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U S T H B , F a c u l t é d ’ E l e c t r o n i q u e e t I n f o r m a t i q u

U S T H B , F a c u l t é d ’ E l e c t r o n i q u e e t I n f o r m a t i q u e B a b - E z z o u a r , A l g e r , A L G E R I E h t t p : / / w w w . u s t h b . d z 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 U S T H B , F a c u l t é d ’ E l e c t r o n i q u e e t I n f o r m a t i q u e B a b - E z z o u a r , A l g e r , A L G E R I E h t t p : / / w w w . u s t h b . d z REGULATION INDUSTRIELLE Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 2 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene PLAN DE TRAVAIL Les régulateurs standards: P, PI, PD, PID Choix et dimensionnement des régulateurs 3 4 Applications industrielles 5 Régulateur tout-ou-rien 2 Introduction à la régulation industrielle 1 Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 3 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 4 Examen : 60%. Mode d’évaluation: Contrôle continu: 40% 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). Connaissances préalables recommandées: Connaissances en Asservissements linéaires continus et en Electricité générale. VHS: 45h00 (cours: 1h30, TD: 1h30) Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Les régulateurs standards: P, PI, PD, PID Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 5 Structures des régulateurs PID (parallèle, série, mixte) Caractéristiques Réalisations électroniques et pneumatiques. Chapitre II1: Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 6 3. Les régulateurs standards: P, PI, PD, PID Régulateur Process Capteur + transmetteur C: Consigne S : Sortie E = M-C:Erreur M : Mesure Régulateur Valeur réglante 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 Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 7 3. Les régulateurs standards: P, PI, PD, PID La correction série: Régulateur Process Capteur + transmetteur La correction en réaction: boucle du système asservi en aval du système à corriger. Il génère, à partir de l’erreur "(t), le signal de commande u(t). 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 Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 8 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: 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 Consigne KG(p) e - + 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 3.1. Les actions de base Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 9 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. E: Échelle de mesure du régulateur (Ex: 0/100°C) C’est la variation en % de l’entrée du régulateur nécessaire pour que la sortie varie de 100%. XP(%)=100/K • 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 3.1. Les actions de base Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 10 3. Les régulateurs standards: P, PI, PD, PID 3.1. Les actions de base Action proportionnelle P Proportionnel R1 R2 e(t) u(t) + - Cette fonction peut être réalisée par le montage suivant à base d’amplificateur opérationnel. Lorsque le gain Kd augmente: L’erreur indicielle i diminue La sortie est de plus en plus oscillante Le dépassement d augmente La pseudo période Tp diminue (p augmente) Le temps de montée diminue 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 Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 11 Application au chauffage régulé par une boucle fermée sur l’ambiance: Détecteur Moteur Vanne Organe de réglage Radiateur Ordre de commande Local Température à régler Écart (consigne – mesure) = 100 % de XP ouverture vanne 100% Système proportionnel 3. Les régulateurs standards: P, PI, PD, PID Application 3.1. Les actions de base Régulateur proportionnel Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 12 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 Ordre de commande Radiateur Écart (consigne – mesure) = 50 % de XP ouverture vanne 50% Détecteur Local Température à régler Moteur Vanne Organe de réglage Régulateur proportionnel Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 13 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 Ordre de commande Écart (consigne – mesure) = 0 % de XP ouverture vanne 0% Détecteur Local Température à régler Moteur Vanne Organe de réglage Radiateur Radiateur Régulateur proportionnel Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 14 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 P L'action Proportionnelle corrige de manière instantanée, donc rapide, 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 Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 15 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) Mesure Consigne KG(p) e - + Loi de commande du régulateur intégral: du e(t) T 1 U(t) t 0 i   Fonction de transfert du régulateur intégrale: 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. 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 Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 16 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. d d/2 50 Km/h 25 Km/h 50 km/h 25 km/h Analogie : Application Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 17 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 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 uploads/Industriel/ regulation-industrielle-chapitre-3-2017-bf-4-avril-2017.pdf