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Université M’hamed Bougara de Boumerdes Faculté des Sciences et Technologies Dé

Université M’hamed Bougara de Boumerdes Faculté des Sciences et Technologies Département de Génie mécanique Filière : Energétique Module ; Asservissement et régulation Thème : régulation Industrielle Groupe : B Réalisé par : Bouzidi khaled Z150429 Amraoui abderrahmane 161631031726 Année universitaire 2019-2020 1. Introduction à la régulation Les avancées technologiques de la fin du 20ème siècle par l'invention des automates ont constitué un réel progrès pour le développement de divers domaines tels que: ←les transports: pilotes automatiques dans l'aviation, contrôle ou de la vitesse pour les métros automatisés, régulateurs embarqués dans les voitures ←l'industrie de la chimie: contrôle des mélanges réactifs, réaction chimique sous contrôle de température à l'électronique: chipset ou sur les machines à laver le linge Le principe de fonctionnement d'un dispositif de contrôle/commande doit stabiliser une grandeur (la "variable contrôlée") autour d'une valeur cible dite "consigne" en pilotant avec une technique de contrôle, un ou plusieurs équipements actifs. Ce pilotage est réalisé grâce à un organe de réglage appelé "actionneur". Nous pouvons classer ces techniques de contrôle en trois catégories principales: les contrôleurs classiques, le contrôle optimal et prédictif et les contrôleurs évolués issus de l'intelligence artificielle. 1. 2 Asservissement et régulation 1.2 Asservissement Un système asservi est un système dit suiveur, c’est la consigne qui varie : exemple ; une machine outil qui doit usiner une pièce selon un profil donné, un missile qui poursuit une cible. 1.3 Régulation Dans ce cas, la consigne est fixée et le système doit compenser l’effet des perturbations, à titre d’exemple, le réglage de la température dans un four, de la pression dans un réacteur, le niveau d’eau dans un réservoir. 1 2. Critères de performance d’une régulation La figure suivante illustre un procédé régulé par une boucle fermée. Dans ce cas l’association procédé et instruments constitue un système asservi, de ce fait la réponse à un échelon de consigne est généralement du type apériodique. GRANDEURS PERTURBATRICES ORGANE DE PROCEDE INSTRUMENT REGLAGE MESURE Signal de commande Signal de mesure OP; Y REGULATEUR PV; X Procédé et boucle de régulation Consigne SP; W Pour un système de régulation, les spécifications restent souvent vagues en raison surtout de la grande diversité de problèmes de régulation. Les critères qualitatifs à imposer dépendent d’abord de la nature du processus à régler. A titre d’exemple, on ne peut imposer aveuglément un processus transitoire rapide ou un taux d’amortissement de 0,75 pour n’importe quel système. En effet l’asservissement d’un ascenseur (qui nécessite un confort pour les passagers) ne tolère pas par exemple 2 d’accélération. Les dépassements de la pression régulée dans un réacteur nucléaire ne doivent pas atteindre les seuils limites de tarage des soupapes de sécurité etc... Les performances d’une régulation peuvent se définir à partir de l’allure du signal de mesure suite à un échelon de consigne. Notons toutefois que les critères de performances classiques peuvent se résumer comme suit : Stabilité : Cette condition est impérative mais avec un certain degré de stabilité (marge de sécurité). En général on impose une marge de gain de 2 à 2.5. L’utilisateur parle en termes de «pompage». Précision : L’exploitant demande à ce que le système possède une bonne précision en régime permanent d’où une nécessite de mettre un régulateur PI ou d’afficher un gain important dans le cas d’un régulateur P. Rapidité : On demande en pratique que le système soit capable rapidement de compenser les perturbations et de bien suivre la consigne. Dépassement : En général on recommande un système de régulation dont le régime transitoire soit bien amorti et dont le dépassement ne dépasse pas 5 à 10% la valeur nominale. 2.1 Stabilité Le système constitué du procédé et de la boucle de régulation est dit stable, si soumis à une variation de consigne, la mesure retrouve un état stable, dans le cas contraire le système est dit instable. Pour un système stable, le temps écoulé pour retrouver la stabilité constitue le régime transitoire. Réponse indicielle d’un système stable 3 Réponse indicielle d’un système instable 2.2 Paramètres de la réponse d’un système stable 2.2.1 Précision Elle est définit à partir de l’erreur statique en régime stable comme le montre la figure suivante : Erreur de précision (%) = ( /C).100 Exemple : pour C = 10 % et = 2 % erreur de précision est : (2/10).100 = 20 % 2.2.2 Amortissement 4 Il est défini par l’allure de la réponse. Les différents types de réponses sont représentés par les figures suivantes : Système très amorti Système bien amorti 5 Système peu amorti L’amortissement s’exprime généralement de deux façons : Amortissement par période = D2 / D1 Dépassement (%) = D1.100 / M D1, D2 et M sont exprimés par les mêmes unités ( mm, %, unité physique) Exemple : Pour D1 = (1.36-0.8) = 0.56 V 6 D2 = (1.09 -0.8) = 0.29 V M=0.8V L’amortissement par période est : 0.29/0.56 = 0.518 Le dépassement est : (0.56/0.8).100= 70 % 2.2.3 Rapidité Elle traduit pratiquement la durée transitoire. Plus précisément, elle s’exprime par le temps de réponse Te ou temps d’établissement, qui est le temps mis par la mesure pour atteindre sa valeur définitive à 5 % de sa variation tout en se maintenant dans cette zone des 5 %. Rapidité = temps de réponse Te Les figures suivantes représentent des réponses oscillatoires amorties. Te : correspond au temps mis pour atteindre 95 % ou 105% de la valeur finale de M. Te = 6 s 7 Te = 16.5 s La figure suivante illustre le cas d’une réponse apériodique, Te correspond au temps mis pour atteindre les 95 % de M. Te = 14.5 s 8 2.3 Critères de performance d’une régulation : Précision, amortissement, rapidité, permettent d’exprimer les performances d’une régulation. En règle générale, on cherche à obtenir un temps de réponse Te et un amortissement par période faibles. On peut retenir le chiffre de 15% comme valeur moyenne acceptable de dépassement. Insistons sur le fait que si la mise au point de la régulation est effectuée à partir d’une réponse due à des changements de consigne, c’est généralement à des variations de grandeurs perturbatrices que la régulation est soumise. La théorie montre que si la stabilité qui est la condition indispensable, est assurée dans le premier cas, elle le sera dans le second, mais l’allure du transitoire sera différente. pour réguler un procédé, il faut : • Mesurer la grandeur réglée avec un capteur. • Réfléchir sur l'attitude à suivre : c'est la fonction du régulateur. Le régulateur compare la grandeur réglée avec la consigne et élabore le signal de commande. • Agir sur la grandeur réglant par l'intermédiaire d'un organe de réglage c’est l’actionneur. Cependant, chaque procédé possède ses exigences propres, chaque appareil possède ses propres conditions de fonctionnement. Il est donc indispensable que la régulation soit conçue pour satisfaire aux besoins particuliers liés à la sécurité, aux impératifs de production et aux matériels 3 Boucles de régulation Boucle ouverte et boucle fermé : 3.1 Boucle ouverte Une boucle est dite ouverte si la grandeur de la correction est indépendante de la grandeur de la mesure, le régulateur est en mode manuel.le mode manuel consiste à laisser à l’utilisateur le choix de la valeur du signal de commande appliquée à l’actionneur. Figure 3-1 9 3.2 Boucle fermé Une boucle est dite fermé si la grandeur de la mesure affecte la grandeur de la correction (grandeur manipulée). Figure 3-2 4 Régulateur PID. Le régulateur PID, appelé aussi correcteur PID (proportionnel, intégral, dérivé) est un système de contrôle permettant d’améliorer les performances d'un asservissement, c'est-à-dire un système ou procédé en boucle fermée. C’est le régulateur le plus utilisé dans l’industrie où ses qualités de correction s'appliquent à de multiples grandeurs physiques. 4.1 Principe PID : Proportionnel Intégral Dérivé C’est un organe de contrôle permettant d’effectuer une régulation en boucle fermée d’un système industriel. C’est le régulateur le plus utilisé dans l’industrie, et il permet de contrôler un grand nombre de procédés. L'erreur observée est la différence entre la consigne et la mesure. Le PID permet 3 actions en fonction de cette erreur : À la vue des actions correctrices du régulateur, la méthode du régleur permet d’ajuster le paramétrage des régulateurs PID, soit les actions P pour proportionnelle, I pour intégrale et D pour dérivée. 10 Dans son application, il est nécessaire de maîtriser des phénomènes physiques et surtout d’anticiper les effets des modifications apportées. Elle est largement répandue dans l'industrie. En règle générale, l’adaptation des paramètres peut être pratiquée en situation de maintenance, car elle est facile à mettre en œuvre et n’impose pas l'arrêt du système. Une modification progressive des conditions d’exploitation (usure, vanne, température, viscosité d'un liquide, pression, débit...) influence la fonction de transfert et peut nécessiter d’apporter des correctifs au régulateur. P → L'action P s’apparente à la vitesse et à la rapidité. Elle répond de manière instantanée à l’écart constaté sur la grandeur à régler ; par son gain, elle permet de vaincre les inerties du système. Le régulateur P est appréciable lorsque la précision n'est uploads/Management/ khaled.pdf