Terminale STL SPCL Sysèmes e procédés Fiche de synhèse - PARTIE G : le conrôle e la régulaion PARTIE G Le conrôle e la régulaion 1. La régulaion : présenaion 1.1. Bus Mainenir une (ou plusieurs) grandeur(s) physique(s) (pression, niveau, débi, empéraure, ec.) à une valeur fixe déerminée à l'avance. Remplir une foncion de sécurié en mainenan des grandeurs dans des limies prédéerminées. Faire suivre au cours du emps, à une grandeur physique, un profil déerminé à l'avance. (On parle alors d'asservissemen) 1.2. Principes Pour réguler un sysème physique, il fau: Mesurer la grandeur physique à réguler, c es le rôle du capeur-ransmeeur Comparer la valeur de la grandeur physique à la valeur souhaiée, c es le rôle du régulaeur Agir pour que la grandeur à réguler corresponde à la grandeur souhaiée, c es le rôle de l acionneur 1.3. Noion de boucle de régulaion : Un sysème réglé es l'insallaion sur laquelle agi une régulaion. Un sysème en régulaion es composé de rois paries : un acionneur, un procédé e un capeur-ransmeeur. Le capeur-ransmeeur mesure la grandeur qu il envoie au régulaeur. Le régulaeur compare la grandeur mesurée à la grandeur de consigne W. Il génère un signal de commande adressé à l acionneur qui agi alors sur le procédé. 1.4. Les grandeurs Sysème Grandeurs Perurbarices Z Consigne W régulaeur Commande acionneur Grandeur réglane procédé Grandeur réglée Mesure ransmeeur La grandeur réglée es la grandeur que l on souhaie réguler. Dans un sysème de régulaion (en boucle fermée) c es la grandeur mesurée par le capeur ransmeeur. Page1
Terminale STL SPCL Sysèmes e procédés Fiche de synhèse - PARTIE G : le conrôle e la régulaion La grandeur de consigne W es la valeur souhaiée pour la grandeur réglée. Les grandeurs incidenes son les grandeurs ayan une influence sur la grandeur réglée. On parle aussi de grandeurs perurbarices Z. La grandeur réglane es la grandeur sur laquelle la régulaion va agir pour mainenir la grandeur réglée à la valeur de consigne. Pour cela le régulaeur va générer un signal de commande. 2. Les différens ypes de procédés. Il exise deux ypes de procédés : - Les procédés sables (la mesure se sabilise après une brusque variaion de commande) - Les procédés insables (la mesure ne se sabilise pas après une brusque variaion de commande) 2.1. Échelon de commande La réponse de la mesure à un échelon de commande (brusque variaion de la commande) perme de déerminer les paramères inrinsèques du procédé. Ces paramères permeron par la suie de régler le régulaeur lorsque celui-ci jouera son rôle de régulaion en mode AUTO. Ce échelon de commande se fai en mode MANU du régulaeur, au poin de foncionnemen on fai varier brusquemen la commande. En mode MANU, c es l opéraeur qui agi sur la commande. Il n y a pas de régulaion du sysème dans ce mode. Au niveau du régulaeur e s affichen en pourcenage. 2.2. Paramères inrinsèques : procédé sable 63 % de Δ Δ Poin de foncionnemen Δ 0 1 2 Réponse de la mesure à un échelon de commande pour un sysème sable Paramères inrinsèques : Gain saique : G S = Le reard ou emps mor : m = 1 0 La consane de emps : = 2 1 Pour déerminer le poin de foncionnemen, on race la caracérisique saique du sysème en mesuran pour une commande varian de 0 à 100 %par pas de 10. Le poin de foncionnemen es pris généralemen au milieu de la parie linéaire de la caracérisique. Page2
Terminale STL SPCL Sysèmes e procédés Fiche de synhèse - PARTIE G : le conrôle e la régulaion 2.3. Paramères inrinsèques : procédé insable 2 Poin de foncionnemen 0 1 2 Paramères inrinsèques : Réponse de la mesure à un échelon de commande pour un sysème insable Le gain dynamique : K = a / avec ale coefficien direceur(«pene») de la droie :a= 2-1 2-1 Le reard ou emps mor :m = 1 0 3. Deux ypes de régulaion : la régulaion TOR e la régulaion PID 3.1. Régulaion disconinue : «Tou Ou Rien» (TOR) ou «On-Off» Principe La régulaion TOR réalise une comparaison enre la valeur aeine (la mesure ) e la consigne (appelé aussi seuil), un signal de commande de 0 ou de 100 % es généré par le régulaeur suivan la valeur de la comparaison. L acionneur n a que deux posiions (ex : marche / arrê, ouver/fermé). C es une régulaion disconinue. Il exise deux ypes de régulaion TOR : à un seuil ou deux seuils. Régulaion TOR à un seuil En dessous d une valeur de consigne C le disposiif foncionne, au dessus de cee valeur de consigne C le disposiif s arrêe. Si <C alors = 100 % sinon = 0 %. Evoluion de la commande e de la mesure en foncion du emps : Régulaion TOR à un seuil C C 100 % 0 % C Variaion de la commande en foncion de la mesure : Régulaion TOR à un seuil C Régulaion TOR à deux seuils La régulaion TOR à deux seuils foncionne suivan l algorihme suivan : Si <C1 alors = 100 % Si >C2 alors = 0 % Si C1 < < C2 alors la commande rese inchangée. Page3
Terminale STL SPCL Sysèmes e procédés Fiche de synhèse - PARTIE G : le conrôle e la régulaion Evoluion de la commande e de la mesure en foncion du emps : Régulaion TOR à deux seuils C1 e C2 C1 C2 100 % 0 % C1 Variaion de la commande en foncion de la mesure : Régulaion TOR à deux seuils C1 e C2 C2 3.2. La régulaion PID (Proporionnelle, Inégrale, Dérivée) Régulaeur W consigne - + correceur commande mesure Schéma du régulaeur PID L écar es la différence enre la grandeur réglée e la grandeur de consigne. L inérê Le bu de la régulaion PID es d obenir une mesure consane égale à une consigne quelles que soien les perurbaions. C es une régulaion à acion coninue, la grandeur de commande calculée par le régulaeur es complexe e dépend d une parie Proporionnelle à, d une parie proporionnelle à l Inégrale de e d une parie proporionnelle à la Dérivée de. Les crières de performance La modificaion de la consigne (ou des perurbaions) doi êre suivie d'une réponse de la mesure : - la plus précise possible - la plus rapide possible - avec le meilleur amorissemen Ce son les crières de performance d une boucle de régulaion. On ne peu pas avoir les rois crières opimisés en même emps. Un d enre eux es oujours défavorisé par rappor aux deux aures. Réponse de la mesure à un échelon de consigne Pour comparer différens réglages du régulaeur en mode AUTO e voir lequel convien le mieux on compare les crières de performance. Pour cela on peu regarder la réponse de la mesure à un échelon de consigne. Page4
Terminale STL SPCL Sysèmes e procédés Fiche de synhèse - PARTIE G : le conrôle e la régulaion Réponse relaive de à un échelon de consigne W W a D 1 +5 % de -5 % de EBF La précision : Elle s évalue en mesuran l écar final = W quand le sysème s es sabilisé après l échelon de consigne. C'es l'écar saique. On considère que le sysème réglé es précis si = 0. La rapidié : Elle s évalue en mesuran le emps d éablissemen en boucle fermée (EBF). Pour le déerminer, on race les deux asympoes à 5 % de. Le emps d éablissemen es l insan où renre à l inérieur de ces deux asympoes sans en ressorir. Si EBF 3 pour un sysème sable, alors on considère que le sysème réglé es rapide. Pour un sysème insable, faire plusieurs essais e comparer. L'amorissemen : Il s'évalue en mesuran la valeur relaive du 1er dépassemen (D1). Pour cela on évalue la valeur de a, puis on effecue : D 1 = a. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 (sec) Réponse de la mesure à un échelon de consigne W Si D1 es inférieur à 15 %, alors le sysème es considéré comme bien amori. 4. Comparaison des différens ypes de régulaion Régulaion disconinue : «Tou Ou Rien» (TOR) ou «On-Off» Maériel simple e peu onéreux mais régulaion peu précise, ne peu foncionner que pour des sysèmes relaivemen lens sous peine de déérioraion mécanique rapide de l acionneur par une acion de mise en marche / mise à l arrê incessan. Le TOR à un seuil es plus précis que le TOR à deux seuils mais il use beaucoup plus l acionneur, du coup il es beaucoup moins uilisé. Régulaion coninue : Proporionnelle Inégrale Dérivée (PID) Régulaeur plus onéreux, réglage plus complexe mais régulaion plus précise. Foncionne pour ou ype de sysème. Une régulaion PID ne peu pas êre parfaie pour les rois crières en même emps. Page5