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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 Chapitre IV: Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 5 Critères de choix Méthodes de dimensionnement méthode de Ziegler et Nichols Modèle de Broïda Modèle de Strejc Choix et dimensionnement des régulateurs Méthode de Cohen-Coon Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 6 But d'un système asservi P I D ? ? ? P K d T i T Introduction 4. Choix et dimensionnement des régulateurs Régulateur P.I.D ? Quel model Quel FT Process f(t) Passage du système réel au modèle Identification de processus l’aide d’essais expérimentaux PID f(t) ? ? E = M-C:Erreur Régulateur Régulateur Process Capteur + transmetteur C: Consigne S : Sortie M : Mesure Valeur réglante Yr Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 7 Les méthodes générales Les méthodes proposées Parmi les nombreuses méthodes d’identification expérimentales existantes, celles présentées dans ce chapitre sont des méthodes simples basées sur l’analyse temporelle du système soumis à une entrée déterminée (échelon ou rampe). Introduction 4. Choix et dimensionnement des régulateurs Les méthodes graphiques ont l’inconvénient d’être peu précises. Cependant, comme les modèles proposés ne correspondent pas exactement à la complexité des processus, ces méthodes ont montré leur validité. une identification expérimentale est préférable. Lorsque le procédé est complexe mise en équation est délicate voire impossible par manque de connaissance des coefficients mis en jeu Deux méthodes d’identification sont à considérer: essai en chaîne fermée C(p) F(p) e(t) - + u(t) y(t) yc(t) essai en chaîne ouverte C(p) F(p) e(t) u(t) y(t) Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 8 Elles consistent à étudier la réponse indicielle du système. Nous pouvons alors envisager 2 cas: •La réponse est variable à une entrée constante: le système possède une intégration et est dit évolutif. Identification des processus: Les méthodes graphiques: 4.1. Critères de choix 4. Choix et dimensionnement des régulateurs •La réponse est constante: le système est considéré comme stable. Est ce que la sortie est périodique? OUI NON Système du second ordre Calcul du dépassement et de la période Tangente à l’origine NON Premier ordre OUI Ordre > 1 Strejc Broïda Ziegler-Nichols Points particuliers Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle Les méthodes graphiques: 4.1. Critères de choix 4. Choix et dimensionnement des régulateurs Y(t) t ye t Fonction échelon t u(t) Fonction rampe : t f(t) t (t) Fonction de Dirac : Procédé ou système Y(t) U(t) t U(t) Y(t) U(t)  P 1 Pτ Ke F(P)    T 100% 63% Δy t  t Y(t) e(t) 9 Système du second ordre Système du premier ordre •Identifier un processus (système), c’est chercher un modèle (dynamique) mathématique, appartenant à une classe de modèles connue, et qui, soumis à des signaux tests (en entrée), donne une réponse (dynamique et statique en sortie), la plus proche possible du système réel. Identification des processus: t U(t) Y(t) U(t) 2 1 1 .m m D K e     2 0 2 1 T . m     T D1 K 1 p 2 p e k F(p) 0 2 0 P -                         t1 t2 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 10 4.2. Méthodes de dimensionnement 4. Choix et dimensionnement des régulateurs Identification en Boucle Ouverte Méthode de Ziegler et Nichols Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 11 Principe 4.2.1. Réglage par la méthode de Ziegler et Nichols 4.2. Méthodes de dimensionnement 4. Choix et dimensionnement des régulateurs Nous avons vu qu’un système ayant une réponse temporelle oscillatoire amortie (BO ou BF) qui possède un rapport D2/D1=0,25 est un SL qui présente de bonnes performances. En 1942, Ziegler et Nichols ont proposé deux approches heuristiques basées sur leur expérience et quelques simulations pour ajuster rapidement les paramètres des régulateurs P, PI et PID. La première méthode nécessite l’enregistrement de la réponse indicielle en boucle ouverte (BO), alors que la deuxième demande d’amener le système bouclé à sa limite de stabilité. Ziegler et Nichols ont cherché les paramètres des correcteurs qui réalisent cette condition pour le SA. T D1 K D2 D2/D1=0,25 t Y(t)  t1 t2 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 12 Principe La méthode consiste à mettre la boucle de régulation en oscillations entretenus. La période des oscillations (Tosc) et le gain du régulateur critique (Krc) qui occasionne ces oscillations, permettent de calculer les actions à afficher sur le régulateur. Ce calcul dépend de la structure du régulateur utilisé et du mode de régulation choisi (P, PI, PID). 4.2.1. Réglage par la méthode de Ziegler et Nichols 4.2. Méthodes de dimensionnement 4. Choix et dimensionnement des régulateurs Le modèle proposé est: Pτ e P k F(P)   où k= tan() Y(t) t 0 E0 0 M   point d’inflexion  Tr et  s'obtiennent à partir du tracé de la tangente au point d'inflexion M. Paramètres à identifier le gain statique K, le retard τ, la constante du temps  τP e P) θ (1 k F(P)    Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 13 Principe 4.2.1. Réglage par la méthode de Ziegler et Nichols 4.2. Méthodes de dimensionnement 4. Choix et dimensionnement des régulateurs Pτ e P k F(P)   τP e P) θ (1 k F(P)    ou Méthodologie k= tan() Y(t) t 0 E0 M   point d’inflexion  t1 t2 Détermination de K,  et  t1 et t2 sont obtenus en traçant la tangente à l’origine qui passe par le point d’inflexion M. =t2-t1. =t1 et le point d’inflexion de la réponse nous permet de définir les valeurs de  et . stable instable Du rapport /, Ziegler et Nichols ont établi le tableau suivant qui permet de déduire le correcteur à mettre en place. / 2 5 10 20 PID Limite PID PI P TOR Choix du type de correcteur Détermination du correcteur et de ses paramètres On peut calculer les coefficients du régulateur choisi à l’aide des recommandations suivantes: La réponse indicielle de notre système peut être «stable» ou «instable»: Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 14 4.2.1. Réglage par la méthode de Ziegler et Nichols 4.2. Méthodes de dimensionnement 4. Choix et dimensionnement des régulateurs Méthodologie Détermination du correcteur et de ses paramètres les paramètres des correcteurs 15 . 0 τ 2 K Calcul des actions P,I et D pour les systèmes instables Modes action P PI série PI parallèle PID série PID parallèle PID mixte KP τI τd 0.85/k 0.8/k 0.35/k k2/0.15 k2/0.15 Calcul des actions P,I et D pour les systèmes stables Modes action P PI série PI parallèle PID série PID parallèle PID mixte KP τI τd K/0.8 0.8  /k 0.85 /k K/0.75 0.35 /k  +0.4  ./(+0.25 ) (( uploads/Industriel/ regulation-industrielle-chapitre-4-2017-1-bf-ok-4-avril-2017.pdf