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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 Structures des régulateurs PID (parallèle, série, mixte) Caractéristiques Réalisations électroniques et pneumatiques. Chapitre II1: Les régulateurs standards: P, PI, PD, PID Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 5 Chapitre II1: Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 3. Les régulateurs standards: P, PI, PD, PID Régulateur Process Capteur + C: Consigne S : Sortie E = M-C:Erreur M : Mesure Régulateur Valeur réglante Régulateur Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 6 Capteur + transmetteur Annuler l'erreur et avoir une réponse la plus rapide possible Régulateur P.I.D But d'un système asservi: Réponse indicielle: Asservissement: Régulation: Réponse d'un système à un échelon de consigne La consigne varie peu (climatisation…) La consigne peu varier beaucoup et souvent (Par ex, l'asservissement de position sur un déplacement de grue). Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 3. Les régulateurs standards: P, PI, PD, PID La correction série: Régulateur Process Capteur + transmetteur boucle du système asservi en aval du système à corriger. Il génère, à partir de l’erreur ε ε ε ε(t), le signal de commande u(t). Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 7 La correction en réaction: dans ce principe, on améliore le fonctionnement en ajoutant une boucle interne permettant d’améliorer le comportement dynamique d’une partie du système. Régulateur Process Capteur + transmetteur Régulateur Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 3. Les régulateurs standards: P, PI, PD, PID Action proportionnelle Le rôle de l’action proportionnelle est d’accélérer la réponse de la mesure, ce qui a pour conséquence de réduire l’écart entre la mesure et la consigne. Proportionnelle Loi de commande du régulateur P: K C(p) = C(p) Consigne KG(p) e - + 3.1. Les actions de base Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 8 e(t) K U(t) K C(p) P P = = Fonction de transfert du régulateur P: Schéma fonctionnel du régulateur P: Réponse indicielle du régulateur P: C(p) Mesure KG(p) - + Kp e(t) U(t)= Kp. e(t) P K E(P) U(P) C(P) = = t U(t)= Kp. e(t) e(t) 1 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 3. Les régulateurs standards: P, PI, PD, PID Action proportionnelle Bande proportionnelle (BP) Proportionnelle BP%=100/K Dans les régulateurs industriels, elle est appelée Xp. C’est la variation en % de l’entrée du régulateur nécessaire pour que la sortie varie de 100%. XP(%)=100/K × × × × 3.1. Les actions de base Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 9 Dans les régulateurs industriels, elle est appelée Xp. E: Échelle de mesure du régulateur (Ex: 0/100° C) • Permet de jouer sur la vitesse de réponse du procédé. Bp = Xp × × × × E/100 • Il faut trouver un bon compromis entre vitesse et stabilité. la stabilité se dégrade: risques d’instabilité l’erreur statique diminue la réponse s’accélère, • Si K (ou Xp) augmente: M-C K(M-C) = (100/BP)*(M-C) S(t) t S=K(M-C)+S0 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 3. Les régulateurs standards: P, PI, PD, PID 3.1. Les actions de base Action proportionnelle P Cette fonction peut être réalisée par le montage suivant à base d’amplificateur opérationnel. Lorsque le gain Kd augmente: L’erreur indicielle ε ε ε εi diminue La sortie est de plus en plus oscillante Le dépassement d augmente La pseudo période Tp diminue (ω ω ω ωp augmente) Le temps de montée tm diminue Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 10 Proportionnel R1 R2 e(t) u(t) + - Influence sur la stabilité. Influence sur la rapidité. Influence sur la précision. e(t) R R u(t) 1 2 = On pose: 1 2 P R R K = Kp Précision. Kp Rapidité Kp Stabilité Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Application au chauffage régulé par une boucle fermée sur l’ambiance: Moteur Vanne Organe de réglage Radiateur Local Température à régler Système proportionnel 3. Les régulateurs standards: P, PI, PD, PID Application 3.1. Les actions de base Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 11 Détecteur Radiateur Ordre de commande Écart (consigne – mesure) = 100 % de XP ouverture vanne 100% Régulateur proportionnel Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Application au chauffage régulé par une boucle fermée sur l’ambiance: Système proportionnel 3. Les régulateurs standards: P, PI, PD, PID Application 3.1. Les actions de base Radiateur Radiateur Local Température à régler Moteur Vanne Organe de réglage Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 12 Radiateur Ordre de commande Radiateur Écart (consigne – mesure) = 50 % de XP ouverture vanne 50% Détecteur Régulateur proportionnel Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Application au chauffage régulé par une boucle fermée sur l’ambiance: Système proportionnel 3. Les régulateurs standards: P, PI, PD, PID Application 3.1. Les actions de base Local Température à régler Moteur Vanne Organe de réglage Radiateur Radiateur Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 13 Ordre de commande Écart (consigne – mesure) = 0 % de XP ouverture vanne 0% Détecteur Radiateur Radiateur Régulateur proportionnel Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Système proportionnel 3. Les régulateurs standards: P, PI, PD, PID 3.1. Les actions de base C(p) Mesure Consigne KG(p) e - + Action Rôle et domaine d'utilisation L'action Proportionnelle corrige de manière instantanée, donc rapide, tout écart de la grandeur à régler, elle permet de vaincre les grandes Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 14 P tout écart de la grandeur à régler, elle permet de vaincre les grandes inerties du système. Afin de diminuer l'écart de réglage et rendre le système plus rapide, on augmente le gain (on diminue la bande proportionnelle) mais, on est limité par la stabilité du système. Le régulateur P est utilisé lorsque on désire régler un paramètre dont la précision n'est pas importante, exemple: régler le niveau dans un bac de stockage. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 3. Les régulateurs standards: P, PI, PD, PID 3. Les régulateurs standards: P, PI, PD, PID 3. Les régulateurs standards: P, PI, PD, PID 3.1. Les actions de base Action Intégrale I: Intégrale C(p) Consigne KG(p) e - + Loi de commande du régulateur intégral: Le rôle de l’action intégrale est d’annuler l’écart entre la mesure et la consigne. Le signal de sortie du régulateur en intégrateur seul est proportionnel à l’intégrale de l’écart mesure-consigne. Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 15 Mesure - Loi de commande du régulateur intégral: du e(t) T 1 U(t) t 0 i ∫ = Fonction de transfert du régulateur intégrale: Ce type de régulateur peut être réalisée par le montage suivant à base d’amplificateur opérationnel P T 1 E(P) U(P) C(p) i = = E(P) C R 1 U(t) = Soit alors: C R 1 T 1 A i − = = La présence d’un intégrateur pur dans la FTBO permet d’améliorer la stabilité. Intégrateur R e(t) u(t) C + - Dabs ce cas: Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 3. Les régulateurs standards: P, PI, PD, PID 3.1. Les actions de base Action Intégrale I Système Action complémentaire intégrale L’image de cette action correspond à celle d’un automobiliste apercevant au loin un feu rouge. Il va réduire progressivement sa vitesse afin que le véhicule s’immobilise en arrivant au feu. Analogie : Application Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 16 véhicule s’immobilise en arrivant au feu. d d/2 50 Km/h 25 Km/h 50 km/h 25 km/h Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 3. Les régulateurs standards: P, PI, PD, PID 3.1. Les actions de base Action Intégrale I C(p) Mesure Consigne KG(p) e - + Action Rôle et domaine d'utilisation L'action intégrale complète l'action proportionnelle. Elle permet Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 17 I L'action intégrale complète l'action proportionnelle. Elle permet d'éliminer l'erreur résiduelle en régime permanent. Afin de rendre le système plus dynamique (diminuer le temps de réponse), on diminue l'action intégrale mais, ceci provoque l'augmentation du déphasage ce qui provoque l'instabilité en état fermé. L'action intégrale est utilisée lorsque on désire avoir en régime permanent, une précision parfaite, en outre, elle permet de filtrer la variable à régler d'où l'utilité pour le réglage des variables bruitées uploads/Industriel/ regulation-industrielle-chapitre-3-2017-1-bf-mode-de-compatibilite.pdf