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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 IV: Critères de choix Méthodes de dimensionnement méthode de Ziegler et Nichols Modèle de Strejc Chapitre IV: Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 5 Modèle de Broïda Choix et dimensionnement des régulateurs Méthode de Cohen-Coon Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene But d'un système asservi Introduction 4. Choix et dimensionnement des régulateurs ? Quel model Quel FT E = M-C:Erreur Régulateur Régulateur Process C: Consigne S : Sortie M : Mesure Valeur réglante Yr Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 6 P I D ? ? ? P K d T i T Régulateur P.I.D ? Quel FT Process f(t) Passage du système réel au modèle Identification de processus l’aide d’essais expérimentaux PID f(t) ? ? Capteur + transmetteur M : Mesure Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 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 Introduction 4. Choix et dimensionnement des régulateurs 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 Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 7 présentées dans ce chapitre sont des méthodes simples basées sur l’analyse temporelle du système soumis à une entrée déterminée (échelon ou rampe). 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. 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 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. Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 8 •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 Les méthodes graphiques: 4.1. Critères de choix 4. Choix et dimensionnement des régulateurs Y(t) t t δ δ δ δ(t) Fonction de Fonction de Dirac: Dirac: Procédé ou système Y(t) U(t) e(t) Identification des processus: Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle ye t Fonction Fonction échelon t u(t) Fonction Fonction rampe: rampe: t f(t) t Y(t) 9 •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. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Les méthodes graphiques: 4.1. Critères de choix 4. Choix et dimensionnement des régulateurs Procédé ou système Y(t) U(t) t U(t) Y(t) U(t) θ P 1 Pτ Ke F(P) + − = 100% 63% ∆y t Système du premier ordre Identification des processus: Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle système T τ τ τ τ 10 Système du second ordre t U(t) Y(t) U(t) 2 1 1 .m m D K e π − − = 2 0 2 1 T . m π ω = − T D1 D1 K 1 p 2 p e k F(p) 0 2 0 P - +         ω ζ +         ω = τ τ τ τ τ t1 t2 Procédé ou système Y(t) U(t) Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 4.2. Méthodes de dimensionnement 4. Choix et dimensionnement des régulateurs Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 11 Identification en Boucle Ouverte Méthode de Ziegler et Nichols Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 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. Ziegler et Nichols ont cherché les paramètres des correcteurs qui D1 D1 K D2 D2 Y(t) Y(t) Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 12 En 1942, Ziegler et Nichols ont proposés 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. paramètres des correcteurs qui réalisent cette condition pour le SA. T K D2 D2 D2/D1=0,25 t τ τ τ τ t1 t2 La méthode de Ziegler-Nichols nécessite beaucoup de temps si le système réagit très lentement. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 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 Pτ e P k F(P) − = où Y(t) τP e P) θ (1 k F(P) − + = Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 13 régulation choisi (P, PI, PID). Le modèle proposé est: Y(t) t 0 E0 0 M θ θ θ θ τ τ τ τ point d’inflexion α α α α θ θ θ θ et α α α α 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 θ θ θ θ La méthode de Ziegler-Nichols utilise le point d’inflexion Pente de la tangente kE0 ∆u ∆y K= Le gain statique K est déterminé des conditions d'expériences comme le rapport de l'amplitude du signal de sortie à celui d'entrée. ∆ ∆ ∆ ∆u ∆ ∆ ∆ ∆y Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 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 Y(t) E0 M Détermination de K, θ θ θ θ et τ τ τ τ t1 et t2 sont obtenus en traçant la tangente à l’origine qui passe par le point d’inflexion M. θ θ θ θ=t2-t1. τ τ τ τ=t1 et stable instable Choix du type de correcteur ∆u ∆y K= kE0 Pr. F.BOUCHAFAA Régulation industrielle 14 t 0 M θ θ θ θ τ τ τ τ point d’inflexion α α α α t1 t2 le point d’inflexion de la réponse nous permet de définir les valeurs de θ θ θ θ et τ τ τ τ. Du rapport θ θ θ θ/τ τ τ τ, Ziegler et Nichols ont établi le tableau suivant qui permet de déduire le correcteur à mettre en place. θ θ θ θ/τ τ τ τ 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 4.2.1. Réglage par la méthode de Ziegler et Nichols 4.2. Méthodes de dimensionnement 4. Choix uploads/Industriel/ regulation-industrielle-chapitre-4-2017-1-bf-ok-mode-de-compatibilite.pdf