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Réalisé par: BOUICHE Hachemi BRAHAMI Mohamed Promotion 2009-2010 République alg

Réalisé par: BOUICHE Hachemi BRAHAMI Mohamed Promotion 2009-2010 République algérienne démocratique et populaire Ministère de l’enseignement supérieur & de la recherche scientifique Université Abderrahmane Mira – Bejaia Faculté de la Technologie Département d’Electronique Promoteur: LEHOUCHE Hocine Mini Projet Remerciements Au terme de notre travail, on tient à remercier Mr. Lehouche Hocine d’avoir proposé ce thème et de nous avoir suivi durant ce modeste travail. Ainsi qu’à tous les professeurs qui nous ont enseignés durant notre formation universitaire. On remercie également nos parents pour leur soutient moral et financier durant nos études. A tous nos collègues, amis, et tous ceux qui nous ont aidé et soutenu de prés ou de loin. BRAHAMI Mohamed & BOUICHE Hachemi Sommaire Introduction générale ………………………………………………………………... 1 Chapitre I. Généralités sur les systèmes asservis I.1. Introduction…………..…………………………………………………..…………2 I.2. Principe général de la régulation……….…………………………………………...2 I.3. Système en boucle ouverte………………………….……………………………....2 I.4. Système en boucle fermée……………………………………………...………..….3 I.5. Equation des systèmes linéaires………………………………………………….….4 I.6. Précision et Stabilité des systèmes asservis…………………………………………4 I.6.1. Précision …………………………………………………………………….4 I.6.2. Stabilité ………………………………………………………………….….5 I.7. Influence des perturbations ………………………………………………..……....5 I.8. Compensation des systèmes asservis …………………………………………........6 I.9. Conclusion ………………………………………………………………………... 7 Chapitre II. Modélisation et choix du moteur à courant continu II.1. Introduction …………………………………………………………….....……… 8 II .2. Description d’un moteur à courant continu………………………………………..8 II.3. Modélisation d’un moteur à courant continu ………………………………...........9 II.3.1. Fonction de transfert du moteur ……………………………………………9 II.4. Les différents modes d’excitations …………………………..…………………...12 II.4.1. Moteur à excitation séparée ………………………………………………12 II.4.2. Moteur à excitation shunt (Dérivée) …………………………….……….13 II.4.3. Moteur à excitation série ……………………………………………….... 14 II.4.4. Moteur à excitation compound (Composée) ……………………………. 14 II.5. Conclusion …………………………………………………………..…............... 15 Chapitre III. Commande PID d’un moteur électrique à courant continu III.1. Introduction ……………………………………………………………...…… 16 III.2. La commande PID en régulation de vitesse et de position ………………..….... 16 III.2.1. Cas d’une commande Proportionnelle (Ki=Kd=0) …………………..….. 18 III.2.1.1. Effets du correcteur proportionnel ……………………………...… 20 III.2.1.2. Schéma électronique du « Correcteur Proportionnel » ………...…. 20 III.2.2. Cas d’une commande Proportionnelle-Intégrale (Kd=0) ……………..… 20 III.2.2.1. Effets du correcteur proportionnel-Intégral ………………….……. 22 III.2.2.2. Schéma électronique du « Correcteur Proportionnel-Intégral » ..…. 23 III.2.3. Cas d’une commande Proportionnelle-Intégrale-Dérivée …………….... 23 III.2.3.1. Effets du correcteur proportionnel-Intégral-Dérivé ………..……… 24 III.2.3.2. Schéma électronique du «Correcteur P-I-D» …………………...…. 25 III.2.4. Résumé sur l’action des paramètres (coefficients) ………...………….… 25 III.3. Réglage des paramètres ………………………………………………...………. 26 III.3.1 Méthode de Ziegler-Nichols ………………………………………..…… 26 III.3.1.1. Méthode de la courbe de réaction (Première méthode) ………….... 26 III.3.1.2. Méthode d’oscillation (Seconde méthode) ………………..………. 26 III.3.1.2.1. Application de la méthode ………………………………...…….. 27 III.4. Discrétisation de la commande PID analogique …………………………….…. 30 III.5. Conclusion ………………………………………………………………….….. 32 Conclusion générale ………………………………………………………………… 33 Références bibliographiques Annexes Liste des figures Figure. I.1 : Schéma bloc d’un système en boucle ouverte ........................................................ 3 Figure. I.2 : Schéma bloc d’un système en boucle fermée avec un retour unitaire ................... 3 Figure. I.3 : Schéma bloc d’un asservissement avec une perturbation (Retour unitaire) ......... 5 Figure. I.4 : Schéma bloc d’un système avec correcteur (Retour unitaire) ............................... 6 Figure. II.1 : Schéma d’un moteur à courant continu................................................................ 8 Figure. II.2 : Schéma équivalent d’un moteur à courant continu .............................................. 9 Figure. II.3 : Schéma bloc du Modèle de moteur électrique en vitesse ................................... 10 Figure. II.4 : Modélisation sous Matlab de la réponse de vitesse ........................................... 11 Figure. II.5 : Schéma bloc du Modèle de moteur électrique en position ................................. 11 Figure. II.6 : Modélisation sous Matlab de la réponse de position ......................................... 12 Figure. II.7 : Modélisation électrique d’un Moteur à excitation séparée ................................ 13 Figure. II.8 : Modélisation électrique d’un Moteur à excitation shunt ................................... 13 Figure. II.9 : Modélisation électrique d’un Moteur à excitation série .................................... 14 Figure. II.10 : Modélisation électrique d’un Moteur à excitation compound ......................... 15 Figure. III.1 : Schéma bloc d’un système avec correcteur (Boucle fermée) ............................ 16 Figure. III.2: Schéma bloc du correcteur PID en régulation de vitesse .................................. 17 Figure. III.3: Schéma bloc du correcteur PID en régulation de position ................................ 17 Figure. III.4 : Modélisation sous Matlab du correcteur P en régulation de position.............. 18 Figure. III.5 : Modélisation sous Matlab du correcteur P en régulation de vitesse ................ 19 Figure. III.6 : Signal de la tension de la commande P en régulation de vitesse...................... 19 Figure. III.7 : Schéma électronique du correcteur proportionnel ........................................... 20 Figure. III.8 : Modélisation sous Matlab du correcteur PI en régulation de vitesse .............. 21 Figure. III.9 : Signal de la tension de la commande PI en régulation de vitesse .................... 21 Figure. III.10 : Modélisation sous Matlab du correcteur PI en régulation de position .......... 22 Figure. III.11 : Schéma électronique du correcteur proportionnel Intégral ........................... 23 Figure. III.12 : Modélisation sous Matlab du correcteur PID en régulation de position ....... 24 Figure. III.13 : Schéma électronique du correcteur proportionnel Intégral Dérivé ............... 25 Figure. III.14 : Modélisation sous Matlab de la régulation PID de vitesse ............................ 28 Figure. III.15 : Modélisation sous Matlab de la régulation PID de vitesse (modifiée) ........... 28 Figure. III.16: Modélisation sous Matlab de la régulation PID de position ........................... 29 Figure. III.17: Modélisation sous Matlab de la régulation PID de position (modifié) ........... 29 Figure. III.18: Schéma bloc d’un correcteur PID numérique ................................................. 30 Figure. III.19: Modélisation sous Matlab de la régulation PID analogique et numérique ..... 31 1 Introduction générale La technologie moderne a permis le développement des sciences tout en imposant l’exploration de domaines théoriques de plus en plus complexes. Parmi ces sciences en pleine expansion et intégrant rapidement l’apport des technologies modernes, on compte l’automatique. Le substantif « automatique » a été utilisé pour la première fois en 1914 dans un article « Essai sur l’Automatique » publié dans une revue scientifique. De nos jours, l'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la modélisation, de l'analyse, de la commande et de la régulation des systèmes dynamiques. Elle a pour fondements théoriques les mathématiques, la théorie du signal et l'informatique théorique. L'automatique permet l'automatisation de différentes tâches de fonctionnement des machines et des chaines industriels. On parle alors de système asservi ou régulé, d’où est le plus répondu dans notre vie quotidienne, en particulier dans le domaine industriel, car il permet de réaliser plusieurs opérations sans l’intervention de l’être humain, pour de divers besoins, par exemple : convoyeurs industriels à navettes indexées, pilotage automatique de l’avion (auto-pilot), asservissement d’angle pour des bras robotiques (ABB, Kuka, ...) …etc. Dans la plupart des processus industriels, en particulier les moteurs électriques, il est indispensable de maîtriser certains paramètres physiques (vitesse, position, angle...etc.), il est donc très souvent nécessaire d’avoir recours à une commande. La commande PID (Proportionnelle-Intégrale-Dérivée) est une méthode qui a fait ses preuves et qui donne de bons résultats, grâce à l’action proportionnelle qui améliore la rapidité, l’intégrale pour la précision, et la dérivée pour la stabilité. L’objectif de notre travail est d’implémenter une commande PID pour un moteur à courant continu. La modélisation de la commande et du système (moteur MCC) est programmée sous l’environnement MATLAB v7.1 R14 SP3. Notre mini projet comporte 3 chapitres, dont le premier parle sur les généralités sur les systèmes asservis, le seconde sur la modélisation et choix du moteur à courant continu, et le dernier sur la commande PID d’une machine électrique à courant continu. Chapitre I Généralités sur les systèmes asservis Chapitre I Généralités sur les systèmes asservis 2 I.1. Introduction Dans ce chapitre, on va introduire les principes de base sur les systèmes asservis ainsi que la régulation en boucle ouverte et en boucle fermée. I.2. Principe général de la régulation Dans la plupart des appareils dans des installations industrielles et domestiques, il est nécessaire de maintenir des grandeurs physiques à des valeurs déterminées, en dépit des variations externes ou internes influant sur ces grandeurs. Par exemple, le niveau d’eau dans un réservoir, la température d’une étuve, la vitesse et la position des moteurs, étant par nature variables, doivent donc être réglés par des actions convenables sur le processus considéré. Si les perturbations influant sur la grandeur à contrôler sont lentes ou négligeables, un simple réglage dit en boucle ouverte, permet d’obtenir et de maintenir la valeur demandée (par exemple : action sur un robinet d’eau). Dans la majorité des cas, cependant, ce type de réglage n’est pas suffisant, parce que trop grossier ou instable. Il faut alors comparer, en permanence, la valeur mesurée de la grandeur réglée à celle que l’on souhaite obtenir et agir en conséquence sur la grandeur d’action, dite grandeur réglante. On a, dans ce cas, constitué une boucle de régulation et plus généralement une boucle d’asservissement. Cette boucle nécessite la mise en ouvre d’un ensemble de moyens de mesure, de traitement de signal ou de calcul, d’amplification et de commande d’actionneur, constituant une chaine de régulation ou d’asservissement. La consigne est maintenue constante et il se produit sur le procédé une modification d’une des entrées perturbatrices. L’aspect régulation est considéré comme le plus important dans le milieu industriel, car les valeurs des consignes sont souvent fixes. Néanmoins, pour tester les performances et la qualité d’une boucle de régulation, on s’intéresse à l’aspect asservissement. I.3. Système en boucle ouverte Un système uploads/Industriel/ commande-pid-d-un-moteur-a-courant-continu.pdf