23
Lycée Rouvière 1) Boucles de régulation juin 2014 Page 1 1) Boucles de régulation1) Boucles de régulation 1. Schématisation des boucles de régulation 2 1.1. Le schéma TI 2 1.2. Le schéma fonctionnel ou schéma bloc 4 2. Rappels de première année 5 3. Régulation en chaîne ouverte (régulation de tendance) 6 4. Modélisation 6 4.1. Mise en œuvre 6 4.2. Procédé est stable 7 4.3. Procédé instable 7 5. Régulation en chaîne fermée 8 5.1. Présentation 8 5.2. Programmation sur T2550 8 5.3. Structures des régulateurs PID 8 5.4. Structures PID 9 5.5. Déterminer la structure interne d'un régulateur 9 5.6. Réglages avec modèle 10 5.7. Réglage en chaîne fermée 11 5.7.1. Ziegler & Nichols 11 5.7.2. Méthode du Régleur 12 6. Régulation mixte (chaîne fermée et chaîne ouverte) 13 7. Régulation cascade 15 8. Régulation de rapport (ou de proportion) 18 9. Régulation parallèle (override ou de limitation) 20 10. Régulation à deux grandeurs réglantes (split range) 21 11. Régulation adaptative 23 ..................................................................................... ............................................................................................................................... ................................................................................... ............................................................................................................. ............................................................. ...................................................................................................................................... ............................................................................................................................ ....................................................................................................................... ......................................................................................................................... ........................................................................................................... ................................................................................................................................ ........................................................................................................ ................................................................................................ ............................................................................................................................. ................................................................... ............................................................................................................. ........................................................................................................ .............................................................................................................. ......................................................................................................... ................................................................. ......................................................................................................................... .................................................................................. ....................................................................... .............................................................. ..................................................................................................................

1) Boucles de Regulation

Embed Size (px)

DESCRIPTION

hkjhkjhkkkj

Citation preview

  • Lyce Rouvire 1) Boucles de rgulation

    juin 2014 Page 1

    1) Boucles de rgulation1) Boucles de rgulation

    1. Schmatisation des boucles de rgulation 21.1. Le schma TI 21.2. Le schma fonctionnel ou schma bloc 4

    2. Rappels de premire anne 53. Rgulation en chane ouverte (rgulation de tendance) 64. Modlisation 6

    4.1. Mise en uvre 64.2. Procd est stable 74.3. Procd instable 7

    5. Rgulation en chane ferme 85.1. Prsentation 85.2. Programmation sur T2550 85.3. Structures des rgulateurs PID 85.4. Structures PID 95.5. Dterminer la structure interne d'un rgulateur 95.6. Rglages avec modle 105.7. Rglage en chane ferme 11

    5.7.1. Ziegler & Nichols 115.7.2. Mthode du Rgleur 12

    6. Rgulation mixte (chane ferme et chane ouverte) 137. Rgulation cascade 158. Rgulation de rapport (ou de proportion) 189. Rgulation parallle (override ou de limitation) 2010. Rgulation deux grandeurs rglantes (split range) 2111. Rgulation adaptative 23

    ....................................................................................................................................................................................................................

    ................................................................................................................................................................................................

    ...................................................................................................................................................................................................

    ...................................................................................................................................................................................................................................................

    ....................................................................................................................................................................................................................................

    ........................................................................................................................................................................................................................................

    .............................................................................................................................................................................................................................

    ................................................................................................................................................................................

    ......................................................................................................................................................................................................................

    ..........................................................................................................................................................................

    ...........................................................................................................................................................................................................

    .....................................................................................................................................

    ..................................................................................................................

  • Lyce Rouvire 1) Boucles de rgulation

    juin 2014 Page 2

    1. Schmatisation des boucles de rgulation

    1.1. Le schma TILa norme NF E 04-203 dfinit la reprsentation symbolique des rgulations, mesures et automatisme des processus industriels. Les instruments utiliss sont reprsents par des cercles entourant des lettres dfinissant la grandeur physique rgle et leur (s) fonction (s). La premire lettre dfinit la grandeur physique rgle, les suivantes la fonction des instruments.

    TICPT

    Grandeurs rgles

    Fonctions

    Transmetteur

    de

    Pression

    Rgulateur

    Indicateur

    de

    Temprature

    Les parcours de linformation sont matrialiss par une flche dont lallure dpend du support de linformation.

    PT PC

    Transmetteur

    de

    Pression

    Rgulateurde

    Pression

    Mesurede

    Pression

    Cette instrumentation est place sur un schma reprsentant la tuyauterie et les principaux lments de linstallation. Ci-dessous une rgulation de niveau dans le ballon avec correction de tendance.

    Surchauffeur

    Turbine

    Condenseur

    FT1

    FV

    FT2

    LT

    PT

    LAH

    LAL

    LC

    LY

    +

    BALLON

    Les principales lettres utilises :

  • Lyce Rouvire 1) Boucles de rgulation

    juin 2014 Page 3

    Regulation TSTL Chap. II : Schemas

    Septembre 98 Page 27 / 31

    ANNEXE 1TABLEAU DES CODETS D'IDENTIFICATION DEVANT ETRE CONNUS

    1 2 3 4 5

    Variable mesure Premier lment Fonction Dispositif rglant Signalisation

    1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 2.4 3.1 3.2 3.3 4.1 4.2 4.3 5.1 5.2

    Signification Initiale Modifi-cateur

    ElmentprimaireCapteur

    Indica-teur

    Trans-metteur

    Enregis-treurImpri-mante

    Rgula-tion

    Commu-tationContacts

    Relaisdiverset decalcul

    Organederglage

    Action-neur

    Autono-me

    Lampetmoin

    Alarme

    A Z D FQ

    E I T R C H (H)S M

    L (L)

    Y V Z CV H(H)L M

    L (L)

    H (H)A M

    L (L)

    TensionElectrique

    E EI

    Dbit F FFFQ

    FE FIFFIFQI

    FTFITFFTFQTFFIT..

    FRFFRFQR

    FC FICFFCFRCFFICFFRC

    FSHHFSHFSMFSLFSLL

    FYFFY

    FVFFV

    FZFFZ

    FCV FLHHFFLHHFQLHHFLHFFLH...

    FAHHFFAHHFQAHHFAHFFAH..

    Courantlectrique

    I II IAHHIAH..

    Action humaine H HC,HIC

    Niveau L LE LI LT,LIT LR LCLICLRC

    LSHHLSHLSM..

    LY LV LZ LCV LLHHLLHLLM..

    LAHHLAHLAM..

    Pression P PD PE PIPDI

    PTPDT

    PRPDR

    PCPICPDCPDIC

    PSHHPDSHH...

    PYPDY

    PVPDV

    PZPDZ

    PCVPDCVPSV

    PLHHPDLHHPLH....

    PAHHPDAHHPAH...

    Temprature T TE TI TTTIT

    TR TCTIC

    TSHHTSH...

    TY TV TZ TCV TLHHTLH..

    TAHHTAH..

    Modificateur 1.3 D : diffrentiel F : fraction (rapport) Q : quantit (totalisateur, intgrateur, compteur)

    Commutation 1.3 Lampe tmoin 5.1 et Alarme 5.2 peuvent comporter un qualificatif:HH : trs haut H : haut M : milieu (intermdiaire) L : bas LL : trs bas

    2

    TSTL Cours de rgulation

    2009-2010 Page 10 sur 44

    Les principaux symboles utilises :

    Regulation TSTL Chap. II : Schemas

    Septembre 98 Page 27 / 31

    ANNEXE 1TABLEAU DES CODETS D'IDENTIFICATION DEVANT ETRE CONNUS

    1 2 3 4 5

    Variable mesure Premier lment Fonction Dispositif rglant Signalisation

    1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 2.4 3.1 3.2 3.3 4.1 4.2 4.3 5.1 5.2

    Signification Initiale Modifi-cateur

    ElmentprimaireCapteur

    Indica-teur

    Trans-metteur

    Enregis-treurImpri-mante

    Rgula-tion

    Commu-tationContacts

    Relaisdiverset decalcul

    Organederglage

    Action-neur

    Autono-me

    Lampetmoin

    Alarme

    A Z D FQ

    E I T R C H (H)S M

    L (L)

    Y V Z CV H(H)L M

    L (L)

    H (H)A M

    L (L)

    TensionElectrique

    E EI

    Dbit F FFFQ

    FE FIFFIFQI

    FTFITFFTFQTFFIT..

    FRFFRFQR

    FC FICFFCFRCFFICFFRC

    FSHHFSHFSMFSLFSLL

    FYFFY

    FVFFV

    FZFFZ

    FCV FLHHFFLHHFQLHHFLHFFLH...

    FAHHFFAHHFQAHHFAHFFAH..

    Courantlectrique

    I II IAHHIAH..

    Action humaine H HC,HIC

    Niveau L LE LI LT,LIT LR LCLICLRC

    LSHHLSHLSM..

    LY LV LZ LCV LLHHLLHLLM..

    LAHHLAHLAM..

    Pression P PD PE PIPDI

    PTPDT

    PRPDR

    PCPICPDCPDIC

    PSHHPDSHH...

    PYPDY

    PVPDV

    PZPDZ

    PCVPDCVPSV

    PLHHPDLHHPLH....

    PAHHPDAHHPAH...

    Temprature T TE TI TTTIT

    TR TCTIC

    TSHHTSH...

    TY TV TZ TCV TLHHTLH..

    TAHHTAH..

    Modificateur 1.3 D : diffrentiel F : fraction (rapport) Q : quantit (totalisateur, intgrateur, compteur)

    Commutation 1.3 Lampe tmoin 5.1 et Alarme 5.2 peuvent comporter un qualificatif:HH : trs haut H : haut M : milieu (intermdiaire) L : bas LL : trs bas

    2

    TSTL Cours de rgulation

    2009-2010 Page 10 sur 44

    Regulation TSTL Chap. II : Schemas

    Septembre 98 Page 27 / 31

    ANNEXE 1TABLEAU DES CODETS D'IDENTIFICATION DEVANT ETRE CONNUS

    1 2 3 4 5

    Variable mesure Premier lment Fonction Dispositif rglant Signalisation

    1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 2.4 3.1 3.2 3.3 4.1 4.2 4.3 5.1 5.2

    Signification Initiale Modifi-cateur

    ElmentprimaireCapteur

    Indica-teur

    Trans-metteur

    Enregis-treurImpri-mante

    Rgula-tion

    Commu-tationContacts

    Relaisdiverset decalcul

    Organederglage

    Action-neur

    Autono-me

    Lampetmoin

    Alarme

    A Z D FQ

    E I T R C H (H)S M

    L (L)

    Y V Z CV H(H)L M

    L (L)

    H (H)A M

    L (L)

    TensionElectrique

    E EI

    Dbit F FFFQ

    FE FIFFIFQI

    FTFITFFTFQTFFIT..

    FRFFRFQR

    FC FICFFCFRCFFICFFRC

    FSHHFSHFSMFSLFSLL

    FYFFY

    FVFFV

    FZFFZ

    FCV FLHHFFLHHFQLHHFLHFFLH...

    FAHHFFAHHFQAHHFAHFFAH..

    Courantlectrique

    I II IAHHIAH..

    Action humaine H HC,HIC

    Niveau L LE LI LT,LIT LR LCLICLRC

    LSHHLSHLSM..

    LY LV LZ LCV LLHHLLHLLM..

    LAHHLAHLAM..

    Pression P PD PE PIPDI

    PTPDT

    PRPDR

    PCPICPDCPDIC

    PSHHPDSHH...

    PYPDY

    PVPDV

    PZPDZ

    PCVPDCVPSV

    PLHHPDLHHPLH....

    PAHHPDAHHPAH...

    Temprature T TE TI TTTIT

    TR TCTIC

    TSHHTSH...

    TY TV TZ TCV TLHHTLH..

    TAHHTAH..

    Modificateur 1.3 D : diffrentiel F : fraction (rapport) Q : quantit (totalisateur, intgrateur, compteur)

    Commutation 1.3 Lampe tmoin 5.1 et Alarme 5.2 peuvent comporter un qualificatif:HH : trs haut H : haut M : milieu (intermdiaire) L : bas LL : trs bas

    2

    TSTL Cours de rgulation

    2009-2010 Page 10 sur 44

  • Lyce Rouvire 1) Boucles de rgulation

    juin 2014 Page 4

    Regulation TSTL Chap. II : Schemas

    3

    B. Schma fonctionnel

    Le schma fonctionnel tente de reprsenter les relations entre les diffrentes grandeurs physiques des boucles

    de rgulation. Il sera compos uniquement des lments suivants : Ligne de parcours d'une grandeur physique (fig. ligne) : Cette ligne reprsente le parcours d'une mme

    grandeur physique de la boucle de rgulation.

    Regulation TSTL Chap. II : Schemas

    2 Schema fonctionnel

    Le schema fonctionnel tente de representer les relations entre les dierentes grandeurs physiques des bouclesde regulation. Il sera compose uniquement des elements suivants : Des lignes qui representent le parcours dune grandeur physique dans la boucle de regulation.

    Terminale STL Regulation

    - Bloc gain (fig. 9) : Le bloc represente la relation entre deux grandeurs physiques, relation realiserpar un element de la boucle de regulation :

    S = H E (1)

    - Sommateur et soustracteur (fig. 10 et fig. 11) : Ce bloc represente laddition ou la soustractionde grandeurs physique de meme nature.

    Grandeur physique

    Figure 8 Ligne de parcours

    HE S

    Objet

    Figure 9 Bloc gain

    E1

    E2

    S= E1 + E2

    +

    +

    Figure 10 Sommateur

    E1

    E2

    S= E1 - E2

    +

    -

    Figure 11 Comparateur

    C K S

    M

    PerturbationZ

    Correcteur Organe de rglage

    Procd

    Capteur

    ConsigneW

    MesureX

    Grandeur rgleXY

    SYSTEME

    REGULATEUR

    Figure 12 Representation fonctionnelle dune boucle de regulation

    9

    De comparateurs qui representent laddition ou la soustraction de grandeurs physiques de meme nature.

    De blocs qui representent la relation entre deux grandeurs physiques, relation realise par un element dela boucle de regulation.

    Representation fonctionnelle dune boucle de regulation

    4

    Bloc gain : Le bloc reprsente la relation entre deux grandeurs physiques, relation raliser par un

    lment de la boucle de rgulation :

    Regulation TSTL Chap. II : Schemas

    2 Schema fonctionnel

    Le schema fonctionnel tente de representer les relations entre les dierentes grandeurs physiques des bouclesde regulation. Il sera compose uniquement des elements suivants : Des lignes qui representent le parcours dune grandeur physique dans la boucle de regulation.

    De comparateurs qui representent laddition ou la soustraction de grandeurs physiques de meme nature.

    De blocs qui representent la relation entre deux grandeurs physiques, relation realise par un element dela boucle de regulation.

    Terminale STL Regulation

    - Bloc gain (fig. 9) : Le bloc represente la relation entre deux grandeurs physiques, relation realiserpar un element de la boucle de regulation :

    S = H E (1)

    - Sommateur et soustracteur (fig. 10 et fig. 11) : Ce bloc represente laddition ou la soustractionde grandeurs physique de meme nature.

    Grandeur physique

    Figure 8 Ligne de parcours

    HE S

    Objet

    Figure 9 Bloc gain

    E1

    E2

    S= E1 + E2

    +

    +

    Figure 10 Sommateur

    E1

    E2

    S= E1 - E2

    +

    -

    Figure 11 Comparateur

    C K S

    M

    PerturbationZ

    Correcteur Organe de rglage

    Procd

    Capteur

    ConsigneW

    MesureX

    Grandeur rgleXY

    SYSTEME

    REGULATEUR

    Figure 12 Representation fonctionnelle dune boucle de regulation

    9

    S = H E

    Representation fonctionnelle dune boucle de regulation

    4

    Sommateur et soustracteur : Ce bloc reprsente l'addition ou la soustraction de grandeurs physique de

    mme nature.

    Regulation TSTL Chap. II : Schemas

    2 Schema fonctionnel

    Le schema fonctionnel tente de representer les relations entre les dierentes grandeurs physiques des bouclesde regulation. Il sera compose uniquement des elements suivants : Des lignes qui representent le parcours dune grandeur physique dans la boucle de regulation.

    De comparateurs qui representent laddition ou la soustraction de grandeurs physiques de meme nature.

    Terminale STL Regulation

    - Bloc gain (fig. 9) : Le bloc represente la relation entre deux grandeurs physiques, relation realiserpar un element de la boucle de regulation :

    S = H E (1)

    - Sommateur et soustracteur (fig. 10 et fig. 11) : Ce bloc represente laddition ou la soustractionde grandeurs physique de meme nature.

    Grandeur physique

    Figure 8 Ligne de parcours

    HE S

    Objet

    Figure 9 Bloc gain

    E1

    E2

    S= E1 + E2

    +

    +

    Figure 10 Sommateur

    E1

    E2

    S= E1 - E2

    +

    -

    Figure 11 Comparateur

    C K S

    M

    PerturbationZ

    Correcteur Organe de rglage

    Procd

    Capteur

    ConsigneW

    MesureX

    Grandeur rgleXY

    SYSTEME

    REGULATEUR

    Figure 12 Representation fonctionnelle dune boucle de regulation

    9

    Terminale STL Regulation

    - Bloc gain (fig. 9) : Le bloc represente la relation entre deux grandeurs physiques, relation realiserpar un element de la boucle de regulation :

    S = H E (1)

    - Sommateur et soustracteur (fig. 10 et fig. 11) : Ce bloc represente laddition ou la soustractionde grandeurs physique de meme nature.

    Grandeur physique

    Figure 8 Ligne de parcours

    HE S

    Objet

    Figure 9 Bloc gain

    E1

    E2

    S= E1 + E2

    +

    +

    Figure 10 Sommateur

    E1

    E2

    S= E1 - E2

    +

    -

    Figure 11 Comparateur

    C K S

    M

    PerturbationZ

    Correcteur Organe de rglage

    Procd

    Capteur

    ConsigneW

    MesureX

    Grandeur rgleXY

    SYSTEME

    REGULATEUR

    Figure 12 Representation fonctionnelle dune boucle de regulation

    9

    De blocs qui representent la relation entre deux grandeurs physiques, relation realise par un element dela boucle de regulation.

    Representation fonctionnelle dune boucle de regulation

    4

    TSTL Cours de rgulation

    2009-2010 Page 11 sur 44

    1.2. Le schma fonctionnel ou schma blocLe schma fonctionnel tente de reprsenter les relations entre les diffrentes grandeurs physiques des boucles de rgulation. Il sera compos uniquement des lments suivants :Des lignes de parcours d'une grandeur physique. Ces lignes reprsentent le parcours d'une grandeur physique de la boucle de rgulation:

    Grandeur physique

    Des blocs qui reprsentent un ou plusieurs lments de la chane de rgulation qui assure la relation entre deux grandeurs physiques, relation caractrise par la fonction de transfert. La fonction de transfert permet pour tous types de signaux davoir la relation suivante:

    s = H e

    H

    se

    Les sommateurs ou comparateurs, qui permettent laddition ou la soustraction de grandeurs physiques :

    Regulation TSTL Chap. II : Schemas

    3

    B. Schma fonctionnel

    Le schma fonctionnel tente de reprsenter les relations entre les diffrentes grandeurs physiques des boucles

    de rgulation. Il sera compos uniquement des lments suivants : Ligne de parcours d'une grandeur physique (fig. ligne) : Cette ligne reprsente le parcours d'une mme

    grandeur physique de la boucle de rgulation.

    Regulation TSTL Chap. II : Schemas

    2 Schema fonctionnel

    Le schema fonctionnel tente de representer les relations entre les dierentes grandeurs physiques des bouclesde regulation. Il sera compose uniquement des elements suivants : Des lignes qui representent le parcours dune grandeur physique dans la boucle de regulation.

    Terminale STL Regulation

    - Bloc gain (fig. 9) : Le bloc represente la relation entre deux grandeurs physiques, relation realiserpar un element de la boucle de regulation :

    S = H E (1)

    - Sommateur et soustracteur (fig. 10 et fig. 11) : Ce bloc represente laddition ou la soustractionde grandeurs physique de meme nature.

    Grandeur physique

    Figure 8 Ligne de parcours

    HE S

    Objet

    Figure 9 Bloc gain

    E1

    E2

    S= E1 + E2

    +

    +

    Figure 10 Sommateur

    E1

    E2

    S= E1 - E2

    +

    -

    Figure 11 Comparateur

    C K S

    M

    PerturbationZ

    Correcteur Organe de rglage

    Procd

    Capteur

    ConsigneW

    MesureX

    Grandeur rgleXY

    SYSTEME

    REGULATEUR

    Figure 12 Representation fonctionnelle dune boucle de regulation

    9

    De comparateurs qui representent laddition ou la soustraction de grandeurs physiques de meme nature.

    De blocs qui representent la relation entre deux grandeurs physiques, relation realise par un element dela boucle de regulation.

    Representation fonctionnelle dune boucle de regulation

    4

    Bloc gain : Le bloc reprsente la relation entre deux grandeurs physiques, relation raliser par un

    lment de la boucle de rgulation :

    Regulation TSTL Chap. II : Schemas

    2 Schema fonctionnel

    Le schema fonctionnel tente de representer les relations entre les dierentes grandeurs physiques des bouclesde regulation. Il sera compose uniquement des elements suivants : Des lignes qui representent le parcours dune grandeur physique dans la boucle de regulation.

    De comparateurs qui representent laddition ou la soustraction de grandeurs physiques de meme nature.

    De blocs qui representent la relation entre deux grandeurs physiques, relation realise par un element dela boucle de regulation.

    Terminale STL Regulation

    - Bloc gain (fig. 9) : Le bloc represente la relation entre deux grandeurs physiques, relation realiserpar un element de la boucle de regulation :

    S = H E (1)

    - Sommateur et soustracteur (fig. 10 et fig. 11) : Ce bloc represente laddition ou la soustractionde grandeurs physique de meme nature.

    Grandeur physique

    Figure 8 Ligne de parcours

    HE S

    Objet

    Figure 9 Bloc gain

    E1

    E2

    S= E1 + E2

    +

    +

    Figure 10 Sommateur

    E1

    E2

    S= E1 - E2

    +

    -

    Figure 11 Comparateur

    C K S

    M

    PerturbationZ

    Correcteur Organe de rglage

    Procd

    Capteur

    ConsigneW

    MesureX

    Grandeur rgleXY

    SYSTEME

    REGULATEUR

    Figure 12 Representation fonctionnelle dune boucle de regulation

    9

    S = H E

    Representation fonctionnelle dune boucle de regulation

    4

    Sommateur et soustracteur : Ce bloc reprsente l'addition ou la soustraction de grandeurs physique de

    mme nature.

    Regulation TSTL Chap. II : Schemas

    2 Schema fonctionnel

    Le schema fonctionnel tente de representer les relations entre les dierentes grandeurs physiques des bouclesde regulation. Il sera compose uniquement des elements suivants : Des lignes qui representent le parcours dune grandeur physique dans la boucle de regulation.

    De comparateurs qui representent laddition ou la soustraction de grandeurs physiques de meme nature.

    Terminale STL Regulation

    - Bloc gain (fig. 9) : Le bloc represente la relation entre deux grandeurs physiques, relation realiserpar un element de la boucle de regulation :

    S = H E (1)

    - Sommateur et soustracteur (fig. 10 et fig. 11) : Ce bloc represente laddition ou la soustractionde grandeurs physique de meme nature.

    Grandeur physique

    Figure 8 Ligne de parcours

    HE S

    Objet

    Figure 9 Bloc gain

    E1

    E2

    S= E1 + E2

    +

    +

    Figure 10 Sommateur

    E1

    E2

    S= E1 - E2

    +

    -

    Figure 11 Comparateur

    C K S

    M

    PerturbationZ

    Correcteur Organe de rglage

    Procd

    Capteur

    ConsigneW

    MesureX

    Grandeur rgleXY

    SYSTEME

    REGULATEUR

    Figure 12 Representation fonctionnelle dune boucle de regulation

    9

    Terminale STL Regulation

    - Bloc gain (fig. 9) : Le bloc represente la relation entre deux grandeurs physiques, relation realiserpar un element de la boucle de regulation :

    S = H E (1)

    - Sommateur et soustracteur (fig. 10 et fig. 11) : Ce bloc represente laddition ou la soustractionde grandeurs physique de meme nature.

    Grandeur physique

    Figure 8 Ligne de parcours

    HE S

    Objet

    Figure 9 Bloc gain

    E1

    E2

    S= E1 + E2

    +

    +

    Figure 10 Sommateur

    E1

    E2

    S= E1 - E2

    +

    -

    Figure 11 Comparateur

    C K S

    M

    PerturbationZ

    Correcteur Organe de rglage

    Procd

    Capteur

    ConsigneW

    MesureX

    Grandeur rgleXY

    SYSTEME

    REGULATEUR

    Figure 12 Representation fonctionnelle dune boucle de regulation

    9

    De blocs qui representent la relation entre deux grandeurs physiques, relation realise par un element dela boucle de regulation.

    Representation fonctionnelle dune boucle de regulation

    4

    TSTL Cours de rgulation

    2009-2010 Page 11 sur 44

  • Lyce Rouvire 1) Boucles de rgulation

    juin 2014 Page 5

    partir dun schma TI, on peut construire le schma fonctionnel correspondant.Exemple, une rgulation de pression :

    PTPI

    C

    Qe Qs

    X

    YW

    C H1 H2

    R

    Qs

    Qe

    W

    X

    Y

    Schma TI Schma Fonctionnel

    2. Rappels de premire anne

    RGULATIONRgulation de pression

    Qe Qs

    PYPT

    PC

    i/p

    GRANDEURSRgle = Pression P1Rglante = Dbit Qe

    Perturbatrice = Dbit QsP1

    PV

    transmetteur de pression

    rgulateur de pression

    convertisseur i/p

    vanne de rgulation

    Rgulation de niveau

    QeQs

    LY

    LT

    LC

    i/p GRANDEURSRgle = Niveau LRglante = Dbit Qe

    Perturbatrice = Dbit Qs

    LV transmetteur de niveau

    rgulateur de niveau

    convertisseur i/p

    vanne de rgulation

    L

    INSTRUMENTATIONVanne de rgulation

    PVvanne

    pneumatique

    PVElectrovanne

    S

    PVvanne avec

    positionneur

    Corp de vanne

    ServomoteurPositionneur

    Cv = 1, 16p

    dQpP

    densitm /h3

    bar

    p

    Rgulation de dbit

    Qe

    FY

    FT

    FC

    i/pGRANDEURS

    Rgle = Dbit QeRglante = Section ouverture vanne

    Perturbatrice = Pression P1

    FV

    transmetteur de dbit

    rgulateur de dbit

    convertisseur i/p

    vanne de rgulation

    P1diaphragme

    Rgulation de temprature

    Qe

    TC

    GRANDEURSRgle = Temprature de l'eauRglante = Puissance du four

    Perturbatrice = Dbit Qe

    transmetteur de temprature

    rgulateur de temprature

    TT

    Capteur de dbit

    Qv

    PDT

    transmetteur de pression diffrentielle

    diaphragme

    FY

    extracteur deracine carre

    mesure de dbit

    mesure de P

    Qv = k pP

    tuyreventuri

    p

  • Lyce Rouvire 1) Boucles de rgulation

    juin 2014 Page 6

    3. Rgulation en chane ouverte (rgulation de tendance)Il ne sagit pas proprement parler de rgulation, car cette technique nutilise pas la mesure pour dterminer la commande du rgulateur. On suppose que lon connat parfaitement la fonction de transfert du systme H(p) et quil ny a pas de perturbation. Il suffit alors de prendre C(p)=H-1(p). Le systme peut alors tre reprsent de la manire suivante :

    H(p)w xy

    H(p)

    1

    Mais la fonction de transfert relle H(p) varie en fonction du point de fonctionnement et les systmes rels sont soumis des perturbations. De plus pour certaine fonction de transfert (retard), H-1(p) nexiste pas. On utilisera ce type de commande uniquement si la mesure de la grandeur rgle est difficile et le systme facilement modlisable.

    4. Modlisation

    4.1. Mise en uvreAutour du point du fonctionnement, on relve la rponse du systme, un petit chelon du signal de sortie Y du rgulateur. Attention ne pas saturer la mesure X.

    SystmeEchelon Mesures

    Y X

    Rgulateuren Manu

    Capteur de niveau

    PDT

    Capteur depression diffrentielle

    mesure de niveau

    L

    h

    P = g h

    flotteur

    plongeur

    x f

    Capteur de temprature

    TC

    transmetteur de temprature

    rgulateur de temprature

    TT

    V Alimentationthermocouple

    TCTT

    V

    PT100montage 3 fils

    T = f(E)

    T = f(R)

    soudure chaude

    soudure froide

  • Lyce Rouvire 1) Boucles de rgulation

    juin 2014 Page 7

    4.2. Procd est stable

    partir des constructions, on calcule : Le gain statique : K = X/Y ; Le retard : T = t1 - t0 ; La constante de temps : = t2 - t1.

    On privilge cette mthode si T est proche de 0.Ou avec une autre mthode, dite mthode de Broda :

    partir des constructions, on calcule : Le gain statique : K = X/Y ; Le retard : T = 2,8(t1-t0) - 1,8(t2-t0). Attention T doit tre positif ; La constante de temps : = 5,5(t2-t1).

    4.3. Procd instable

    partir des constructions, on calcule : Le retard : T = t1 - t0 ; Le temps intgrale = t2 - t1 ;

    Allure des signauxS

    ignaux

    Temps tto

    l'angle

    Y

    X

    t1 t2

    !X !Y

    63% de !X

    Modle de Laplace

    H (p) = KeTp

    1+ p

    Allure des signaux

    Sig

    naux

    Temps tto

    Y

    X

    t1 t2

    !X!Y

    28% de !X

    40% de !X

    Modle de Laplace

    H (p) = KeTp

    1+ p

    Allure des signaux

    Sig

    naux

    Temps tto

    l'angle

    Y

    X

    t1 t2

    Modle de Laplace

    H (p) = eTp

    p

  • C(p)

    w

    x

    +-

    y

    Lyce Rouvire 1) Boucles de rgulation

    juin 2014 Page 8

    5. Rgulation en chane ferme

    5.1. PrsentationC'est la rgulation que vous avez tudie jusqu' prsent. La mesure est compare la consigne afin de calculer le signal de commande. Le systme, avec une perturbation z, peut tre reprsent de la manire suivante :

    w x+-

    C(p)y

    H(p) +-

    z Hz(p)

    5.2. Programmation sur T2550

    !"##$%&&'()*+,-

    .()/0"

    1234567480&6!400008094:;2!2

  • Lyce Rouvire 1) Boucles de rgulation

    juin 2014 Page 9

    5.4. Structures PIDLe triplet, gain proportionnel A, temps intgral Ti et temps driv Td, dfinit trois structures qui sont reprsentes sur les figures suivantes.

    Remarque : Les rgulateurs lectroniques (tous ceux de la salle de travaux pratiques) ont une structure mixte.5.5. Dterminer la structure interne d'un rgulateurOn observe la commande dun rgulateur en rponse un chelon derreur. La rponse Y est alors compose de trois parties distincts :

    Y

    E +

    +

    +

    100X p

    T dddt

    1Ti

    Z

    Y

    E+

    +

    +100X p

    1Ti

    Z

    T dddt

    +

    +

    YE+

    +1Ti

    ZT d

    ddt

    100X p

    Structure parallle

    C(p) = A + 1Ti p

    +Td p

    C(p) = 1+ ATi p +TiTd p2

    Ti pStructure mixte

    C(p) = A(1+ 1Ti p

    +Td p)

    C(p) = A1+Ti p +TiTd p2

    Ti pStructure srie

    C(p) = A(1+ 1Ti p

    )(1+Td p)

    C(p) = A1+ (Ti +Td )p +TiTd p2

    Ti p

    Un pic rsultant de laction drive ; Un chelon rsultant de laction proportionnelle ; Une rampe rsultant de laction intgrale.

    Consigne

    Mesure

    Commande

    i

    Action proportionnelle

    Action intgrale

    Action driv

    p

    t0

    Ti

  • Lyce Rouvire 1) Boucles de rgulation

    juin 2014 Page 10

    La figure ci-avant montre les constructions ncessaires la dtermination de p et i, permettant de dterminer la structure du rgulateur. Le tableau suivant permet de connatre la valeur de ces deux en fonction de la structure du rgulateur.

    5.6. Rglages avec modle

    Le facteur de rglabilit kr = T/, permet de connatre quel type de rgulation PID utiliser :

    La rgulation PID, avec un seul correcteur, est dautant moins efficace que : le rapport T/ est suprieur 0,5 ; la perturbation z est trop importante.

    partir des tableaux suivants, on dtermine les rglages du correcteur PID :Modle stable

    Modle instable

    Note : On rappelle que le correcteur PI srie est un correcteur PID mixte avec Td = 0.

    StructureMixteSrie

    Parallle

    pKp

    Kp(1+Td/Ti)Kp

    iKpKp

    Modle stable

    H (p) = KeTp

    1+ p

    Modle instable

    H (p) = eTp

    p

    TOR 0,05 P 0,1 PI 0,2 PID 0,5 Autre

    A = 100Xp

    Ti

    Td

    P

    0,8K kr

    0

    PI srie

    0,8K kr

    0

    PI //

    0,8K kr

    1,25K T

    0

    PID srie

    0,83K kr

    0,4T

    PID //

    0,83K

    ( 1kr

    + 0,4)

    K T0,75

    0,35K

    PID mixte

    0,83K

    ( 1kr

    + 0,4)

    + 0,4T

    Tkr + 2,5

    A = 100Xp

    Ti

    Td

    P

    0,8kr

    0

    PI srie

    0,8kr

    5T

    0

    PI //

    0,8kr

    kr T0,15

    0

    PID srie

    0,85kr

    4,8T

    0,4T

    PID //

    0,9kr

    kr T0,15

    0,35kr

    PID mixte

    0,9kr

    5,2T

    0,4T

  • Lyce Rouvire 1) Boucles de rgulation

    juin 2014 Page 11

    5.7. Rglage en chane ferme5.7.1. Ziegler & NicholsLa mthode de ZieglerNichols est une mthode heuristique de rglage d'un rgulateur PID. Elle utilise une identification du systme en boucle ferme. Elle ne nous donne pas proprement parl un modle, mais nous permet de relever deux caractristiques du procd qui nous permettront de dterminer un rglage satisfaisant.Le systme est en rgulation proportionnelle (actions intgrale et drive annules). On diminue la bande proportionnelle Xp jusqu' obtenir un systme en dbut d'instabilit, le signal de mesure X et la sortie du rgulateur Y sont priodiques, sans saturation.

    Sig

    naux

    Temps t

    Y

    XX

    Y

    Tc

    On relve alors la valeur du gain critique Ac rgl, ainsi que la priode des oscillations Tc. Les valeurs de Tc et de Ac permettent de calculer les actions PID du rgulateur l'aide du tableau fourni ci-aprs.

    Remarques : La mthode de Ziegler-Nichols donne un gain agressif et favorise les dpassements ; Pour les applications qui ont besoin de dpassements minimaux voire nuls, la mthode

    de Ziegler-Nichols est inapproprie ; Le principal intrt de cette mthode est sa grande simplicit: il n'est pas ncessaire de

    dterminer la fonction de transfert H(p) du systme pour en raliser la correction.

    PID mixte

    Ac

    1, 7

    Tc

    2

    Tc

    8

    PI srie

    Ac

    2, 2

    Tc

    1, 2

    0

    P

    Ac

    2

    0

    A = 100Xp

    Ti

    Td

  • Lyce Rouvire 1) Boucles de rgulation

    juin 2014 Page 12

    5.7.2. Mthode du RgleurLe rglage du rgulateur se fait par petit pas. Le systme fonctionnant en boucle ferme, autour du point de consigne, on observe la rponse de la mesure un chelon de consigne.1) En rgulation proportionnelle, on cherche la bande proportionnelle correcte en observant la rponse du systme un chelon de consigne :

    2) En rgulation proportionnelle drive, on cherche le temps driv correct en observant la rponse du systme un chelon de consigne :

    3) En rgulation proportionnelle intgrale drive, on cherche le temps intgral correct en observant la rponse du systme un chelon de consigne :

    Remarques : Si Td amne des instabilits pour de petites valeurs, on prfrera prendre Td = 0 ; Lordre PDI permet un rglage plus fin de laction D que lordre PID.

    Xp varieTd = 0Ti =

    Temps

    Mesu

    re

    Xp trop petit

    Xp trop grand

    Xp correct

    Xp fixTd varie

    Ti =

    Temps

    Mesure

    Td trop petit

    Td trop grand

    Td correct

    Xp fixTd fixTi varie

    Temps

    Mesure

    Ti trop petit

    Ti trop grand

    Ti correct

    W

  • Lyce Rouvire 1) Boucles de rgulation

    juin 2014 Page 13

    6. Rgulation mixte (chane ferme et chane ouverte)

    6.1. PrsentationUne telle boucle est utile lorsquune perturbation a un poids important et que la mesure ne varie pas rapidement suite cette perturbation. On utilise la mesure d'une perturbation pour compenser ses effets sur la grandeur rgle. Le systme peut alors tre reprsent de la manire suivante:

    w x+-

    C(p)y

    ++

    H(p) +-

    z Hz(p)

    G(p)

    Le correcteur de tendance G(p) peut tre un simple gain, un module avance/retard ou un oprateur plus complexe. Le rgulateur utilisera deux mesures (x et z), deux correcteurs (C(p) et G(p)).6.2. Programmation sur T2550

    !"##$%&&'()*+,-

    .()/0"

    1234567480&6!400008094:;2!2EUROTHERMEUROTHERMEUROTHERMEUROTHERM Main (ROOT)File: T2550_02.DBF DB: T2550_02.DBF

    Issue: Date: 11/06/11Page: 1 of 14

    PV OPPV OP

    PV

    PV1

    PV2

    OP

    La boucle est compos de deux mesures (grandeur rgle et perturbation), dun correcteur PID, dun additionneur (ADD2) et dune sortie.6.3. Dtermination thorique dun correcteur statiqueLe module G(p) doit permettre lannulation de linfluence de la perturbation.

    On cherche avoir dxdz

    = 0 . Or x = (HG Hz )z + HC HG Hz = 0 .

    Il faut donc prendre G = Hz (0)H (0)

    .

  • Lyce Rouvire 1) Boucles de rgulation

    juin 2014 Page 14

    6.4. Dtermination pratique dun correcteur statique Choisir un point de fonctionnement et relever les valeurs de la mesure x1, la

    commande y1 et de la perturbation z1. Faire varier la perturbation z. Faire revenir la mesure la valeur x1. Relever les valeurs de la commande y2 et la perturbation z2.

    Le gain du correcteur statique est :G = y2 y1z2 z1

    .

    6.5. Dtermination dun correcteur dynamique A/RCette fois :Kg est dtermin de la mme manire que prcdemment.

    On note T (respectivement Tz) le retard de H(p) (respectivement Hz(p)). On note (respectivement z) la constante de temps de H(p) (respectivement Hz(p)). On note n (respectivement nz) lordre de H(p) (respectivement Hz(p)).

    Si nzz+Tz < n +T : Prendre a = n +T - (nzz+Tz) et r a/20Sinon : Ne pas prendre de module A/R.6.6. Exemple

    Eau

    TT

    TI

    C

    FIT

    w

    Four

    Y

    xz

    TY

    1

    TY

    2

    +

    Dans la rgulation de temprature ci-dessus, la mesure du dbit du liquide chauff permet d'anticiper la baisse de temprature engendre par son augmentation.

  • Lyce Rouvire 1) Boucles de rgulation

    juin 2014 Page 15

    On observe lvolution de la temprature pour la mme augmentation du dbit, avec diffrentes solutions pour TY2.

    Sans tendance

    Module Gain

    Module AR

    7. Rgulation cascade

    7.1. PrsentationUne rgulation cascade est compose de deux boucles imbriques. Une mesure intermdiaire est contrle par la boucle esclave. La boucle matre contrle la grandeur rgle de la rgulation, sa commande est la consigne de la rgulation esclave.

    x1+ - C1(p) y1

    z Hz(p)

    H2(p) H1(p)+-

    C2(p)w1

    +- y2

    2w2

    Si la grandeur intermdiaire est la grandeur rglante de H1(p), on parle de cascade sur la grandeur rglante. Sinon, on parle de cascade sur une grandeur intermdiaire. Ce type de rgulation se justifie quand on a une grande inertie du systme vis--vis d'une perturbation sur la grandeur rglante, ou sur une grandeur intermdiaire.Il faut d'abord rgler la boucle interne, puis la boucle externe avec le rgulateur esclave ferme.

  • Lyce Rouvire 1) Boucles de rgulation

    juin 2014 Page 16

    7.2. Programmation sur T2550

    !"##$%&&'()*+,-

    .()/0"

    1234567480&6!400008094:;2!2.2&4,AO(T/

    EUROTHERMEUROTHERMEUROTHERMEUROTHERM Main (ROOT)File: T2550_02.DBF DB: T2550_02.DBF

    Issue: Date: 11/06/11Page: 1 of 14

    PV OP

    PV

    OPPV RSP OP

    La boucle est compose de deux mesures (grandeur rgle de la boucle esclave et matre), de deux correcteurs PID et dune sortie. Ne pas oublier dactiver la consigne distance (EnaRem) et de la slectionner (SelRem) dans SelMode de la boucle esclave.7.3. Cascade sur une grandeur intermdiaireLe produit scher est soumis un de lair chaud pour faire baisser son taux dhumidit. Plus le temps pass dans le scheur par le produit scher sera grand, plus le taux dhumidit relative du produit sch sera bas. On contrle ce taux dhumidit en agissant sur la vitesse de la vis dArchimde. La temprature du produit est la grandeur rgle par la boucle esclave.

    M3

    MY

    MIC

    MTTTTIC

    Scheur

    Produit sch

    Produit scher

    Arrive air chaud

    vacuationair humide

    Transporteur hlice

  • Lyce Rouvire 1) Boucles de rgulation

    juin 2014 Page 17

    7.4. Cascade sur la grandeur rglanteOn peut utiliser une rgulation cascade dans une rgulation de niveau. Le niveau dans le rservoir est la grandeur rgle par la boucle matre. Le dbit dalimentation est la grandeur rglante de la boucle matre et la grandeur rgle de la boucle esclave. La pression Pin est la principale perturbation de la boucle esclave. Qout est la principale perturbation de la boucle matre.

    S

    LTLIC

    FIC

    FT

    Qin Qout

    FV1

    Rservoir

    Pin

    On observe ci-aprs lvolution du niveau en rponse une variation de la pression Pin. Linfluence de cette mme perturbation a t observe pour une boucle simple et une boucle cascade. Lapport de la cascade est sans quivoque.

    Sans cascade

    Avec cascade

  • Lyce Rouvire 1) Boucles de rgulation

    juin 2014 Page 18

    8. Rgulation de rapport (ou de proportion)

    8.1. PrsentationOn utilise une rgulation de rapport quand on veut un rapport constant entre deux grandeurs rgles x1 et x2 (x2/x1 = constante). Dans l'exemple ci-dessus, la grandeur pilote x1 est utilise pour calculer la consigne de la boucle de rgulation de la grandeur x2.

    +

    -C(p)

    y2H2(p)

    H1(p)

    x1

    x2

    y1

    Kw2

    8.2. Programmation sur T2550[image.wmf]La rgulation est compose de deux boucles (boucle menante et mene), la mesure de la menante servant au calcul de la consigne de la boucle mene. Ne pas oublier dactiver la consigne distance (EnaRem) et de la slectionner (SelRem) dans SelMode de la boucle mene.

    !"##$%&&'()*+,-

    .()/0"

    1234567480&6!400008094:;2!2.2&7/*//

    6&&"I('*

    6+SS(*?/0"

    EUROTHERMEUROTHERMEUROTHERMEUROTHERM Main (ROOT)File: T2550_02.DBF DB: T2550_02.DBF

    Issue: Date: 13/06/11Page: 1 of 14

    PV PV

    PV PV

    PV

    PV1

    OP OP

    OP

    OP OP

    RSP

  • Lyce Rouvire 1) Boucles de rgulation

    juin 2014 Page 19

    8.3. ExempleOn peut utiliser une rgulation de rapport pour tablir le rapport air/combustible d'une rgulation de combustion.

    Brleur

    Qair

    Qgaz

    FT2

    FT1

    FIC1

    FIC2

    FY1

    k

    w1

    x1y1

    x2

    w2

    y2

    Exemple de calcul de l'oprateur FY1 :Dans l'exemple ci-dessus, on suppose que pour avoir une combustion complte, on doit avoir un dbit d'air cinq fois suprieur au dbit de gaz : Qair = 5 Qgaz.L'tendue de mesure du transmetteur de dbit d'air est rgle sur 0-10 kg/h. Celui du dbit de gaz sur 0-3 kg/h. On a donc les relations suivantes entre les signaux des transmetteurs et les dbits :

    Calculs :

    Qair = 10 x2100

    et Qgaz = 3x1100

    Qair = 5 Qgaz 10 x2100

    = 5 3 x1100

    x1 = x2 1015 k = 0,67

    Ainsi, si l'on considre l'erreur statique de la boucle 1 est nulle, l'oprateur FY1 multiplie la mesure de dbit d'air par 0,67 pour dterminer la consigne de dbit de gaz. Remarque : Le choix de l'tendue de mesure de chaque transmetteur n'est pas trs judicieux dans cet exemple (c'est fait exprs...). On s'attachera dans la pratique choisir un rglage des transmetteurs entranant la suppression de l'oprateur FY1 (1).

    100 %0 x2

    0 Qair 10 kg/h

    100 %0 x1

    0 Qgaz 3 kg/h

  • Lyce Rouvire 1) Boucles de rgulation

    juin 2014 Page 20

    9. Rgulation parallle (override ou de limitation)

    9.1. PrsentationDans certain procd, il apparat ncessaire quelquefois de surveiller deux grandeurs, pour des raisons de scurit ou pour assurer le fonctionnement du procd. Dans ce cas, on utilise une rgulation dite parallle. Elle utilise deux grandeurs rgles, deux correcteurs diffrents et un seul organe de rglage. Un slecteur choisi la commande la plus adapte.

    x+ - C1(p)

    y1 z Hz(p)

    H2(p) H1(p)+ -

    C2(p)