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Promotion : Juillet 2019 Université Mohammed Seddik BENYAHIA - Jijel Faculté de

Promotion : Juillet 2019 Université Mohammed Seddik BENYAHIA - Jijel Faculté des Sciences et de la Technologie Département d’Electronique Mémoire de fin d’études pour l’obtention du Diplôme de Master en Electronique Option : Electronique des systèmes embarqués Thème : REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIREMINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE Etude comparative en simulation entre un Etude comparative en simulation entre un Etude comparative en simulation entre un régulateur PID et un régulateur flou régulateur PID et un régulateur flou régulateur PID et un régulateur flou Réalisé par : BOUTANA Walid YKHELFOUNE Nedjmeddine Proposé par : Dr. TALBI Nesrine Remerciements Nous remercions Allah de nous avoir donné la volonté, la patience et le courage pour terminer ce travail. Nous tenons à formuler notre gratitude à notre promoteur Madame « Dr. Talbi Nesrine » qui nous a honorés en dirigeant ce travail. Nous la remercions vivement pour sa disponibilité et ses conseils judicieux. Nous remercions nos familles pour leur soutien moral durant notre projet de fin d’étude. Nous remercions également le président de jury et les membres de jury qui ont accepté de juger ce travail. Nous exprimons notre profonde gratitude au chef de département ainsi à tous les enseignants du département d’électronique. Je dédie ce modeste travail en signe reconnaissance et de respect : A mes chers parents A ma cher sœur hanane A mes frères karim, salim et saadane A ma cousine madame Hafssaoui Ilhem A toute la famille qui mon donner de l’aide et de la sagesse A mes amis Mohmoud, Abdeljalil, Houssem, Bachir. A ma collègue Wazina A tous mes collègues de la promotion Electronique des systèmes em- barqués 2019. A mon binôme Nedjm eddine. Walid Dédicace Je dédie ce modeste travail en signe reconnaissance et de respect : A mes chers parents A mes sœurs A mon frère A toute la famille qui mon donner de l’aide et de la sagesse A tous mes amis A tous mes collègues de la promotion Electronique des systèmes em- barqués 2019. A mon binôme Walid. Nedjm eddine Dédicace TABLE DES MATIERES i TABLE DES MATIERES INTRODUCTION GENERALE ............................................................................................. 1 I. CHAPITRE I : LES REGULATEURS CONVENTIONNELS PID I.1 INTRODUCTION ............................................................................................................................ 3 I.2 NOTION DE SYSTEME ................................................................................................................... 4 I.2.1 La boucle d‟asservissement ................................................................................................ 4 I.2.1.1 Qualité d‟un asservissement et performances d‟un système ...................................... 6 I.2.1.1.1 Stabilité.................................................................................................................... 6 I.2.1.1.2 Rapidité ................................................................................................................... 6 I.2.1.1.3 Précision .................................................................................................................. 7 I.3 SYSTEMES ELEMENTAIRES .......................................................................................................... 7 I.3.1 Notions de linéarité et non linéarité .................................................................................... 7 I.3.2 Système du premier ordre ................................................................................................... 8 I.3.3 Système du 2ème ordre ......................................................................................................... 8 I.3.4 Système d‟ordre supérieur à 2 ............................................................................................. 9 I.4 LES REGULATEURS PID ............................................................................................................. 10 I.4.1 Système de commande en boucle ouverte ........................................................................ 10 I.4.2 Système de Commande en Boucle Fermée ....................................................................... 10 I.4.3 Types de contrôleurs ........................................................................................................ 11 I.4.3.1 Correcteur proportionnel (P) .................................................................................... 12 I.4.3.2 Correcteur proportionnel – intégrale (PI) ................................................................. 12 I.4.3.3 Correcteur proportionnel – dérivée (PD) .................................................................. 13 I.4.3.4 Correcteur proportionnel - intégrale – dérivée ......................................................... 14 I.4.4 Les différentes structures du PID ..................................................................................... 15 I.4.4.1 La structure parallèle ................................................................................................. 15 I.4.4.2 La structure mixte ...................................................................................................... 16 I.4.4.3 La structure série ....................................................................................................... 16 I.5 METHODES DE SYNTHESE DU REGULATEUR PID ...................................................................... 16 I.5.1 Méthode de Ziegler -Nichols ............................................................................................. 17 I.6 CONCLUSION ............................................................................................................................. 18 TABLE DES MATIERES ii II. CHAPITRE II : LA COMMANDE FLOUE II.1 INTRODUCTION ...................................................................................................................... 19 II.2 THEORIE DES SOUS-ENSEMBLES ............................................................................................ 20 II.2.1 Univers du discours ........................................................................................................... 20 II.2.2 Variables linguistiques ...................................................................................................... 20 II.2.3 Les règles linguistiques ..................................................................................................... 21 II.2.4 Support .............................................................................................................................. 21 II.2.5 Hauteur .............................................................................................................................. 21 II.2.6 Noyau ................................................................................................................................ 22 II.2.7 Fonction d‟appartenance ................................................................................................... 22 II.2.7.1 Fonction triangulaire ................................................................................................. 22 II.2.7.2 Fonction trapézoïdale ................................................................................................ 23 II.2.7.3 Fonction gaussienne .................................................................................................. 23 II.2.7.4 Fonction sigmoïde ..................................................................................................... 24 II.2.8 Les opérations sur les ensembles flous .............................................................................. 24 II.2.8.1 Egalité ....................................................................................................................... 24 II.2.8.2 Union ......................................................................................................................... 24 II.2.8.3 Intersection ................................................................................................................ 24 II.2.8.4 Complément .............................................................................................................. 25 II.2.8.5 Inclusion .................................................................................................................... 25 II.3 LA COMMANDE FLOUE .......................................................................................................... 25 II.3.1 Description générale d‟un contrôleur flou ......................................................................... 25 II.3.2 Interface de fuzzification ................................................................................................... 26 II.3.3 Base de connaissances ...................................................................................................... 28 II.3.4 Moteur d‟inférence floue ................................................................................................... 29 II.3.4.1 Méthode d‟inférence max-min .................................................................................. 30 II.3.4.2 Méthode d‟inférence max-produit ............................................................................. 30 II.3.4.3 Méthode d‟inférence somme-produit ........................................................................ 30 II.3.5 Interface de défuzzification ............................................................................................... 31 II.3.6 Les Différents types de contrôleurs flous .......................................................................... 32 II.3.6.1 Le contrôleur flou e type Mamdani ........................................................................... 32 II.3.6.2 Le contrôleur flou e type Takagi-Sugeno .................................................................. 33 II.4 AVANTAGES ET INCONVENIENTS DE LA LOGIQUE FLOUE ..................................................... 33 II.5 DOMAINES D‟APPLICATIONS ................................................................................................. 34 II.6 CONCLUSION ......................................................................................................................... 34 TABLE DES MATIERES iii III. CHAPITRE III : SIMULATION & INTERPRETATIONS III.1 INTRODUCTION ...................................................................................................................... 35 III.2 APPLICATION DE LA COMMANDE PID .................................................................................. 36 III.2.1 Système 1ier ordre : Régulation de la température d‟une serre ...................................... 36 III.2.1.1 Présentation du système ............................................................................................ 36 III.2.1.2 Commande du système .............................................................................................. 36 III.2.2 Système de 2ème ordre : Régulation d‟un moteur à courant continu ............................ 38 III.2.2.1 Présentation du système ............................................................................................ 38 III.2.2.2 Commande du système .............................................................................................. 39 III.2.3 Système de 3ème ordre : .................................................................................................. 41 III.2.3.1 Présentation et commande du système ...................................................................... 41 III.3 APPLICATION DE LA COMMANDE FLOUE .............................................................................. 43 III.3.1 Etapes pour créer le régulateur floue en utilisant la boite à outil fuzzy-logic : ............. 43 III.3.2 Système de 1ier ordre : Régulation de la température d‟une serre ................................. 46 III.3.2.1 Régulateur flou à une seule entrée ............................................................................ 46 III.3.2.2 Régulateur flou à deux entrées .................................................................................. 48 III.3.3 Commande Floue du système de 2ème ordre .................................................................. 49 III.3.3.1 Commande du système en poursuite ......................................................................... 50 III.3.3.2 Commande en régulation .......................................................................................... 51 III.3.4 Régulation du système 3eme ordre à une seule entrée .................................................. 52 III.3.4.1 Commande en poursuite du système ......................................................................... 52 III.3.4.2 Régulation du système (avec perturbation) ............................................................... 53 III.4 COMPARAISON ENTRE LA COMMANDE FLOUE ET LA COMMANDE PID ................................ 54 III.5 CONCLUSION ......................................................................................................................... 58 CONCLUSION GENERALE …………………………………….....................................................59 BIBLIOGRAPHIE………………………………………………………………………………..…..61 ANNEXE…………………………………………………………………………………………..…..63 LISTE DES FIGURES viii LISTE DES FIGURES Fig. I.1 – Système de chauffage central .................................................................................................. 4 Fig. I.2 – Asservissement en boucle ouverte. .......................................................................................... 5 Fig. I.3 – Asservissement en boucle fermée d‟un système de chauffage. ............................................... 5 Fig. I.4 – Asservissement en boucle fermée. ........................................................................................... 6 Fig. I.5 – commande en boucle fermée. ................................................................................................ 11 Fig. I.6 – Commande proportionnelle P. ............................................................................................... 12 Fig. I.7 – Commande proportionnelle-intégrale PI. .............................................................................. 13 Fig. I.8 – Commande proportionnelle-dérivée PD. ............................................................................... 14 Fig. I.9 – Commande PID ..................................................................................................................... 14 Fig. I.10 – La structure parallèle ........................................................................................................... 15 Fig. I.11 – La structure mixte ................................................................................................................ 16 Fig. I.12 – La structure série. ................................................................................................................ 16 Fig. II.1 – Caractéristiques d‟un sous-ensemble flou A . ...................................................................... 22 Fig. II.2 – fonction appartenance………………………………………………………………………………………………...23 Fig. II.3 – structure de base d‟un contrôleur flou . ................................................................................ 26 Fig. II.4 – structure de base d‟un contrôleur flou .................................................................................. 27 Fig. II.5 – Fuzzification continue avec trois fonctions d'appartenance ................................................. 27 Fig. III.1 –Méthodologie de commande ................................................................................................ 36 Fig. III.2 – Schéma bloc de la boucle de régulation PID de la température. ......................................... 37 Fig. III.3 – La réponse du système de 1ier ordre commandé par PID .................................................. 37 Fig. III.4- Schéma équivalent d‟un moteur à courant continu. .............................................................. 38 Fig. III.5 – Schéma bloc du système de 2ème ordre en boucle fermée avec et sans PID. ....................... 39 Fig. III.6 – Réponses du système de 2eme ordre avec et sans PID ......................................................... 39 Fig. III.7 – Réponse du système de 2ème ordre commandé par PID avec perturbation. ......................... 40 Fig. III.8 – Réponse du système de 2 ème ordre avec perturbation commandé par PID ......................... 40 Fig. III.9 – Schéma bloc d‟un système de 3ème ordre en boucle fermée avec et sans PID. .................... 41 Fig. III.10 – La réponse du système de 3ème ordre commandé par PID. ................................................ 41 Fig. III.11 – Schéma bloc d‟un système 3eme ordre en boucle fermée et avec un PID ........................ 42 Fig. III.12 – Réponse du système de 3eme ordre avec perturbation commandé par PID ..................... 42 LISTE DES FIGURES ix Fig. III.13 – Création des fonctions d‟appartenance des entrées et de sortie. ....................................... 43 Fig. III.14 – Fuzzification de l‟entrée du contrôleur flou ...................................................................... 44 Fig. III.15 – Fuzzification de la sortie du contrôleur flou ..................................................................... 44 Fig. III.16 – les règles floues ................................................................................................................. 45 Fig. III.17 – l‟agrégation des règles ...................................................................................................... 45 Fig. III.18 – Surface des règles floues ................................................................................................... 46 Fig. III.19 – Schéma bloc de la boucle de régulation à contrôleur flou à une seule entrée. .................. 46 Fig. III.20 – Réponse du système du 1ier ordre commandé par un régulateur flou à une seule entrée 48 Fig. III.21 – Schéma bloc de la boucle de régulation à contrôleur flou à 2 entrées .............................. 48 Fig. III.22 – Réponse du système du 1ier ordre commandé par un régulateur flou à 2 entrées ............. 49 Fig. III.23 – Schéma bloc de système de 2eme ordre commandé par le contrôleur flou. ..................... 50 Fig. III.25 – Schéma bloc de commande en régulation par le contrôleur flou ...................................... 51 Fig. III.26 – La réponse du système de 2ème ordre avec le contrôleur flou à 2 entrées uploads/s1/ etude-comparative-en-simulation-entre-un-regulateur-pid-et-un-regulateur-flou.pdf