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Revue de la littérature du thème intitulé : évaluation de la performance de la

Revue de la littérature du thème intitulé : évaluation de la performance de la commande FNLQDMC (Fast Non Linear Quadratic Dynamic Matrix Control) en minoterie 1 SOMMAIRE INTRODUCTION ................................................................................................................................. 2 I- Commande par matrice dynamique (DMC) ............................................................................... 3 I-1- Applications industrielles de la commande prédictive ............................................................ 3 I-2- Concepts de base et objectifs de la commande prédictive ...................................................... 4 I-3- Réponse et prédiction ................................................................................................................. 5 1-4- Synthèse du correcteur DMC ................................................................................................... 5 1-5- Contraintes sur la commande et la sortie avec DMC ............................................................. 6 I-6- Algorithme proposé pour la DMC ............................................................................................ 7 CONCLUSION ...................................................................................................................................... 8 REFERENCE BIBLIOGRAPHIE ...................................................................................................... 9 Revue de la littérature du thème intitulé : évaluation de la performance de la commande FNLQDMC (Fast Non Linear Quadratic Dynamic Matrix Control) en minoterie 2 INTRODUCTION Dans l’industrie actuelle, les nouvelles technologies ont vu le jour soit de façon innoventes soit inventives. Dans le cas de la minoterie ou meunerie les procèdes de commandes sont d’une très grande variété parmi lesquels nous avons la commande prédictive exercée sur des machines industrielles telles que les moulins. Notre travail consistera à s’imprégner de la commande NLQDMC qui est une commande prédictive des systèmes non linéaire dynamique pour quantifier l’économie d’énergie et le coût dans ce secteur d’activité. Pour ce faire une étude du contrôleur prédictif dans l’ensemble sera menée enquise de revue de la littérature. La commande prédictive à base de modèle c’est une approche de commande avancée [1]. De toutes les commandes qui portent cette appellation, la commande prédictive est la plus utilisée dans l’industrie, aussi bien pour les qualités techniques et ses performances ainsi que sa facilité de mise en œuvre. Son champ d’application s’étend à tous les domaines industriels, notamment aux cas où la régulation PID n’est pas efficace. Depuis les années 1970, la commande prédictive a été utilisée avec succès dans différentes applications industrielles et pour plusieurs champs d’activités. Une étude sur cette commande menée par plusieurs auteurs dans la littérature a montrée qu’elle est plus utilisée principalement dans les raffineries de pétrole, automobile, défense, métallurgie, et autres domaines [2,3]. L’idée de la commande prédictive est déjà introduite dans la commande optimale de [4] à [5] avec sa forme de commande prédictive basée sur un modèle en utilisant une méthode de programmation linéaire. Historiquement, cette idée est mise en œuvre industriellement par Richalet en 1978 dans l’algorithme IDCOM ‘identification commande’, avec le problème de la commande heuristique prédictive basée sur le modèle (MPHC) [6]. Le formalisme de cette commande considère des systèmes linéaires comme des filtres à réponse impulsionnelle finie. Les fonctions de coûts considérées sont quadratiques, la partie estimation repose sur une approche de type moindre carré. En 1980 apparaît la commande par matrice dynamique DMC « dynamic matrix control » [7]. La commande DMC reprend de nombreuses idées d’IDCOM, mais les systèmes y sont représentés par leur réponse à l’échelon. Dans ces deux approches, le modèle était de type boite noir, dont l’objectif était de poursuivre une référence sans prises en compte des contraintes. Peu de temps après, Garcia et al. Donnent une description détaillée de l’algorithme DMC quadratique « QDMC » (Quadratic Dynamic Matrix Control) [8]. En prenant en compte directement les contraintes d’entrée et de sortie. En 1987 apparaît la commande prédictive généralisée « GPC (Generalised Predictive Control), développée par [9]. En 1988, grace à SMOC (Shell Multivariable Optimizing Control) il devient possible de considérer les systèmes sous forme de modèle d’état. La commande prédictive fonctionnelle « PFC » (predictive functional control), elle a développée par Richalet et ADERSA [10, 11]. La commande prédictive globale (GlobPC) est la dernière partie des commandes à horizon fuyant [12]. C’est une loi de commande développée dans le but d’aaugmenter la flexibilité et les performances tout en réduisant les restrictions et destinée à contrôler les systèmes multivariables. Les algorithmes de la commande prédictive différent entre eux-mêmes seulement dans le modèle qui représente le processus, les perturbations et la fonction de coût. Dans notre travail, nous nous intéressons à l’étude d’une méthode appartenant à la famille de commande prédictive en l’appliquant sur des processus de différents ordres et de contraintes. Revue de la littérature du thème intitulé : évaluation de la performance de la commande FNLQDMC (Fast Non Linear Quadratic Dynamic Matrix Control) en minoterie 3 L’objectif du travail consiste à faire un bref aperçu sur la commande par matrice dynamique en évaluant sa performance pour être situé dans notre sujet de recherche intitulé « ‘évaluation de la performance de la commande FNLQDMC (Fast Non Linear Quadratic Dynamic Control) en minoterie’ » I- Commande par matrice dynamique (DMC) La commande par matrice dynamique ‘DMC’ (Quadratic Dynamic Control)) a été développée par Cutler et Ramaker de la société ‘Shell Oil Co’ vers l’année 1980. Cette méthode est largement accepteée et utlisée par les industriels, en particulier dans le secteur de la pétrochimie [13, 14, 15]. A nos jours la commande par matrice dynamique est quelque chose plus qu’une commande et une partie de son succès est due de l’application à des systèmes multivariables avec prise en charge des contraintes. Une version simplifiée de cette commande est présentée dans le cas où le modèle est fourni sous forme de réponse à un échelon. Cette formulation est généralement la plus choisie car elle permet la compréhension intuitive du fonctionnement de la commande prédictive. Néanmoins des développements équivalents peuvent être conduits pour le modèle de réponse impulsionnelle où fonction de transfert conduisant respectivement au modèle Algorithmique de commande (MAC : Model Algorithmic Control) et à la commande prédictive généralisée (GPC : Generalized Predictive control). I-1- Applications industrielles de la commande prédictive Dans des industries, comme les raffineries de pétrole et les usines pétrochimiques, la MPC est devenue la méthode de choix pour des problèmes difficiles de commande et l’étude qui a été fait par [2, 3] conclut que la commande prédictive a prouvé ses performances au travers de nombreuses applications industrielles. Elle est toujours présente dans la majorité des domaines, et que pour des raisons différentes, deux secteurs industriels ont été les premiers intéressés et ont financé le développement de la méthode. En effet, même si la commande prédictive offre de nombreuses caractéristiques intéressantes, historiquement, seules deux entre elles ont joué un rôle déterminant : le domaine du raffinage et de la pétrochimie. (Voir tableau 1.1 pour les approches linéaires et tableau 1.2 pour les approches non linéaires). Revue de la littérature du thème intitulé : évaluation de la performance de la commande FNLQDMC (Fast Non Linear Quadratic Dynamic Matrix Control) en minoterie 4 Tableau 1.1 : Bilan des applications industrielles de la commande prédictive linéaire [2] Tableau 1.2 : Bilan des applications industrielles de la commande prédictive non linéaire [2] I-2- Concepts de base et objectifs de la commande prédictive En générale, la majorité des techniques proposés dans la littérature pendant plusieurs années qui date de 1978 ; les sujets de recherche portent comme base commune des idées suivantes : 1. Utilisation d’un modèle du système pour construire la prédiction des signaux ; 2. Connaissance de la trajectoire à suivre ; 3. Prévenir les violations des contraintes sur les entrées et le sorties ; 4. Existence d’un critère quadratique ; 5. Existence d’un solveur élaborant en temps réel la solution optimale/sous- optimale/faisable tout en respectant les contraintes ; 6. Application du premier élément de la séquence de commandes calculées ; 7. Répétition de la procédure à la période d’échantillonnage suivante, selon le principe de l’horizon fuyant. Revue de la littérature du thème intitulé : évaluation de la performance de la commande FNLQDMC (Fast Non Linear Quadratic Dynamic Matrix Control) en minoterie 5 I-3- Réponse et prédiction Le modèle utilisé pour la prédiction dans la commande par matrice dynamique DMC est le modèle réponse indicielle. Dans l’approche classique de la commande prédictive plusieurs formes de modélisation comme la réponse impulsionnelle, représentations par fonction de transfert et par formalisme d’état sont utilisées, 1-4- Synthèse du correcteur DMC L’objectif de la commande DMC est de conduire la sortie le plus proche possible de la référence dans le sens de moindre carrée. Ainsi les variables manipulées sont choisies pour minimiser l’objectif quadratique qui peut considérer la minimisation de l’erreur future seule. (Figure 1.1) Figure 1.1 : L’allure de la commande avec DMC Revue de la littérature du thème intitulé : évaluation de la performance de la commande FNLQDMC (Fast Non Linear Quadratic Dynamic Matrix Control) en minoterie 6 Figure 1.2 : schéma fonctionnel de la structure de base de la commande DMC Les deux boucles fondamentales à remarquer sur la figure (1.2) sont le modèle et l’optimiseur. Le modèle doit être capable de capturer la dynamique de processus, de prédire les sorties futures de manière précise et sa mise en œuvre doit être facile. L’optimiseur fournit les actions de commande. En présence de contrainte, la solution est obtenue via des algorithmes itératifs, avec plus de temps de calcul, évidemment [53]. 1-5- Contraintes sur la commande et la sortie avec DMC Dans toutes les techniques de commande prédictive, les variables d’entrée, d’états et de sorties d’un système uploads/Industriel/ revue-de-la-litterature.pdf