Page 8 sur 82
Enrées Sories Perurbaions Organes de réglage *Débi d'eau chaude * T local * T eau chaude * Pression eau chaude * T ambiane *Vanne d'arrivée d'eau chaude * Echange avec l'exérieur Conduire une voiure Cas d un sysème à deux enrées e une seule sorie : Compeur Mesure 80 60 40 20 Consigne 50 Km/h Perurbaions Enrées Sories Perurbaions Organes de réglage * Viesse roaion moeur * Pression de freinage * Viesse linéaire de déplacemen * Viesse du ven * Direcion du ven * Penes e virages * Accéléraeur * Frein محمد بوعصیدة Page 9 sur 82
Prendre une douche iède Cas d un sysème à deux enrées e deux sories : Consignes Organes de réglage Eau Tiède & Abondane Mesure : Par les capeurs de la peau Enrées Sories Perurbaions Organes de réglage * T du * Débi d'eau * T eau chaude * Vanne d'arrivée mélange chaude * T eau froide d'eau chaude * Débi du * Débi d'eau * Pression d arrivée d eau * Vanne d'arrivée mélange froide chaude e froide d'eau froide TERMINOLOGIE DE COMMANDE Y GRANDEUR REGLANTE ENTREE QUESTION VIA ACTIONNEUR Z PERTURBATIONS Sysème HR (p) X GRANDEUR REGLEE SORTIE REPONSE VERS CAPTEUR محمد بوعصیدة Page 10 sur 82
X = f (Y) : Caracérisiques direces X = f () : Réponse emporelle X = f (p) : Réponse dans le repère de Laplace HR (p) = f (p) : Modèle du sysème LES Qualiés Des Sysèmes La mainenance des sysèmes auomaisés repose sur le suivi régulier des caracérisiques dynamiques e saiques, chaque sysème se compore d une manière unique, e ce comporemen change après un emps d exploiaion, ou suie à une inervenion de mainenance. Les qualiés d un sysème peuven êres uilisés pour calculer les puissances des grandeurs Réglanes (moeurs, brûleurs, vannes de gaz ) e du choix des capeurs. Le modèle fiable d un sysème peu servir pour l applicaion de la régulaion numérique Charge d un sysème Sorie 100 80 70 55 Q 1 Q 2 Q 3 Charges Q 1 < Q 2 < Q 3 50 Page 11 sur 82 Enrée 100 محمد بوعصیدة
Sabilié Sysème Naurellemen STABLE Sysème Naurellemen INSTABLE Sysème Arificiellemen STABLISÉ Exemple : Sysème Naurellemen INSTABLE Sysème Arificiellemen STABLISÉ محمد بوعصیدة Page 12 sur 82
Comporemens saiques e dynamiques d un bâche d eau Piloer en chauffage (B.O) Servo vanne M Ouverure de la vanne (%) 100 80 60 VAPEUR X : Tempéraure ( C) 100 80 60 40 20 20 % 40 % 60 % 80 % 100 % = = 6 = 5 Mesure (T C) Caracérisique direce Caracérisiques saiques X = f (Y) à emps figé Y : Ouverure de la vanne (%) 40 20 100 80 60 40 20 0 5 10 15 Tempéraure ( C) 0 5 10 15 20 20 Time (min) Caracérisiques dynamiques X = f () Time (min) محمد بوعصیدة Page 13 sur 82
Exemple de caracérisiques d un sysème de chauffage cenral MATERIALISATION DE LA REGULATION Chaîne de mesure Une CHAINE DE MESURE es un erme echnique uilisé surou par les insrumenises élecroniciens, pour les régleurs on préfère le erme BOUCLE DE REGULATION qui définie le minimum des insrumens nécessaires pour asservir e réguler un procédé indusriel à une seule enrée e une sorie unique, consiuée de rois insrumen de base à savoir : محمد بوعصیدة Page 14 sur 82
Un insrumen de mesure soi le CAPTEUR, poser à la sorie du sysème, il mesure sans rop déformer la grandeur réglée qu on appelle PV : PROCESS VALUE, e envoi un signal de mesure M qui es l image de PV vers l insrumen suivan. Un insrumen de Réflexion soi le REGULATEUR, c es l organe qui régule en calculan les écars insananés, ensuie les influencés par des effes mahémaiques pour générer un signal régulé CO CONTROL OUTPUT appliqué à l organe suivane. Un insrumen d acion soi l ACTIONNEUR, c es l ouil qui reçoi l ordre du régulaeur e le radui en une réalisaion en pourcenage d acion soi Y % pour agir sur la variable Réglane e influencer le sysème dans le bu de ramener la mesure à la consigne voulue. PV REGULATE CO CAPTEUR ACTIONNEUR C es la première brique de Consrucion des chaînes محمد بوعصیدة Page 15 sur 82
Réguler le dosage d un liquide Baemens du cœur Tremblemen des membres EXECUTION DES ORDRES!! Les Bras Force e Posiion des bras Humain, Tube & Boueille Niveau dans le Tube à essai ORDRES Niveau, fuie Je dois aller un peu à gauche Je dois diminuer le débi Niveau désiré (5 cm) Cerveau Niveau, fuie Les Yeux La personne qui essaye de verser un niveau précis (déjà décidé) es conrain de voir juse l évoluion du niveau dans le ube à essai e commander ses bras pour réussir rapidemen sans fuie à l exérieur ni dépassemen de la consigne, s il ferme ses yeux un insan la régulaion devien impossible. محمد بوعصیدة Page 16 sur 82
Schémaisaion d une chaîne de mesure Grandeurs Perurbarices Y % Agir Acionneur ENTREE SYSTEME Grandeur Réglane Z SYSTEME Grandeur Réglée SORTIE SYSTEME X LOI DE COMMANDE EFFETS!!! ECART e PV CO Penser Régulaeur MESURE M Mesurer Capeur PROCESS VALUE CONTROL OUTPUT SP SET POINT محمد بوعصیدة Page 17 sur 82
ASPECT DE COMMANDE Les performances d une régulaion peuven se vérifier en observan l allure du signal de mesure de la grandeur réglée. Après réglage des acions (effes) du correceur C, pour vérifier si le comporemen du sysème à conrôler es accepable on effecue deux ess : Tes en asservissemen : ΔC : Changer la consigne en paran du régime permanen. Tes en régulaion : ΔZ : Changer une ou plusieurs grandeurs perurbarices, soi les conrôlables. Aspec Asservissemen : التحك م : ordonner Asservir : Soi un procédé quelconque, influencé par n grandeurs perurbarices e réguler par une variable Réglane enrée du sysème moyennan une vanne de régulaion qui dose la variable Réglane selon un signal de commande u, la sorie du sysème es mesurée M e ransmis au correceur ou régulaeur C. Consigne C C u Perurbaions Z 1 Z 2 Z n PROCEDE Sorie PV Variable Réglane Mesure M T محمد بوعصیدة Page 18 sur 82
La mesure es consammen surveillé à l échelon de la consigne inroduie e cee comparaison sera corrigée e injecer comme signal de commande sur le posiionneur de la vanne de régulaion. Donc le régulaeur C reçoi de l uilisaeur ΔC e le changemen de la mesure ΔM e calcule l écar insanané e (), e pour le es d asservissemen qu on va réaliser on va appliquer un ECHELON de consigne e on peu écrire à chaque insan que : Commande : u e() = C M() Mesure C Consigne Mesure Régime sable e : Ecar Saique Régime sable Temps de Reards Temps d éablissemen ASPECT ASSERVISSEMENT Réponse en BOUCLE FERMEE محمد بوعصیدة Page 19 sur 82
Commande : u u 0 u u 1 Mesure Asympoe M Réponse indicielle en BOUCLE OUVERTE d un sysème Sable Mesure u 0 u u 1 Vers l infini physique Réponse indicielle en BOUCLE OUVERTE d un sysème Insable محمد بوعصیدة Page 20 sur 82
L allure de la courbe de mesure en boucle ouvere des sysèmes sables es de la forme "S" présenan une parie qui accélère e une parie qui décélère e un poin d inflexion enre les deux paries, pour la courbe de mesure en boucle ouvere des sysèmes insables es une droie qui end vers l infini. Pour la réponse en boucle fermée le dépassemen unique de la consigne puisque le sysème es en boucle fermé e sable en même emps. L écar saique es défini au régime permanen en boucle fermée e = C M On défini ainsi : Temps de Reard (B.F) : r : c es le emps commis par le sysème avan de réaliser 1% de M, soi le démarrage seni pour le débu de l exécuion de la commande de il es le résula de l ineriee de l ensemble. Temps d éablissemen (B.F) : E : c es le emps écoulé enre l insan de la commande e l insan où le sysème se sabilise e renre en régime permanen, ce emps es une caracérisique déerminane dans le choix des procédés en indusrie. Gain Saique (B.O) : Gs : C es une caracérisique saique pour les sysèmes sables seulemen, déerminer dans le régime permanen es ne pore pas d unié puisque c es un coefficien d amplificaion e peu êre calculé ainsi : Gs = M% / u% محمد بوعصیدة Page 21 sur 82
Erreur Relaive (B.F): C es la précision en pourcenage de l exécuion du sysème de l écar saique «e = C MM» par rappor au changemen de la Consigne C, soi : e Erreur (%) = x 100 C Coefficien d inégraion (B.O) : k: Quand le sysème es insable es end vers l infinie physiquemen (la valeur la plus grande possible) on définie ce coefficien qui es en fai la pene par rappor à la commande de la droie de réponse, si k es élevé alors le sysème s emballe plus rapidemen. ASPECT Régulaion k = M ( U. ) السیطرة : Maîriser Réguler : Soi le sysème suivan qui a une enrée insananée e une sorie insananée, e soumi à des perurbaions non mesurables ni conrôlables, mais ils son variables e on peu déecer leurs variaions : Perurbaions Z 1 Z 2 Z n Enrée Sorie Insananée Insananée e () s () Sysème Sable Grandeur Grandeur Réglane ou Insable Réglée محمد بوعصیدة Page 22 sur 82
Si on ne ouche pas à la consigne e le sysème es en régime permanen, à ce momen une des perurbaions mesurable apparaî, le sysème oscille rapidemen e revien au régime sable avec un nouveau écar, cee réacion es appelée Aspec de régulaion. Exemple explicaif : Comme le réfrigéraeur, si on ouvre e on ferme souven la pore, ainsi l air frais sor e l air chaud enre le capeur hermique à pression de gaz déece la nouvelle empéraure e envoi une in formaion à l organe de régulaion qui es le hermosa qui à son our ordonne l ensemble moo- compresseur de ourner e compenser la différence de empéraure qui es l écar saique. Mesure ASPECT ASSERVISSEMENT ASPECT REGULATION C e Régime sable Régime sable Z محمد بوعصیدة Page 23 sur 82
REGULATION T.O.R Régulaion TOR de empéraure Y % 0% Moo-Compresseur Acionneur Puis Temps d alimenaion Moo compresseur Charge Tempéraure ambiane Ouverure pore 100% Tempéraure de la Charge Chambre Frigorifique Tempéraure Chambre froide OFF ON CO Puis Puis Mini -14 C Conac fermé jusqu au PV = -18 C Mécanisme d Enclenchemen SP Ensemble Thermosa (Capeur e Régulaeur) Conac ouver jusqu au PV = -14 C Maxi -18 C Flambemen M Capeur à bilames PV -17 C محمد بوعصیدة Page 24 sur 82
Inérês d une régulaion TOR La régulaion en Tou Ou Rien n es jusifiée que si la réponse du sysème es assez longue par rappor au emps de reard, soi plus de 20 fois minimum. La plus par des appareils élecroménagers (exemple pour un réfrigéraeur on peu avoir r = 6s e T E = 3 min). Comme indique son nom, la régulaion TOR se caracérise par son acion sur l organe de réglage qui ne peu êre que ON (foncionne à 100%) ou OFF (arrê 0%), l acion du régulaeur peu se présener comme un conac ouver ou fermé, aussi un signal de 0V ou 24V pour commander une élecrovanne. Dans l indusrie on rouve la régulaion TOR pour réguler la empéraure e peu êre à deux viesses, comme le cas des brûleurs de gaz à deux vannes : Air chaud 1 2 Gaz Régulaeur TOR de piloage du brûleur Mélangeur Capeur Consignes Brûleur à Gaz double viesse محمد بوعصیدة Page 25 sur 82
Régulaion TOR de Pression Y % 0% Puis Tempéraure ambiane Usage 100% Tempéraure des pisons Moo Compresseur Temps d alimenaion Moo compresseur Compresseur d Air Pression dans la Cierne OFF ON CO Puis Puis Manosa Ensemble Pressosa (Capeur e Régulaeur) Conac fermé jusqu au PV = 8 bar Conac ouver jusqu au PV = 6 bar M Pression x 1 Capeur De Pression à Membrane PV 5 bars Mini 6 bars SP Maxi 8 bars Pression x 2 محمد بوعصیدة Page 26 sur 82
Caracérisiques de la régulaion TOR La Régulaion TOR die aussi ON-OFF CONTROL es caracérisée par la zone more qui es l écar enre la consigne haue e la consigne basse : Exemple à 7 bars le compresseur es en arrê lors de la décharge de 8 bars à 6 bars, e en foncionnemen lors du chargemen de 6 bars à 8 bars ON DB DB : DEAD BAND : Zone more 6 bars 8 bars OFF Exemple d Hysérésis de commande par pressosa d un compresseur On peu définir pour la régulaion TOR une consigne haue SPH = SP H e une consigne basse SPL = SP + H, mais l inerie du sysème peu enrainer la mesure au-delà de ces deux limie d où il fau choisir judicieusemen la largeur "DB" selon 3 inerférences : Inerie du sysème Commuaion ON-OFF de l acionneur Besoins de la producion محمد بوعصیدة Page 27 sur 82
REGULATION MLI : Modulaion de la Largeur d impulsion Régulaion PWM de empéraure Echange avec l exérieur 3min ON 7min OFF Y % Moo Compresseur Temps d alimenaion Moo compresseur Tempéraure ambiane Ouverure pore Aciviés des personnes BUREAU Climaisé par SPLIT SYSTEM Tempéraure Bureau CO() = e().pid Modulé sur T+ (10 ) MLI e -2 C PV 30% CO Comparaeur & calculaeur Signal en M Sonde de empéraure 21 C SP 19 C محمد بوعصیدة Page 28 sur 82
PWM Conrol: Pulse Widh Modulaion La Régulaion «MLI» : MODULATION DE LA LARGEUR D IMPULSION es caracérisée par: Regroupemen de l avanage de la régulaion TOR soi l acionneur TOR (Elecrovanne, conaceur ) e l avanage de la régulaion PID soi une réponse lisse qui colle rapidemen à une consigne fixe. Principe : Le régulaeur reçoi la mesure M du capeur ransmeeur e le compare à la consigne puis confroner le résula au PID pour le moduler sur un emps choisi par l uilisaeur selon le besoin de la producion e le pouvoir de commuaion de l acionneur, ainsi le schéma bloc : C + P PWM e % y % CO TOR I M D Régulaeur PID_MLI Capeur Sysème Acionneur محمد بوعصیدة Page 29 sur 82
Exemple de calcul d une régulaion «MLI» : Soi une mesure venan du capeur à l insan = 1 s de M = 30% e à = 0 on a y = 20% Soi la consigne C = 35% Kp = 6 ; Ti = 2s e Td = 10 s (Srucure parallèle) Le aux de modulaion es T+ = 1 s Alors à = 1 s on a e% = C% M% = 5 % y% = 6. 5 + 2,5 = 32,5 % CO soi 0, 325 s ON e 0,625 OFF M y% CO C Conversion de la commande coninue en TOR modulé محمد بوعصیدة Page 30 sur 82
Principe de la boucle Bu La régulaion regroupe l ensemble des echniques uilisées visan à mainenir consane à une valeur désirée appelée CONSIGNE, une grandeur physique appelée GRANDEUR REGLEE, soumise à des PERTURBATIONS, en agissan sur une aure grandeur physique appelée GRANDEUR REGLANTE pour un minimum d écar possible. Termes Techniques Consigne : SP (Se Poin), W ou C (20 C) Valeur Processus : PV (Process Value) X ou M : Mesure (18 C) Perurbaion : ΔZ : ( TEau_Chaude = -7 C) Variable Réglane : CO (Conrol Oupu), Y% (50% ou moiié) Ecar (Déviaion) : e ou xd : (20 18) = 2 C Sysème Conrôlé : Chambre Régulaeur : Conroller : Le cerveau محمد بوعصیدة Page 31 sur 82
Types de Boucle de Régulaion Boucle Ouvere : Le conrôle en boucle ouvere se caracérise par la naure de son acion. La variable de sorie n a aucune influence sur la variable d enrée. Sysème Acionneur Consigne Manuel Régulaeur Capeur On recommande l usage de la commande en boucle ouvere lors des inervenions de démarrage des Processus ou d arrê, de plus ellemen on maîrise les caracérisiques du sysème à réguler e les perurbaions ne varien pas rapidemen, alors une boucle ouvere suffi a aeindre la valeur désirée en un emps préalablemen défini dans les caracérisiques dynamiques. Boucle Fermée : Le conrôle en boucle fermée es défini comme un processus où la valeur mesurée es consammen surveillée e es comparée à la valeur de la consigne. Dépendan du résula de cee comparaison, l enrée variable du sysème es influencée pour ajuser la valeur mesurée à la valeur de la consigne quelles que soien les perurbaions. Sysème Auo Acionneur Consigne Manuel Auo Régulaeur Capeur محمد بوعصیدة Page 32 sur 82
LES CORRECTEURS MATHEMATIQUES Inroducion Afin de bien maîriser les procédés régulés, on doi corriger leurs défaus qui se résumen en rois anomalies possibles de commande e une anomalie de concepion à savoir : Grand emps de reard ( >>0) : ce emps es dû généralemen à une mauvaise concepion de la liaison de l organe d acion avec le sysème. Leneur d exécuion ( >>0) : Le sous dimensionnemen de la grandeur Réglane rend la réponse lene Mauvaise exaciude (e 0) : C es l écar saique ça veu dire au régime permanen, enre la consigne e la mesure, due souven à la finesse de dosage de grandeur Réglane Insabilié : Le surdimensionnemen de la grandeur Réglane rend la réponse insable e le sysème rès impulsif ou "musclé". Ces anomalies appelées caracérisiques apparenes du sysème, représenen le grand ravail des régleurs e mahémaiciens, e les maîrisées n es pas une âche facile, surou lorsqu on aura le choix enre rapidié e sabilié, e ce choix n es pas décisif. Il y a plus qu une méhode de déerminaion de ces paramères. محمد بوعصیدة Page 33 sur 82
Pour remédier à sess lacunes e opimiser la réponse d un sysème, les concepeurs on doé les régulaeurs indusriels de rois effes mahémaiques de calcul d acion à savoir : Acion Proporionnelle : P Acion Inégrale : I Acion Dérivée : D On disingue aussi la possibilié de combiner ces acions série, parallèle ou mixe, ainsi quelques archiecures possibles : (P+I), (P.I), (P+D), (P.D) (P+I+D), (P.I.D), PID // e PID série [(P.I) +D]: Mixe 1 [(P.D) +I]: Mixe 2 Ces acions se présenen souven dans les régulaeurs analogiques comme des cares élecroniques à base amplificaeur opéraionnel (AMPLIOP) qui permeee l amplificaion du signal e son dosage selon le emps inégraeur ou dérivaeur, e on parle souven d un ETAGE au lieu de care élecronique par exemple : ETAGE INTEGRATEUR Ces acion peuven êre sous forme numérique pour les régulaeur numérique, soi sur 16 ou 32 bis e on parle alors d ALGORITHME par exemple : ALGORITHMES PID MIXTE A محمد بوعصیدة Page 34 sur 82
Quand les sysèmess deviennen difficilemen commandable, alors le emps de reard devien imporan devan alors les correceurs PID ne suffisen plus à mainenir la sabilié e la précision voulues, alors ici on adope d aures echniques parallèles aux PID, soien le FUZZY LOGIC ou AUTO TUNING Comparaison des CORRECTEURS محمد بوعصیدة Page 35 sur 82
Les effes des correceurs bien Dosés M e Régime Permanen C I Tangene au poin d inflexion M M C PID PI A chaque réponse on essaye de présener l effe convenable e bien dosé sur le sysème P Réponse sans EFFETS محمد بوعصیدة Page 36 sur 82
Rôles des acions PID Le rôle de l acion proporionnelle Es d accélérer La réponse du procédé θ le plus pei possible Le rôle de l acion dérivée Es de compenser Les effes du emps mor du procédé τ le plus pei possible Le rôle de l acion inégrale Es d annuler L écar saique e le plus pei possible محمد بوعصیدة Page 37 sur 82
Choix de ypes de régulaion / Acion Commenaires > 20 T.O.R 10 à 20 5 à 10 P P.I Tou Ou Rien : appelée «On-Off Conrol» le régulaeur agi sur l acionneur souven un conac en l ouvran 0% ou en le ferman 100% parfois on uilise le rappor emps d ouverure sur le emps de fermeure comme pourcenage d acion, exemple 3s ON e 7s OFF donne 30% d acion sur le conac. Proporionnelle : Es caracérisée par (Kp ou Gr) la consane de proporionnalié ou le gain du régulaeur, sa valeur es mulipliée par l écar insanané consigne -mesure influençan ainsi l acion sur le sysème le rendan ainsi plus rapide dans la limie de sa sabilié, on défini aussi la bande proporionnelle BP%=100/Gr Proporionnelle Inégraeur : En ajouan l effe Inégraeur à la proporionnalié l acion sur le sysème se dose avec finesse e précision qui dépend inversemen du emps de l inégrale T i, pour les procédés sables comme ce cas, on perme un dépassemen de la mesure par rappor à la consigne, alors cee acion se charge de le ramener rapidemen le sabilise. 2 à P.I.D Proporionnelle Inégraeur Dérivaeur : L acion dérivée ajouée à l acion PI appore une lucidié imparable à la réponse, en محمد بوعصیدة Page 38 sur 82
5 augmenan le emps de la dérivée T d, l anicipaion s améliore e obien au oal 1 à 2 < 1 Muli Boucles Smih Inerne ou Numérique dans le cadre de la sabilié une réponse sans emps de reard, rapide e précise Tellemen le emps d exécuion es cour par rappor au emps de réponse que l acion PID agi 2 ou 3 fois avan que le sysème réponde à la première fois ce qui désabilise la réponse, donc on ajoue d aures boucles sur le procédé, comme boucle maîre esclave ou boucle cascade ou encore boucle rappor, cee boucle anicipe quelques grandeurs perurbarices e commande la boucle principale pour l aider à la sabilisaion rapide. Des sysèmes qui présenen des elles caracérisiques dynamiques sévères ( e ), ne peuven êre maîrisés que si on connaî au préalable le comporemen saique e dynamique de la réponse, si non ils deviennen forcémen insables. Le besoin de la régulaion numérique ou encore (Modèle de Smih inerne) es indispensable, son inroducion ressemble pluô à l auomaisme que la régulaion classique, rès uilisée dans les procédés à grande inerie e emps. rapide en même محمد بوعصیدة Page 39 sur 82
NOTION des Acions Rappel mahémaique sur la ransformée de LAPLACE En mahémaiques e en pariculier en analyse foncionnelle, la ransformée de Laplace d'une foncion f d'une variable réelle posiive es la foncion F de la variable complexe p, définie par : Les propriéés de cee ransformaion lui confèren une grande uilié dans l'analyse des sysèmes dynamiques linéaires محمد بوعصیدة Page 40 sur 82
Acion Proporionnelle S c h é m a f o n c i o n n e l E (p) G r S (p) G r : Gain du régulaeur ou K p Coefficien de proporionnalié. R é p o n s e à u n é c h e l o n s () Réponse e () Echelon u G r. u F o n c i o n d e r a n s f e r H (p) = G r L acion proporionnelle AP es caracérisée par le gain du régulaeur Gr qui es proporionnel à l AP : Si G r alors AP On définie aussi la BANDE PROPORTIONNELLE (BP) ainsi : BP % = 100 / Gr Donc elle es inversemen proporionnelle à l AP. محمد بوعصیدة Page 41 sur 82
Acion Inégrale S c h é m a f o n c i o n n e l E (p) 1 T i. p S (p) T i : Temps d acion inégrale en minues ou secondes. R é p o n s e à u n é c h e l o n s () Rampe e () u u T i F o n c i o n d e r a n s f e r H (p) = 1 Ti. p L acion inégrale AI es caracérisée par son emps d acion Ti qui es inversemen proporionnel à l AI, donc si on veu annuler l effe de l acion inégrale le emps Ti doi endre vers l infini : Si T i alors AI محمد بوعصیدة Page 42 sur 82
Acion Dérivée S c h é m a f o n c i o n n e l E (p) T d. p S (p) R é p o n s e à u n é c h e l o n e () s () Impulsion u u T d? R é p o n s e à u n e r a m p e s () e () e () = a. Td. a F o n c i o n d e r a n s f e r H (p) = T d. p L acion dérivée AD es caracérisée par son emps d acion Td qui es proporionnel à l AD : Si T d alors AD محمد بوعصیدة Page 43 sur 82
COMBINAISON des acions Acion proporionnelle e inégrale parallèle [P+I] S c h é m a f o n c i o n n e l Consigne C (p) Mesure M (p) + - x G r 1 T i. p S (p) F o n c i o n d e r a n s f e r R (p) = G r + 1 T i. p R é p o n s e à u n é c h e l o n : s () P+I x P seuil G r. x T i محمد بوعصیدة Page 44 sur 82
Acion proporionnelle e inégrale série [P.I] S c h é m a f o n c i o n n e l : Consigne C(p) Mesure M(p) + - x G r 1 T i. p S (p) F o n c i o n d e r a n s f e r R (p) = G r ( 1 + 1 Ti. p ) R é p o n s e à u n é c h e l o n s () P.I I seuil G r. x P seuil G r. x T i محمد بوعصیدة Page 45 sur 82
Acion proporionnelle e dérivée parallèle [P+D] S c h é m a f o n c i o n n e l Consigne C (p) Mesure M (p) + - x G r T d. p S (p) F o n c i o n d e r a n s f e r R (p) = G r + T d. p R é p o n s e à u n e r a m p e : x x () = a. s () G r1 G r2 > G r1 P 2 +D P 1 +D P seuil Avance 2 D seuil Td. a Avance 1 Avance = T d / G r ; Avec G r 0 محمد بوعصیدة Page 46 sur 82
Acion proporionnelle e dérivée série [P.D] S c h é m a f o n c i o n n e l Consigne C (p) Mesure M (p) + - x G r T d. p S (p) F o n c i o n d e r a n s f e r R (p) = G r ( 1 + T d. p ) R é p o n s e à u n e r a m p e x x () = a. s () P 2.D G r2 > G r1 P 1.D G r1 P seuil D seuil G r1.td. a G r2.td. a Avance consane Avance = T d / G r ; Avec G r 0 محمد بوعصیدة Page 47 sur 82
Srucure parallèle des régulaeurs [P+I+D] S c h é m a f o n c i o n n e l P C (p) M (p) + - x x G r 1 T i. p T d. p I D P+I+D S (p) F o n c i o n d e r a n s f e r R (p) = G r + 1 T i. p + T d. p R é p o n s e à u n é c h e l o n s () P+I+D x G r. x T i محمد بوعصیدة Page 48 sur 82
Srucure série des régulaeurs [P.I.D] S c h é m a f o n c i o n n e l C (p) M (p) + - x G r 1 T i. p T d. p S (p) F o n c i o n d e r a n s f e r R (p) = G r ( 1 + 1 Ti. p ) ( 1 + T d. p ) R é p o n s e à u n é c h e l o n s () P.I.D D seuil P.I seuil G r. x P seuil Gr. x. α G r. x T i G r. x. [1+ (T d /T i )] avec α = (1 + T d / T i ) محمد بوعصیدة Page 49 sur 82
Les équaions emporelles N Acions Equaions Temporelles 1 P s () = s 0 G r.x () 2 I s () = s 0 1/T i x () d (*) 3 D s () = s 0 T d dx () / d 4 P.I s () = s 0 G r.x () G r /T i x () d 5 P+I s () = s 0 G r.x () 1/T i x () d 6 P.D s () = s 0 G r.x () G r. T d dx () / d 7 P+D s () = s 0 G r.x () T d dx () / d 8 P.I.D s () = s 0 α. G r.x () G r /T i x () d G r. T d dx () / d 9 P+I+D s () = s 0 G r.x () 1/T i x () d T d dx () / d 10 P+(I.D) s () = s 0 G r.x () G r /T i x () d T d dx () / d 11 (P.I)+D s () = s 0 G r.x () G r /T i x () d G r. T d dx () / d Le (P.I) +D es l archiecure la plus répondue dans la régulaion perfecionnée (*) L inégrale es oujours calculée enre 0 e محمد بوعصیدة Page 50 sur 82
PID Analogique par AMPLIOP : I P P D I D محمد بوعصیدة Page 51 sur 82
IDENTIFICATIONN DES PROCEDES INDUSTRIELS Inroducion La foncion de ransfer exace e proche de la réalié d un procédé indusriel es praiquemen impossible à déerminer. On uilise des méhodes d idenificaion qui permeen de rouver un modèle de comporemen raduisan le plus fidèlemen possible le procédé auour d un poin de foncionnemen. Les paramères du modèle serven : Au réglage des acions P.I.D dans une boucle de régulaion. Au choix des modes de régulaion A la régulaion par correceur à modèle inerne Méhodes d idenificaion en Boucle Ouvere Mode opéraoire Commande manuelle du régulaeur u P 1 P 2 P n PROCEDE PV M Grandeur Réglane Régulaeur en mode MANUEL Enregisreur محمد بوعصیدة Page 52 sur 82
On doi sabiliser la mesure au poin de foncionnemen choisi ou aux condiions moyennes. Le sysème pouvan présener des non linéariés, il es imporan d analyser au poin de foncionnemen fuur. Mere le régulaeur en manuel ç à d en boucle ouvere. Faire un échelon uu de commande sur le signal de l acionneur. Ce échelon doi êre suffisammen grand afin d obenir une réponse exploiable sur l enregisreur e suffisammen faible afin de ne pas dépasser les limies de linéarié du procédé. Exploiaion graphique de l enregisremen du signal de mesure M (). Procédé naurellemen sable Procédé à dominane du premier ordre avec reard : Les procédés qui on une seule grandeur perurbarice dominane, comme pour la majorié des sysèmes de chauffe. U () M () U 0 u 0,63 M 37% M 63% Consane de emps : Le reard : Son relevés graphiquemen محمد بوعصیدة Page 53 sur 82
La foncion de ransfer es de la forme : Avec le gain saique Gs es calculé ainsi : Gs = M % u % Procédé du nième ordre avec reard : Tous les procédés naurellemen sables ou sabilisés arificiellemen peuven avoir ce ype de réponse comme le niveau e la pression. U () M () U 0 u M M 0 On obien des courbes en forme de S e la foncion de ransfer peur s écrire sous la forme : F (p) = Gs. e r.p ( 1 +. p ) ( 1 +. p )... ( 1 + n. p ) r : Temps mor réel محمد بوعصیدة Page 54 sur 82
Pour la déerminaion des caracérisiques du procédé e on uilise la Méhode de BROÏDA Alors on peu écrire : HR (p) = Gs. e r.p ( 1 +. p ) ( 1 +. p )... ( 1 + n. p ) # Gs. e.p 1 +. p Procédé Modèle Pour la recherche des paramères du modèle, on observe l allure du signal de mesure e en fixan les échelles de emps e de la mesure : M () Régime permanen M M M Régime permanen 1 2 محمد بوعصیدة Page 55 sur 82
E les paramères du modèle on peu les calculés ainsi : Consane de emps : = 5,5 ( 2 1 ) Temps mor : = 2,8 1 1,8 2 (Il fau que > 0 si no refaire l essai praique d idenificaion) Gain saique : Gs = M / u Pour déerminer e on peu uiliser aussi la : Méhode de CHIEN & HORNESS & RESHWICK On race minuieusemen la angene au poin d inflexion de la réponse en B.O suie à un échelon de commande ΔCO de 5 à 10 % de l éendu de commande : q Δ Δ Δ Δ محمد بوعصیدة Page 56 sur 82
Procédé naurellemen insable La méhode d idenificaion en boucle ouvere doi êre uilisée avec précauion, compe enu du caracère insable du procédé, pour re-sabiliser le procédé, passer le régulaeur en auomaique e en proporionnelle seule, avec un gain assuran la sabilié. Procédé inégraeur pur : U () M () U 0 u M = a. M M 0 On a : M = a. mais a = k. u d où k = a / u Coefficien d inégraion du procédé k = M % u %. La foncion de ransfer es de la forme HR (p) = k p محمد بوعصیدة Page 57 sur 82
Procédé inégraeur du nième ordre avec reard : U () M () U 0 u M = a. M M 0 Le emps mor du modèle es déerminé graphiquemen. Le coefficien d inégraion du procédé es : On peu approximer la foncion de ransfer : k = M % u %. HR (p) = k. e r.p p ( 1 +. 1. p )... ( 1 + n. n. p ) Procédé # k. e.p p Modèle محمد بوعصیدة Page 58 sur 82
Méhodes d idenificaion en Boucle Fermée Procédés naurellemen sables On me le régulaeur en mode auomaique e on injece une acion PROPORTIONNELLE seulemen : Procédé H pn(p) Régulaeur P H p1(p) + - C (p) G r u (p) HR (p) M (p) Le modèle recherché : On approximera le procédé à une foncion de ransfer du premier ordre avec reard. C es une idenificaion paramérique car on choisi à priori un modèle e on cherche par cee méhode, les paramères de la foncion de ransfer du modèle. HR (p) = Gs. e r.p ( 1 +. p ) ( 1 +. p )... ( 1 + n. p ) # Gs. e.p 1 +. p Procédé Modèle محمد بوعصیدة Page 59 sur 82
La méhode d idenificaion en boucle fermée es plus précise que l idenificaion en boucle ouvere nécessie deux essais disincs : 1 er essai : Recherche du gain saique Gs 2 ème essai : Recherche des paramères dynamiques e. Premier essai :Recherche du gain saique Gs : Se placer au poin de foncionnemen e sabiliser la mesure Egaler la consigne à la mesure (C=M le plus possible) Mere le régulaeur en Proporionnel seul (Ti = maxi e Td = 0) Passer en mode auomaique e faire un échelon de C 10% Relever la variaion de mesure ΔM e l écar x = C M Calculer le gain saique Gs comme sui : Gs = M x. G r Avec Gr es celui de l essai, on le choisi enre 0,5 e 1 sans osciller le sysème. M 60% M () x Régime permanen C 10% M M 50% Régime permanen Page 60 sur 82 C es for محمد بوعصیدة
Deuxième essai : Recherche des paramères e : Se placer au poin de foncionnemen e sabiliser la mesure Egaler la consigne à la mesure (C=M le plus possible) Mere le régulaeur en Proporionnel seul (Ti = maxi e Td = 0) Augmener progressivemen le gain du régulaeur Gr en faisan de peis échelons sur la consigne jusqu à l obenion du POMPAGE régulier de la mesure, soi ainsi : C () G r rop pei ou BP grande La mesure es d une allure insable CONVERGENTE C () G r rop grand ou BP peie La mesure es d une allure insable DIVERGENTE C () osc G r correc c es Grc : le gain criique du régulaeur La mesure es d une allure sable EN POMPAGE REGULIER محمد بوعصیدة Page 61 sur 82
Relever la valeur du gain criique du régulaeur Grc qui occasionne le pompage e la période des oscillaions Tosc de la mesure [ou du signal de commande de la vanne U ()] Régulaeur + - C (p) Grc U () CV Procédé HR (p) M () osc U () osc Calculer les paramères dynamiques ( ; ) selon la méhode de : Méhode de ZIEGLER & NICHOLS Gain de boucle criique G Bc G Bc = G rc. Gs Gs : Gain saique déerminé lors du premier essai Grc : Gain criique du régulaeur qui occasionne le pompage Consane de emps du modèle = osc 2 (G Bc 2 1) 1/2 محمد بوعصیدة Page 62 sur 82
Temps mor ou reard du modèle = osc 2 Arcg ( G 2 [1 Bc 1 ) 1/2 ] Si Arcg es exprimé en degrés (selon la calcularice) alors = osc 2 Arcg ( G 2 [1 Bc 1 ) 1/2 ] 180 Procédés naurellemen insables La manipulaion des procédés naurellemen insables es souven dangereuse e on recommande lors de l idenificaion de ne pas s éloigner beaucoup du poin de foncionnemen. Comme pour les procédés sables on doi mere le régulaeur en mode auomaique e on injece une acion PROPORTIONNELLE seulemen : Procédé H pn (p) Régulaeur P H p1 (p) + - C (p) G r u (p) HR (p) M (p) محمد بوعصیدة Page 63 sur 82
Le modèle recherché : On approximera le procédé à une foncion de ransfer inégraeur pur avec un reard : HR (p) = k. e r.p p. ( 1 +. p ) ( 1 +. p )... ( 1 + n. p ) Procédé # k. e.p p Modèle Mode opéraoire : Se placer au poin de foncionnemen e sabiliser la mesure Le régulaeur en auomaique e en acion proporionnelle seule Augmener progressivemen Gr en faisan de peis échelons sur la consigne jusqu à l obenion du POMPAGE régulier de la mesure Relever la valeur du gain criique du régulaeur Grc qui occasionne le pompage e la période des oscillaions Tosc de la mesure [ou du signal de commande de la vanne U ()], cee mesure peu êre prise sur le racé de l enregisreur ou plus simplemen par un chronomère, c es pourquoi il es plus facile de mesurer la grandeur Réglane. Calculer les paramères dynamiques k e محمد بوعصیدة Page 64 sur 82
Coefficien d inégraion k k = Tosc Grc Temps mor ou reard du modèle = osc 4 Remarques Les caracérisiques dynamiques : k,,, Tosc e Grc pour les procédés sables ou insables en boucle ouvere ou en boucle fermée von servir pour la déerminaion: Du mode de régulaion Des paramères Gr, Ti e Td. Parfois on noe respecivemen e par Tu e Tg e cee noaion se rouve dans les ableaux empiriques pour la déerminaion des paramères de régulaion dresser par ZIEGLER NICHOLS ou encore CHIEN HORNES. Le choix du mode de régulaion se repose sur la qualié des sysèmes, donc de l ensemble physique qui le consiue. محمد بوعصیدة Page 65 sur 82
METHODES DE REGLAGE ET D ENTRETIEN Limies e Choix d une Régulaion Limies d une régulaion Les qualiés exigées pour une boucle de régulaion son précision e la sabilié. Dans la régulaion boucle simple du ype P.I.D, le signal de commande dépend que des signaux de mesure e de consigne. Enre l appariion d une perurbaion e sa déecion sur le signal de mesure, il peu s écouler un emps el que la régulaion ne puisse empêcher la mesure de s écarer foremen de sa valeur normale de foncionnemen. La dégradaion de la sabilié globale sera d auan plus imporane que le reard sera imporan. La régulaion P.I.D n es pas sensible aux perurbaions mais à leurs effes sur la mesure. Les performances d une régulaion dépenden du rappor / pour les procédés sable e du rappor 1/ (k. ) pour les procédés insables. Pour améliorer la régulaion P.I.D plusieurs soluions peuven êre envisagées. La plus simple consise (si possible) à réaliser des régulaions muli boucles, cascades, mixe محمد بوعصیدة Page 66 sur 82
Pour améliorer la régulaion, uiliser des algorihmes numériques els que correceur de SMITH ou régulaion à modèle inerne de référence. Choix du mode de régulaion Le choix des modes de régulaion d un procédé dépend du rappor / pour les sysèmes sables e du rappor 1/ (k. ) pour les sysèmes insables. Les limies enre les différens modes sur des procédés on éé déerminées expérimenalemen par des essais réalisés sur des procédés e de son pas forcémen applicables dans ous les domaines. En effe, d aures faceurs d appréciaion peuven conduire à choisir un mode de régulaion plus adapé au procédé à piloer. Sable : / Insable : 1 / k C es plus facile 1 2 5 10 20 SMITH ou NUM Muli Boucles PID PI Ou PID P Ou PI T.O.R On rappelle que la srucure // es plus faible en dosage que la srucure série si e seulemen si Gr > 1, alors proche de 5 on adope P+I+D e proche de 2 on prend PID Mixe 1 ou 2. محمد بوعصیدة Page 67 sur 82
Méhodes Empiriques Méhode de ZIEGLER NICHOLS On uilise cee méhode pour les sysèmes sables ou insables : C es une méhode expérimenale qui perme de régler les acions d un régulaeur à parir de la mise en POMPAGE REGULIER de la mesure : Se placer au poin de foncionnemen Mere le régulaeur en acion P seule (Ti = maxi e T d = 0) Passer le régulaeur en auomaique Augmener l acion proporionnelle en faisan de peis échelons de consigne jusqu à l obenion du pompage régulier de la mesure Relever la période des oscillaions Tosc sur la mesure ou l organe de réglage e le gain criique du régulaeur Grc. Calculer les acions du régulaeur à l aide du ableauau suivan : T : Période d oscillaion pour Ti ou pour Td en secondes ou en minues selon l unié voulue محمد بوعصیدة Page 68 sur 82
Grc : C es le gain criique du régulaeur qui occasionne le pompage régulier de la réponse duu sysème. Les résulas son correcs an que le Grc < 8 si non on passe à la méhode d approches successives par exemple ou aure. Méhode de BROÏDA On uilise cee méhode pour les sysèmes sables ou insables : On inervien sur le procédé en boucle ouvere ç à d le régulaeur en mode manuel e on peu inervenir direcemen sur l organe de réglage (vanne), il fau se méfier des sysèmes insables en boucle ouvere, e ainsi la procédure : Se placer au poin de foncionnemen Sabiliser la mesure en agissan sur les grandeurs Réglanes (régime permanen), souven en agissan sur une perurbaion conrôlable. Appliquer un échelon u de commande sur le signal de l acionneur. Ce échelon doi êre suffisammen grand afin d obenir une réponse exploiable sur l enregisreur e suffisammen faible afin de ne pas dépasser les limies de linéarié du procédé, il es conseiller de faire un échelon de commande commande. enre 5% e 10% de l éendu de l échelle de Inerpréer le graphique du signal de mesure en exrayan e, pour les procédés sables, ou k e pour les procédés insables. Il fau approcher la forme du signal de mesure : محمد بوعصیدة Page 69 sur 82
1 er ordre avec reard : 63% ΔM N ième ordre avec reard : 28% ΔM e 40% ΔM Déerminer le gain saique du procédé Gs. Choisir le mode de la régulaion correspondane selon les rappors 1/k. pour les procédés insables e / pour les procédés sables. Calculer le dosage PID (Gr, Ti e Td) selon les ableaux suivans : Méhode de CHIEN & HORNESS & RESHWICK محمد بوعصیدة Page 70 sur 82
Méhode de CHIEN & HORNESS & RESHWICK La méhodologie es idenique à la méhode de BROÏDA en B.O: Avec Gs = Ks ; Tu = ; q = Tg ; ΔPV% = ΔM% e ΔCO% = Δu% Les colonnes COMMAND signifie l asservissemen e c es desiner pour les procédés asservis sans perurbaions dominanes (exemple : Régulaion de posiion d un robo à charge fixe), pour les colonnes DISTURBANCE signifie la régulaion, c es pour les procédés à consigne connue (ne change pas souven) mais influencer foremen par des perurbaions (exemple : Régulaion de empéraure d un éage de four). 0% OVERSHOOT signifie sans dépassemen : c es pour les procédés naurellemen insables 20% OVERSHOOT signifie 20% de dépassemen (D 1 ) sur ΔM : c es pour les procédés naurellemen sables ou arificiellemen sabilisés. محمد بوعصیدة Page 71 sur 82
Méhode Expérimenale (INDUSTRIELLE) Méhode du régleur (Réglage par approches successives) C'es une méhode qui échappe au cas général. Le réglage du régulaeur se fai par pei pas. Le sysème foncionnan en boucle fermée, auour du poin de consigne : En régulaion proporionnelle, on cherche la bande proporionnelle correce en observan la réponse du sysème à un ΔC En régulaion proporionnelle inégrale dérivée, on cherche le emps inégral correc en observan la réponse du sysème à un ΔC En régulaion proporionnelle inégrale dérivée, on cherche le emps inégral correc en observan la réponse du sysème à un ΔC Cee méhode es appliquée à plusieurs sysèmes indusriels régulés mais si le sysème présene un emps d éablissemen relaivemen long, alors cee méhode devien non applicable. Elle consise à régler les paramères du régulaeur par approches successives. On règle l acion proporionnelle puis l acion dérivée e l inégrale. Cee echnique présene l inérê d êre simple e uilisable sur n impore quel ype de sysème. Son applicaion devien longue sur des procédés à grande inerie. Réglage sur l acion proporionnelle : Mode opéraoire : محمد بوعصیدة Page 72 sur 82
Sabiliser la mesure au poin de foncionnemen. Mere le régulaeur en P seul (Ti = Max e Td = 0). Afficher un gain Gr faible (Gr < 1), on prend 0,8 Egaler la consigne à la mesure (C = M). Passer le régulaeur en mode auomaique. Effecuer un échelon de consigne de 5 à 10%. Observer l allure du signal de mesure (PV, M) Si elle es sur amorie (apériodique), augmener le Gain Gr ou diminuer la bande proporionnelle BP% (BP% = 100/Gr). Si elle présene plus de deux oscillaions, diminuer le Gain Gr ou augmener la BP%. La manipulaion consise à rechercher par approches successives la valeur du Gain Gr (ou de la BP%) qui donne la réponse la plus rapide pour un minimum d amorissemen. M C Acion proporionnelle rop Faible : Il fau augmener G r M () M C M () Acion proporionnelle rop Fore : Il fau diminuer G G r محمد بوعصیدة Page 73 sur 82
M C M () Acion proporionnelle Correce Avec une simple acion proporionnelle sur un procédé sable : La mesure ne rejoin pas la consigne. L écar xd diminue avec le Gain (si Gr e ) mais la sabilié se dégrade. La réponse s accélère en augmenan le gain. Il fau rouver un compromis enre rapidié e sabilié. Réglage sur l acion dérivée : Mode opéraoire : L acion dérivée ne se jusifie que si la mesure a un cerain reard ( r ou ). Conserver la valeur de l acion proporionnelle déerminée lors de l essai précéden (Toujours Ti = maxi). Afficher une acion dérivée faible (Td égale à quelques secondes, pour un premier essai afficher Td = / 3) Egaler la consigne à la mesure (C = M). Passer le régulaeur en mode auomaique. Effecuer un échelon de consigne de 5 à 10%. Observer l allure du signal de mesure (PV, M) Si elle es sur amorie (apériodique), augmener Td Si elle présene plus de deux oscillaions, diminuer Td محمد بوعصیدة Page 74 sur 82
Une acion dérivée correcemen dosée condui à une sabilisaion au bou d un emps plus cour qu avec l acion proporionnelle seule. M C Acion de dérivée rop Faible : Il fau augmener T d M () M C M () Acion dérivée rop Fore : Il fau diminuer T d M C M () Acion dérivée Correce محمد بوعصیدة Page 75 sur 82
L acion dérivée a un effe anicipaif. L acion dérivée sabilise la réponse du procédé. La réponse s accélère en augmenan l acion dérivée. Il fau rouver un compromis enre rapidié e sabilié. Réglage sur l acion inégrale Mode opéraoire : Conserver les valeurs des acions proporionnelle e dérivée déerminées aux essais précédens. Afficher une acion inégrale faible (Ti es proporionnel au emps de réponse du procédé, pour un premier essai afficher Ti = ). Egaler la consigne à la mesure (C = M). Passer le régulaeur en mode auomaique. Effecuer un échelon de consigne de 5 à 10%. Observer l allure du signal de mesure (PV, M) Si elle es sur amorie, ou rop lene diminuer Ti (acion inégrale rop faible). Si elle présene un dépassemen rop imporan, augmener Ti (acion inégrale rop fore). Choisir une valeur de Ti donnan une réponse la plus rapide avec un dépassemen D 1 compris enre 10% e 30% du ΔM ou ΔC. M CC M () Acion de l inégrale rop Faible : Il fau diminuer T i محمد بوعصیدة Page 76 sur 82
M D 1 M () C Acion de l inégrale rop Fore : Il fau augmener T i M C D 1 M () Acion de l inégrale Correce L acion inégrale donne la précision saique C = M. La mesure rejoin la consigne sur un es en asservissemen (ΔC) ou sur un es de régulaion (ΔP). La réponse s accélère en augmenan l acion inégrale (diminuer Ti). Il fau rouver un compromis enre rapidié e sabilié. محمد بوعصیدة Page 77 sur 82
RECAPITULATION D ENTRETIEN DES SYSTEMES REGULES Méhodologie EXPLOITATION Toujours en BOUCLE FERMEE Foncionnemen normal du procédé indusriel Enreien IDENTIFICATION Méhode de BROÏDA : B.O Méhode de C & H & R : B.O Méhode N & Z : B.F vieillissemen A minimiser les perurbaions lors des essais CALCUL & PARAMETRAGE Gs,, Raio Gr, Ti, Td k, N O N A P P R O C H E S S U C C E S S I V E S LES QUATRE TESTS C Z APF LPF APF LPF OUI 2 ess d Asservissemen e 2 ess de Régulaion Auour du Poin de Foncionnemen : APF Loin du Poin de Foncionnemen : LPF محمد بوعصیدة Page 78 sur 82
Conclusion Suie à chaque inervenion de mainenance soi une réparaion ou une mainenance périodique le modèle du procédé change sensiblemen e sa commande devienne imprécise, d où l inérê d appliquer une méhode de réglage soi : Méhode de BROÏDA Méhode de CHIEN & HORNESS & RESHWICK Méhode NICHOLS & ZIEGLER Ou encore, quand le modèle ne bouge pas rop par les effes de vieillissemen alors il suffi d appliquer les APPROCHES SUCCESSIVES selon l ancienne archiecure du régulaeur. Auour d un poin de foncionnemen, l asservissemen e la régulaion d un sysème doi êre bonne, c es pourquoi après avoir une méhode empirique de réglage il es recommandé d appliquer les APPROCHES SUCCESSIVES pour affiner la réponse du sysème auour du poin de foncionnemen. Quand le rappor / ou 1/(k ) sera inférieur à 2 (Hors zone PID) alors calcule le PID le plus for possible e on affine par les APPROCHES SUCCESSIVES, si ça ne marche pas encore, alors il fau penser à la concepion du procédé (Changer la posiion du capeur, changer la capacié ou la puissance de l acionneur) ou à rénover les chaînes de régulaion pour avoir des muli boucles (mesurer une ou deux grandeurs perurbarices) محمد بوعصیدة Page 79 sur 82
ENTRETIEN AVEC AUTOREGLAGE Pour l ergonomie d uilisaion facile des régulaeurs indusriels les concepeurs on opés pour des echniques de réglage auomaiques els que : FUZZY PID, AUTO ADAPTATIF, TUNE e NEURAL Inserion d un module de logique Floue Module à Logique Floue AUTO ADAPTATIF Le "Fuzzy self-uning" algorihme de réglage auo-adapaif de mise au poin coninu des paramères PID es exrêmemen performan ne perurbe pas le processus. A chaque changemen (de conrôle ΔM ou de changemen de poin de consigne ΔC) les paramères PID idéaux son calculés par un algorihme. محمد بوعصیدة Page 80 sur 82
Module à Logique Floue OPTIMIZE Le module à logique floue suie à des règles de base, va réduire rois crières de commande inerdépendans à savoir : HUNTING: Exaciude : La mesure doi coller à la consigne OVERSHOOT: Dépassem RESPONSE TIME: Rapidi men : Radier les dépassemens e les sous-passemens é : Accélérer la correcion de la déviaion Les modules à logique floue OPTIMIZE e AUTO ADAPTATIF foncionne coninuellemen à chaque échanillon de mesure (100ms) sans inervenion ni connaissance de l uilisaeur des echniques sur les règles floues, la fuzzificaion, l inférence e la défuzzificaion. Bien sûre on peu éliminer les effes de l auoréglage par logique floue si le sysème répond convenablemen à la régulaion PID classique. محمد بوعصیدة Page 81 sur 82
Inserion d un module TUNE Cee soluion de mise au poin, facile à uiliser pour régler la boucle de régulaion PID e à logique floue. Avec des ess procédés auomaisés, un algorihme sophisiqué, la procédure Tune minimise les emps de sabilisaion e de réponse des boucles de régulaion. Le TUNE es un module qui opimise les paramères PID de la régulaion, sur demande e en appuyan sur AT, le module reçoi la dernière déviaion e son évoluion (l écar e la dérivée de l écar) à un éa proche de la sabilié, e applique une série de es sur le procédé en B.F (comme ZIEGLER & NICHOLS) pour déerminer le nouveau PID après quelque secondes seulemen, c es rès praique e économique. Reproducion sans préavis du concepeur n es pas auorisée, Conacer mohamedbouacida@yahoo.fr محمد بوعصیدة Page 82 sur 82