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USTHB, Faculté d’Electronique et Informatique Faculté d’Electronique et Informa

USTHB, Faculté d’Electronique et Informatique Faculté d’Electronique et Informatique Faculté d’Electronique et Informatique Faculté d’Electronique et Informatique Bab-Ezzouar, Alger, ALGERIE http://www.usthb.dz F.Bouchafaa - Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene(USTHB) - Laboratoire d’ Énergie Renouvelable et Efficacité Énergétique (EREE) Alger – ALGERIE Email: fbouchafa@gmail.com Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 1 USTHB, Faculté d’Electronique et Informatique Faculté d’Electronique et Informatique Faculté d’Electronique et Informatique Faculté d’Electronique et Informatique Bab-Ezzouar, Alger, ALGERIE http://www.usthb.dz REGULATION INDUSTRIELLE Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 2 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene PLAN DE TRAVAIL PLAN DE TRAVAIL Régulateur tout-ou-rien 2 Introduction à la régulation industrielle 1 Les régulateurs standards : P, PI, PD, PID Choix et dimensionnement des régulateurs 3 4 Applications industrielles 5 Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 3 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Objectifs de l’enseignement: Maîtriser le principe et la structure des boucles de régulations. Choisir le régulateur approprié pour un procédé industriel afin d’avoir les performances requises (stabilité, précision). VHS: 45h00 (cours: 1h30, TD: 1h30) Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 4 Examen : 60%. Mode d’évaluation: Contrôle continu: 40% Connaissances préalables recommandées: Connaissances en Asservissements linéaires continus et en Electricité générale. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Chapitre 1: Organes d'une boucle de régulation (procédé industriel, actionneurs, capteurs, régulateurs, conditionneur des signaux, consigne, mesure, perturbation, grandeurs caractéristiques, grandeurs réglantes, grandeurs réglées, grandeurs perturbatrices), Notions de procédé industriel, Chapitre 1: Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 5 critères de performance d'une régulation. Eléments constitutifs d'une boucle de régulation, symboles, schémas fonctionnels et boucles, Schéma d'un système régulé, Introduction à la régulation industrielle Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 1.1 Généralités 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. Automatique Elle a pour fondements théoriques les mathématiques, la théorie du signal et l‘informatique théorique. L'automatique permet l'automatisation de tâches par des machines fonctionnant sans intervention humaine. On parle alors de système asservi ou régulé. Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 6 sans intervention humaine. On parle alors de système asservi ou régulé. Automatisme: Dispositif technologique qui remplace l'opérateur humain dans la conduite d'une machine, d'un processus, d'une installation industrielle. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 1.2 Les systèmes automatiques Processus: (ou système) C'est l'ensemble de l'installation que l'on doit piloter. Il Système (définition générale): Un système est un ensemble d’éléments interagissant entre eux selon un certain nombre de principes ou de règles. Système: Un système est la relation qui existe entre deux ensembles de signaux: les entrées et les sorties. • Processus Entrées de commande Sorties Entrées de perturbation Processus Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 7 Exemple de systèmes: four, robot, avion, usine chimique, colonne de distillation, etc… Processus: (ou système) C'est l'ensemble de l'installation que l'on doit piloter. Il est caractérisé par des signaux d'entrée et de sortie et les lois mathématiques reliant ces signaux. • Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Pourquoi des systèmes automatiques? pas d'intervention de l'homme réaliser des opérations trop complexes pour l'homme (Ex: ESP (Electrostabilisateur programmé automobile). substituer la machine à l'homme dans des tâches trop répétitives ou dénuées d'intérêt (Ex: boite de vitesse automatique). Signal: Grandeur physique générée par un appareil ou traduite par un capteur (température, débit, niveau, etc…). 1.2 Les systèmes automatiques Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 8 Signaux d’entrée: Représentent les variables qui affectent le système. Il s’agit souvent du signal de référence (consigne). Il est indépendant du système, il se décompose en commandable et non commandable (perturbations). par un capteur (température, débit, niveau, etc…). Signaux de sortie: Représentent les variables sur lesquelles le système agit. Ce sont les variables dites «affectées» par le système. dépendant du système et du signal d’entrée. Variables mesurées: Il s’agit des variables mesurées (généralement à l’aide de capteurs). Signaux de rétroaction: Il s’agit des variables mesurées utilisées par la commande. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene maintenir une grandeur de sortie constante (Régulation) Automatisation: consiste à entourer physiquement un procédé d’un ensemble de matériels permettant à certains nombre de ses grandeurs d’avoir un comportement défini par un cahiers des charges. Conduite: (ou contrôle): On peut conduire un système de manière automatisée pour: faire suivre à certaines sorties une séquence (automatisme séquentiel) ou une 1.2 Les systèmes automatiques Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 9 faire suivre à certaines sorties une séquence (automatisme séquentiel) ou une loi donnée (asservissement) si on ajoute l'optimisation d'un critère (de coût ou fiabilité par Ex.) on parle alors de contrôle. Les différents systèmes automatiques Automates Systèmes séquentiels L’automatisation porte sur un nombre fini d’opérations prédéterminées dans leur déroulement. Ex: machine à laver, ascenseur Systèmes asservis (bouclés) Régulateurs Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 1.2 Les systèmes automatiques Les différents systèmes automatiques Systèmes asservis (bouclés) Régulateurs Asservissements: l’objectif est de faire suivre une loi non fixée à l’avance à une grandeur physique. Régulations: l’objectif est de maintenir une grandeur constante malgré la présence de perturbations. Ex: radar, poursuite d ’une trajectoire Ex: chauffage domestique Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 10 conduite automobile Système Muscles Perturbations Cerveau Sens Objectif Réflexion Action Observation L’exemple humain: 3 étapes au fonctionnement ininterrompu: Exemple: Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Pour concevoir un système asservi, il faut: disposer d’une grandeur sur laquelle on peut agir et qui permette de faire évoluer la variable qui nous intéresse définir la variable que l’on veut maîtriser 1.2 Les systèmes automatiques - variable d’entrée, variable de réglage -variable de sortie, variable à régler Schéma fonctionnel Angle pédale Vitesse Système Entrée Sortie Cause Effet Procédé Potentiomètre Position curseur Tension Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 11 Véhicule Angle pédale accélérateur Vitesse Schéma fonctionnel Four Débit de gaz Carburateur Angle pédale Température dans le four Procédé Grandeur de réglage Grandeur réglée Actionneur Commande Grandeur à maîtriser Exemple: 1.3 Structure d’un système automatisé Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 1.3 Structure d’un système automatisé – Les perturbations sont des variables d’entrée que l’on ne maîtrise pas – Elles sont représentées verticalement sur le schéma fonctionnel Les perturbations Exemple: Commande en boucle ouverte Four Débit de gaz Vanne Commande électrique T° extérieure, ... T° dans le four Commande du niveau dans un bac Exemple: Commande du Niveau H Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 12 Commande du débit d’entrée Niveau H=100cm Ordre Système de réglage Niveau H Débit de fuite Ceci est une commande en boucle ouverte qui ne permet pas de régler précisément le niveau de sortie et corriger l'effet des perturbations Commande en boucle fermée: Exemple: Machine à laver L’exemple typique de ce type de structure est constitué par la machine à laver fonctionnant sur la base de cycles pré- programmés ne possédant pas d’informations mesurées concernant le degré de propreté du linge. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Commande en boucle ouverte Toutefois, si le système à commander n’est pas parfaitement connu ou si des perturbations l’affectent, les signaux de sortie ne seront pas ceux souhaités. 1.3 Structure d’un système automatisé Commande en boucle fermée • Moyens complémentaires •un régulateur, pour ajuster la commande •un capteur, pour observer la variable à maîtriser –Principe: On observe le comportement de la sortie et on ajuste la commande en fonction de l’objectif souhaité • en plus de l’actionneur, il faut: Commande du niveau dans un bac Je sais ce que je veux et ce que je reçois, Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 13 Niveau H Commande du débit d’entrée niveau H=100cm Objectif Système De réglage Débit de fuite Capteur de niveau Je corrige jusqu’à ce que H=100cm Je sais ce que je veux et ce que je reçois, Je corrige jusqu’à ce que H=100cm BF: Boucle Fermée Contre-réaction Le régulateur Four Vanne T°.extérieure, ... Régulateur Capteur de température Consigne Un exemple de commande en B.F. Le régulateur est composé de deux éléments: Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Commande en boucle fermée 1.3 Structure d’un système automatisé Le régulateur Le régulateur est composé de deux éléments: –Un comparateur qui fait la différence entre la consigne et la mesure. –Un correcteur, qui transforme ce signal d’erreur en une commande appropriée; l’art du régleur est de déterminer judicieusement ce correcteur. Mesure Amplification Correction Consigne Commande + - Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 14 l’art du régleur est de déterminer judicieusement ce correcteur. 1.4 Structure générale d’un Système asservi: Un système asservi est un système à boucle fermée (closed loop system) que l'on peut décrire par le schéma fonctionnel suivant: Structure générale Asservissement: la consigne varie Régulation: la consigne est fixe But d'un système asservi: Annuler l'erreur où l’écart entre la consigne et la Valeur de sortie et avoir une réponse la plus rapide possible, avec une très bonne précision et sans dépassement. Capteur Transmettent les informations liées au procédé vers le système de commande. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 1.4 Structure générale d’un Système asservi: Structure générale Structure d’un système asservi (régulation) Correcteur Actionneur Procédé + - M Régulateur C Erreur S Sortie Consigne Commande Action Perturbations Chaine uploads/Industriel/ regulation-industrielle-chapitre-1-2017-1-bf-mode-de-compatibilite-pdf.pdf