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Edition 2019 Patrick GATT © Régulation Industrielle BTS CIRA 1 - Lycée Rouvière

Edition 2019 Patrick GATT © Régulation Industrielle BTS CIRA 1 - Lycée Rouvière http://cira83.com Page 2 sur 40 SOMMAIRE 1. Généralités ........................................................................................................................................................................................... 5 1.1. Définitions .................................................................................................................................................................................. 5 1.2. Influence de la régulation .................................................................................................................................................... 5 1.2.1. Baisse du coût de la transformation...................................................................................................................... 5 1.2.2. Baisse du coût de l'installation et gain de temps ............................................................................................. 5 1.2.3. Exemple industriel ........................................................................................................................................................ 6 1.3. Régulation ou Asservissement .......................................................................................................................................... 6 1.4. Les servomécanismes ............................................................................................................................................................ 6 1.5. Principe de fonctionnement ............................................................................................................................................... 7 1.6. Fonctionnement en boucle ouverte (Manuel) ............................................................................................................ 7 1.7. Fonctionnement en boucle fermée (Automatique) .................................................................................................. 7 2. Schémas de représentation .......................................................................................................................................................... 8 2.1. Schéma TI ................................................................................................................................................................................... 8 2.1.1. Principe .............................................................................................................................................................................. 8 2.1.2. Exemple ............................................................................................................................................................................. 8 2.1.3. Signification des lettres .............................................................................................................................................. 9 2.1.4. Les symboles ................................................................................................................................................................ 10 2.2. Schéma fonctionnel ............................................................................................................................................................. 11 2.3. Représentation fonctionnelle d'une boucle de régulation ................................................................................. 11 3. Caractéristiques statiques et dynamiques d'un procédé.............................................................................................. 13 3.1. Stabilité ..................................................................................................................................................................................... 13 3.1.1. Procédés stables ......................................................................................................................................................... 13 3.1.2. Procédé instable.......................................................................................................................................................... 13 3.1.3. Procédé intégrateur................................................................................................................................................... 13 3.2. Régime transitoire - Régime permanent.................................................................................................................... 13 3.3. Caractéristiques statiques d'un procédé.................................................................................................................... 14 3.3.1. Courbe caractéristique ............................................................................................................................................. 14 3.3.2. Gain statique ................................................................................................................................................................. 14 3.3.3. Erreur statique ............................................................................................................................................................ 14 3.3.4. Linéarité ......................................................................................................................................................................... 14 3.4. Caractéristiques dynamiques ......................................................................................................................................... 14 3.4.1. Temps de réponse ...................................................................................................................................................... 14 3.4.2. Dépassement ................................................................................................................................................................ 15 4. Les régulateurs................................................................................................................................................................................ 15 4.1. Structure de principe d’un régulateur ........................................................................................................................ 15 4.2. Choix du sens d’action d’un régulateur ...................................................................................................................... 16 4.2.1. Définition ....................................................................................................................................................................... 16 4.2.2. Règle de stabilité ......................................................................................................................................................... 16 4.2.3. Mise en œuvre pratique ........................................................................................................................................... 16 4.3. Raccordements électriques.............................................................................................................................................. 17 4.3.1. Le transmetteur .......................................................................................................................................................... 17 4.3.2. Schéma de principe d'une boucle de courant ................................................................................................ 17 4.3.3. Générateur ou récepteur ? ...................................................................................................................................... 17 4.3.4. Mise en œuvre pratique ........................................................................................................................................... 17 4.3.5. Schéma de câblage d’une boucle de régulation de débit ........................................................................... 18 4.3.6. Astuce de calcul ........................................................................................................................................................... 18 5. Régulation Tout Ou Rien ............................................................................................................................................................. 19 Page 3 sur 40 5.1. Action continue - Action discontinue .......................................................................................................................... 19 5.2. Présentation ........................................................................................................................................................................... 19 5.3. Fonctionnement ................................................................................................................................................................... 19 5.4. Influence du paramètre seuil.......................................................................................................................................... 19 6. Action Proportionnelle................................................................................................................................................................ 20 6.1. Rappel ....................................................................................................................................................................................... 20 6.2. Présentation ........................................................................................................................................................................... 20 6.3. Bande proportionnelle ...................................................................................................................................................... 20 6.4. En fonctionnement .............................................................................................................................................................. 20 6.5. Détermination du point de fonctionnement ............................................................................................................ 21 6.6. Influence de la bande proportionnelle ....................................................................................................................... 21 6.6.1. Comportement statique .......................................................................................................................................... 21 6.6.2. Comportement dynamique.................................................................................................................................... 22 6.7. Décalage de bande - Talon - Intégrale manuelle .................................................................................................... 22 6.8. Influence du décalage de bande .................................................................................................................................... 23 6.8.1. Statique........................................................................................................................................................................... 23 6.8.2. Dynamique .................................................................................................................................................................... 23 6.9. Représentation fonctionnelle d'une régulation proportionnelle ................................................................... 23 7. Action intégrale .............................................................................................................................................................................. 24 7.1. Comparaison avec intégrale manuelle ....................................................................................................................... 24 7.2. Qu'est-ce qu'une action intégrale ? .............................................................................................................................. 24 7.3. Fonctionnement ................................................................................................................................................................... 24 7.4. Actions conjuguées PI ........................................................................................................................................................ 25 7.5. Réponses indicielles ........................................................................................................................................................... 25 7.6. Influence du paramètre temps intégral ..................................................................................................................... 26 7.6.1. Comportement statique en boucle fermée ..................................................................................................... 26 7.6.2. Comportement dynamique en boucle fermée ............................................................................................... 26 8. Action Dérivée ................................................................................................................................................................................ 26 8.1. Qu'est-ce qu'une action dérivée ? ................................................................................................................................. 26 8.2. Fonctionnement ................................................................................................................................................................... 26 8.3. Actions conjuguées PD ...................................................................................................................................................... 27 8.4. Influence du paramètre temps dérivé en boucle fermée ................................................................................... 28 8.4.1. Comportement statique .......................................................................................................................................... 28 8.4.2. Comportement dynamique.................................................................................................................................... 28 9. Correcteur PID ................................................................................................................................................................................ 29 9.1. Structures des correcteurs PID...................................................................................................................................... 29 9.2. Réponse indicielle ............................................................................................................................................................... 29 9.3. Déterminer la structure interne d'un correcteur .................................................................................................. 30 9.4. Mise en œuvre pratique .................................................................................................................................................... 30 9.5. Influence des actions P, I et D ......................................................................................................................................... 30 9.5.1. Quand Xp augmente .................................................................................................................................................. 30 9.5.2. Quand Ti augmente ................................................................................................................................................... 30 9.5.3. Quand Td augmente.................................................................................................................................................. 30 10. Transformée de Laplace ........................................................................................................................................................ 31 10.1. Les transformées mathématiques ........................................................................................................................... 31 10.2. Propriétés de la transformée de Laplace.............................................................................................................. 31 10.3. Structures des régulateurs PID ................................................................................................................................. 31 10.4. Table des transformées de Laplace ........................................................................................................................ 32 11. Identification et Réglages ...................................................................................................................................................... 33 11.1. Mise en œuvre .................................................................................................................................................................. 33 Page 4 sur 40 11.2. Procédé stable................................................................................................................................................................... 33 11.3. Procédé instable .............................................................................................................................................................. 33 11.4. Réglages avec modèle .................................................................................................................................................... 34 11.5. Réglage en chaîne fermée ............................................................................................................................................ 35 11.5.1. Ziegler & Nichols ......................................................................................................................................................... 35 11.5.2. Méthode du Régleur .................................................................................................................................................. 36 12. Se souvenir ................................................................................................................................................................................... 37 12.1. Les schémas TI de base ................................................................................................................................................. 37 12.2. L’instrumentation de base........................................................................................................................................... 37 12.3. Les nombres complexes ............................................................................................................................................... 38 12.3.1. Présentation.................................................................................................................................................................. 38 12.3.2. Plan complexe .............................................................................................................................................................. 38 12.3.3. Module et argument .................................................................................................................................................. 38 12.3.4. Propriétés ...................................................................................................................................................................... 38 12.4. De la boucle ouverte à la boucle fermée ................................................................................................................ 38 12.4.1. Notations ........................................................................................................................................................................ 38 12.4.2. Calcul de T(p) ............................................................................................................................................................... 38 12.4.3. Calcul de F(p) ............................................................................................................................................................... 39 12.4.4. Calcul de ε(p) ................................................................................................................................................................ 39 12.4.5. Formules à connaître ................................................................................................................................................ 39 12.4.6. Rappel des objectifs de la régulation ................................................................................................................. 39 Page 5 sur 40 1. Généralités 1.1. Définitions ➢ La régulation regroupe l'ensemble des techniques utilisées visant à contrôler une grandeur physique. Exemples de grandeur physique : Pression, température, débit, niveau etc... ➢ La grandeur réglée, c'est la grandeur physique que l'on désire contrôler. Elle donne son nom à la régulation. Exemple : une régulation de température. ➢ La consigne : C'est la valeur que doit prendre la grandeur réglée. ➢ La grandeur réglante est la grandeur physique qui a été choisie pour contrôler la grandeur réglée. Elle n'est généralement pas de même nature que la grandeur réglée. ➢ Les grandeurs perturbatrices sont les grandeurs physiques qui influencent la grandeur réglée. Elles sont généralement pas de même nature que la grandeur réglée. ➢ L'organe de réglage est l'élément qui agit sur la grandeur réglante. 1.2. Influence de la régulation 1.2.1. Baisse du coût de la transformation La bonne régulation amène une plus grande précision sur la grandeur réglée, permettant une diminution de la consigne pour un fonctionnement à la limite. Dans l'exemple ci-dessus, la diminution de la disparité dans la valeur de la grandeur réglée, entraîne une diminution de la consigne de 1 μm pour l'obtention d'une épaisseur minimale sur toutes les pièces. 1.2.2. Baisse du coût de l'installation et gain de temps On reconnaît une bonne régulation par sa capacité à accélérer le système sans entraîner de dépassement de la consigne. Dans l'exemple ci-dessous une bonne régulation entraîne une diminution du temps nécessaire à l'élévation de la température, ainsi que l'économie d'un dispositif de refroidissement. Bonne régulation Mauvaise régulation 0% 10% 20% 30% 40% -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 Page 6 sur 40 1.2.3. Exemple industriel 1.3. Régulation ou Asservissement ➢ Dans une régulation, on s'attachera à maintenir constante la grandeur réglée d'un système soumis à des perturbations. ➢ Dans un asservissement, la grandeur réglée devra suivre rapidement les variations de la consigne. 1.4. Les servomécanismes On appelle servomécanisme, un système asservi dont le rôle consiste à amplifier la puissance et dont la grandeur réglée est une grandeur mécanique tel qu'un effort, un couple, la position ou l'une de ses dérivées par rapport au temps, comme la vitesse et l'accélération. Page 7 sur 40 1.5. Principe de fonctionnement Pour réguler un système physique, il faut : ➢ Mesurer la grandeur réglée avec un capteur. ➢ Réfléchir sur l'attitude à suivre : c'est la fonction du régulateur. Le régulateur compare la grandeur réglée avec la consigne et élabore le signal de commande. ➢ Agir sur la grandeur réglante par l'intermédiaire d'un organe de réglage. On peut représenter une régulation de la manière suivante : 1.6. Fonctionnement en boucle ouverte (Manuel) On parle de fonctionnement en boucle ouverte quand c'est l'opérateur qui contrôle l'organe de réglage. Ce n'est pas une régulation. 1.7. Fonctionnement en boucle fermée (Automatique) C'est le fonctionnement normal d'une régulation. Le régulateur compare la mesure de la grandeur réglée et la consigne et agit en conséquence pour s'en rapprocher. Perturbation Z Commande Y Grandeur réglée X SYSTEME Perturbation Z Commande Y Grandeur réglée X SYSTEME REGULATEUR Mesure X Consigne W Page 8 sur 40 2. Schémas de représentation 2.1. Schéma TI 2.1.1. Principe La norme NF E 04-203 définit la représentation symbolique des régulations, mesures et automatisme des processus industriels. Les instruments utilisés sont représentés par des cercles entourant des lettres définissant la grandeur physique réglée et leur (s) fonction (s). La première lettre définie la grandeur physique réglée, les suivantes la fonction des instruments. Les parcours de l’information est matérialisé par une flèche dont l’allure dépend du support de l’information. 2.1.2. Exemple Schéma TI d’une régulation de niveau dans le ballon avec correction de tendance : Page 9 sur 40 2.1.3. Signification des lettres Grandeur physique Affichage Fonction Complément A Analyse Alarme B Combustion (Flamme) C Conductivité (ou autre) Régulateur D Masse Volumique (ou autre) Différence E Tension Élément primaire F Débit Proportion G (libre) à glace H Commande manuelle Haut - HH = Très haut I Courant électrique Indicateur J Puissance K Temps L Niveau Voyant lumineux Bas - LL = Très bas M Humidité (ou autre) N Viscosité (ou autre) O (libre) P Pression Q Quantité Totaliseur R Rayonnement Enregistreur S Vitesse Commutateur T Température Transmetteur U Variables multiples V Vibrations Vannes W Masse ou Force Puits thermométrique X (libre) Y Événement Relai de calcul Z Position Page 10 sur 40 2.1.4. Les symboles Page 11 sur 40 2.2. Schéma fonctionnel Le schéma fonctionnel tente de représenter les relations entre les différentes grandeurs physiques des boucles uploads/Finance/ cira1-regulation-industrielle-pdf.pdf