77

Boucles de rgulation

1 Rgulation en boucle ferme

Autres appellations : Boucle ferme simple.Rgulation posterioriFeedback control

1.1 Principe :

Dans ce type de rgulation, laction correctrice seffectue aprs que les effets desgrandeurs perturbatrices aient produit un cart entre la mesure et la consigne. Cet cart peut tre galement provoqu par un changement de consigne. Dans les deux cas, le rle de la boucle ferme est dannuler lcart.

Aspect asservissement Aspect Rgulation

Rponse de la temprature Rponse de la temprature uneUn changement de consigne. Variation de dbit de charge.

Qc : Dbit de charge (fluide rchauffer)Qr : Dbit rglant (fluide caloporteur)Ts : Temprature rglerM : MesureC : ConsigneS : Sortie du rgulateur

Chapitre 8

78

1.2 Choix du sens daction du rgulateur :

Le choix du sens daction du rgulateur est fonction du sens daction du rgulateur est fonction du sens daction de lensemble vanne positionneur et du sens de variation de la grandeur rgle par rapport la grandeur rglante.

Le sens daction dun ensemble vanne positionneur est direct si la vanne souvre lorsque le signal de commande augmente et inverse dans le sens contraire.

Dans le cas de la figure prcdente, lorsque la temprature Ts augmente (suite une diminution de charge par exemple) et scarte du point de consigne, lensemble vanne positionneur tant direct, la sortie du rgulateur TIC doit diminuer pour baisser le dbit de vapeur. Le rgulateur est de sens inverse.

1.3 Rle des actions dans la boucle ferme1.3.1 Rle de laction proportionnelle ( P )

Le rle de laction proportionnelle est dacclrer la rponse de la mesure, ce qui a pour consquence de rduire lcart entre la mesure et la consigne.

Ltude de laction proportionnelle sur un systme naturellement stable en boucle ferme, montre que lors dun changement de consigne, le rgime permanent atteint un cart rsiduel

= C/ ( 1 + Gs.Gr ) AvecGr : gain du rgulateurGs : gain du procd.C : variation de consigne

Une augmentation de Gr, acclre la rponse du procd, provoque une diminution de lcart rsiduel , mais rend la mesure de plus en plus oscillatoire.La valeur optimale de Gr est celle qui donne la rponse la plus rapide, avec un bon amortissement ( ne dpassant pas 15 % ).

ltude de laction proportionnelle sur un procd instable (aussi appel intgrateur) , montre que lors dune variation de consigne, la mesure rejoint la consigne , la mesure rejoint la consigne dans tous les cas.

Lors dune perturbation, la mesure scarte de la consigne, la rgulation proportionnelle tend la ramener tout en laissant subsister un cart rsiduel , lorsque le rgime permanent est atteint.

Pour : C = 10 % , Gr = 2, Gs = 1.5 on obtient = 2.5 %

79

1.3.2 Rle de laction Intgrale :

Le rle de laction intgrale est dannuler lcart entre la mesure et la consigne. Le signal de sortie du rgulateur en intgrateur seul est proportionnel lintgrale de lcart mesure-consigne.

Laction intgrale est gnralement associe laction proportionnelle.

Comme dans le cas de laction proportionnelle, une augmentation excessive de laction intgrale (diminution de Ti) peut tre source dinstabilit.Ltude de laction intgrale sur un systme stable est donne par les figures suivantes pour un test en asservissement et un autre en rgulation.

Le comportement de laction intgrale sur un procd instable, est sensiblement le mme que sur un procd stable. Il faut noter que laction intgrale est ncessaire

Test en asservissement sur un procd instable

80

pour annuler lcart, suite des perturbations. Lors de changement de consigne, son intrt est moindre car lcart sannule naturellement du fait que le procd est lui mme intgrateur. Dans ce cas laction intgrale donne une rponse plus rapide quen rgulation action proportionnelle seule.

1.3.3 Rle de laction drive :

Le rle de laction drive est de compenser les effets du temps mort (retard) du procd. Elle a un effet stabilisateur mais une valeur excessive peut entraner linstabilit.Son rle est identique quelle que soit la nature du procd. La sortie du drivateur est proportionnelle la vitesse de variation de lcart.

Notons que laction drive ne peut pas tre utilise seule.

Ltude de laction drive sur un systme stable est donne par les figures suivantes pour un test en asservissement et un autre en rgulation.

Dans le cas dun signal de mesure bruit, la drive amplifie le bruit, ce qui rend son utilisation dlicate ou impossible.

La solution ce problme consiste, soit filtrer le signal de mesure, soit utiliser un module de drive filtre avec un gain transitoire rglable.

Dans tous les algorithmes PID, la drive est filtre, mais la valeur du filtre (gaintransitoire), est rarement rglable sur les rgulateurs monoblocs ; elle lest parfois, sur les modules PID des systmes numriques.

1.4 Mthodes de rglage des actions

Avant de commencer les rglages dune boucle de rgulation, il faut sassurer que le sens daction du rgulateur est correct.

81

Nous rappelons que quelle que soit la mthode de rglage utilise, les rglages ne sont adapts quau point de fonctionnement.

Il existe diffrentes mthodes de rglage des actions dun rgulateur P.I.D. suivant le type de procd et les contraintes de fabrication on choisira lune des mthodes.

1.4.1 Mthode par approches successives

Elle consiste modifier les actions du rgulateur et observer les effets sur la mesure enregistre, jusqu obtenir la rponse optimale.On rgle laction proportionnelle, puis laction drive et lintgrale.

Cette technique prsente lintrt dtre simple et utilisable sur nimporte quel type de systme. Nanmoins du fait de son caractre itratif, son application devient longue sur des procds grande inertie.

1.4.2 Mthode ncessitant lidentification du procd

Si lon connat les paramtres du procd, suite une modlisation de sa fonction de transfert rglante, et si lon est en possession de la structure du rgulateur. Il est alors possible de calculer rapidement les paramtres de rglage quon pourra affiner suite des essais, afin dobtenir la rponse souhaite.Cette mthode ncessite un enregistreur droulement rapide. Elle est de prfrence utilise sur des procds grande inertie.

1.4.3 Mthode de Ziegler et Nichols

Elle ncessite lobservation de la rponse du procd et la connaissance de la structure du rgulateur. Cest une mthode qui permet le calcul des actions, sans la dtermination des paramtres du procd.

1-5- Rglage par approches successives

Le procd est dabord conduit en manuel pour stabiliser la mesure au point de consigne. De petites variations sur la vanne permettent dobserver les ractions naturelles du procd, afin de dgrossir les actions mettre sur le rgulateur au dbut de chaque rglage.

Les actions seront rgles dans lordre P, D, I.

Les critres de performance retenus pour la rgulation sont une rponse bien amortie (dpassement de 10 15 %) avec une rapidit maximum (temps dtablissement minimal).

82

La majorit des boucles de rgulation correspondent des boucles fermes o lon utilise un seul rgulateur.

Le mode de rgulation souvent utilis dans ces rgulateurs, est le mode PID.

En pratique le rglage par tape des actions proportionnelle, intgrale, drive, tout en observant lvolution de la mesure, suite des changements de consigne (tests en asservissement), ou suite des variations de grandeurs perturbatrices (tests en rgulation).

1.5.1 Rglage de laction proportionnelle

- Stabiliser la mesure au point de fonctionnement.- Mettre le rgulateur en P seul, (Ti = max. ou n = 0 et Td = 0).- Afficher un gain Gr faible (Gr < 1). - Egaler la consigne la mesure, passer le rgulateur en automatique.- Effectuer un chelon de consigne de 5 10 %.- Observer lenregistrement de lvolution du signal de mesure.

o Si elle est sur amortie (apriodique), augmenter le gain Gr ( ou diminuer BP % ).

o Si elle prsente plus de deux oscillations, diminuer le gain Gr ( ou augmenter BP % ).

Au cours des rglages, les observations suivantes peuvent tre faites

La mesure ne rejoint pas la consigne Lcart diminue avec le gain mais la stabilit se dgrade La rponse sacclre en augmentant le gain Il faut trouver un compromis entre rapidit et stabilit

83

1.5.2 Rglage de laction drive

- Laction drive ne se justifie que si la mesure a un certain retard.- Conserver la valeur de laction proportionnelle dtermine prcdemment et

lintgrale minimale.- Afficher une action drive faible (Td gal quelques secondes ( tr/3)).- Egaler la consigne la mesure, passer le rgulateur en automatique.- Effectuer un chelon de consigne de 5 10 %.

- Si la rponse ne samortie pas, augmenter Td.

- Si la rponse est oscillante ou si elle est plus lente, diminuer Td.

Laction drive a un effet anticipatif Laction drive stabilise la rponse du procd La rponse sacclre en augmentant laction drive Il faut trouver un compromis entre rapidit et stabilit.

La prsence de laction drive, permet daugmenter laction proportionnelle (environ 10 % de plus, soit 1,1. Gr ou 0,9. BP%)

1.5.3 Rglage de laction intgrale

- Conserver les valeurs des actions proportionnelle et drive dtermines prcdemment.

- Afficher une action intgrale faible. - Pour un premier essai afficher Ti = quelques minutes- Egaler la consigne la mesure, passer le rgulateur en automatique.- Effectuer un chelon de consigne de 5 10 %.

- Si la rponse est sur amortie ou trop lente, diminuer Ti.- Si la rponse prsente un dpassement trop important, on augmente Ti.

84

Laction intgrale donne la prcision statique La mesure rejoint la consigne La rponse sacclre en augmentant laction intgrale Il faut trouver un compromis entre rapidit et stabilit

1.6 Rglage partir de lidentification du procd

Lidentification dun procd permet dobtenir les paramtres caractristiques ( gain statique, constante de temps, ). A partir de ces paramtres, on calcule les actions afficher sur le rgulateur ; ce calcul dpend :

du modle choisi pour lidentification ; de la structure du rgulateur utilis ( srie, parallle,) du mode de rgulation choisi ( P , PI, PID,)

1.6.1 Cas dun procd stable :

Aprs avoir identifi le procd suivant le modle dun premier ordre retard, on utilise le tableau suivant pour calculer les actions afficher sur un rgulateur compte tenu de sa structure.

pGs

pHr ep

.1.

)(

85

Echelon sur la commande de la vanne Rponse de la mesureLe choix du mode de rgulation est li la rglabilit du systme dtermin par le rapport / .

Si / est compris entre 10 et 20 : rgulation PSi / est compris entre 5 et 10 : rgulation PISi / est compris entre 2 et 5 : rgulation PIDSi / est suprieur 20 : rgulation tout ou rienSi / est infrieur 2 : rgulation multi boucles, rgulation numrique

REGUL. ACTIONS

P P.I Srie

P.I Parallle

P.I.D Srie

P.I.D Parallle

P.I.D Mixte (1)

P.I.DMixte (2)

Gr 0,8 . 0,8 . 0,8 . 0,85 . (/) + 0,4 (/) + 0,4 (/) + 0,4Gs . Gs . Gs . Gs . 1,2 . Gs 1,2 . Gs 1,2 . Gs

Ti Maxi Gs . Gs . + 0,4 . + 0,4 . 0,8 0,75

Td 0 0 0 0,4 . 0,35 . . 0,35 . Gs + 2,5. Gs

Aprs calcul et affichage des actions, il est ncessaire deffectuer un test sur une variation de consigne, pour vrifier lallure de la rponse. Si les rsultats obtenus ne sont pas satisfaisants, refaire lidentification, sassurer de la structure du rgulateur ou retoucher les actions.

86

1.6.2 Cas dun procd instable :

Aprs avoir identifi le procd suivant le modle dun intgrateur pur retard, on utilise le tableau suivant pour calculer les actions afficher sur un rgulateur compte tenu de sa structure.

- Le temps mort du modle est dtermin graphiquement

M%- Coefficient dintgration du procd : k = ------------ U%.t

Le choix du mode de rgulation est li la rglabilit du systme dtermin par le rapport k. .

Si k. est compris entre 0.05 et 0.1 : rgulation PSi k. est compris entre 0.1 et 0.2 : rgulation PISi k. est compris entre 0.2 et 0.5 : rgulation PIDSi k. est infrieur 0.05 : rgulation tout ou rienSi k. est suprieur 0.5 : rgulation multi boucles, rgulation numrique

p

ek

pnppp

ekpHR

pp

.

).1).....(.21)(.11.(

.)(

87

REGUL. ACTIONS

P P.I Srie

P.I Parallle

P.I.D Srie

P.I.D Parallle

P.I.D Mixte (1)

P.I.DMixte (2)

Gr 0,8 0,8 0,8 0,85 0,9 0,9 0,9k . k . k . k . k . k . k .

Ti Maxi 5 . k . 4,8 . k . 5,2 . 5,2 . 0,15 0,15

Td 0 0 0 0,4 . 0,35 0,4 . 0,35k k

Aprs calcul et affichage des actions, il est ncessaire deffectuer un test sur une variation de consigne, pour vrifier lallure de la rponse. Si les rsultats obtenus ne sont pas satisfaisants, refaire lidentification, sassurer de la structure du rgulateur ou retoucher les actions.

1.7 Rglage par la mthode de Ziegler et Nichols

Cette mthode est identique pour procds stables et instables, mais nest pas adapte pour des boucles de rgulation rapides (dbit par exemple) et les procds retard important.

La mthode consiste mettre la boucle de rgulation en oscillations entretenus. La priode des oscillations Tosc et le gain du rgulateur critique Grc qui occasionne ces oscillations, permettent de calculer les actions afficher sur le rgulateur. Ce calcul dpend de la structure du rgulateur utilis et du mode de rgulation choisi ( P, PI, PID )

Le critre de performance choisi par ziegler et nichols donne une rponse avec un amortissement par priode de lordre de 0,25.

1.7.1 Mode opratoire

Cest une mthode exprimentale qui permet de rgler les actions dun rgulateur partir de la mise en pompage rgulier de la mesure.

Mettre le rgulateur en action proportionnelle (Ti = maxi ou n = 0 et Td = 0) Passer le rgulateur en automatique Augmenter laction proportionnelle en faisant de petits chelons de consigne

jusqu lobtention du pompage rgulier de la mesure

88

Relever la priode des oscillations T et le gain critique du rgulateur Grc. Calculer les actions du rgulateur laide du tableau suivant.1.7.2 Calcul des actions

REGUL.- P P.ISrie

P.I Parallle

P.I.D Srie

P.I.D Parallle

P.I.D Mixte

P.I.DMixte 2ACTIONS

Gr Grc2

Grc2,2

Grc2,2

Grc3,3

Grc1,7

Grc1,7

Grc1,7

Ti Maxi T1,2

2.TGrc

T4

0.85.TGrc

T2

T2

Td 0 0 0 T4

Grc.T13,3

T8

Grc. T13,3

89

90

2 Rgulation cascade

Lors dune perturbation de pression Pe, agissant sur le dbit Qc, la rgulation corrige, par une action sur la vanne TCV1, seulement lorsque la temprature Ts commence varier. ( voir boucle simple suivante )

La rgulation cascade sert amliorer la boucle ferme simple sur les procds grande inertie, en diminuant les effets dune ou plusieurs grandeurs perturbatrices qui agissent :

soit sur la grandeur rglante, soit sur une autre grandeur appele grandeur intermdiaire

Ceci est obtenu en rajoutant une boucle rapide, ce qui conduit gnralement deux boucles fermes imbriques, lune interne, lautre externe.

Pour que la cascade soit justifie, il faut que la boucle interne soit beaucoup plus rapide que la boucle externe.

Sur ce type de rgulation, on trouve en gnral deux points de mesure, deux rgulateurs et un organe de rglage.

91

2.1 Cascade sur grandeur rglante :

Le rgulateur pilote TIC 1 reoit la mesure de la grandeur rgle Ts et sa sortie commande la consigne externe CE du rgulateur asservi FIC 1. Le rgulateur pilote deux modes de fonctionnement :

manuel automatique avec consigne interne

Le rgulateur asservi FIC 1 reoit la mesure de la grandeur rglante Qc, sa sortie commande la vanne FCV 1. Il a trois modes de fonctionnement :

manuel automatique avec consigne interne automatique avec consigne externe

Il faut noter que ce type de rgulation cascade est efficace uniquement sur les perturbations affectant la grandeur rglante.

2.2 Cascade sur la grandeur intermdiaire :

Dans ce type de cascade, la boucle interne rgule une grandeur intermdiaire de mme nature que la grandeur rgle et en partie soumise aux mmes perturbations.

La position de la grandeur intermdiaire est telle quelle subit les perturbations avant la grandeur rgle.

92

Lintrt de la cascade sur la grandeur intermdiaire, par rapport celle sur la grandeur rglante, est le fait quelle corrige un plus grand nombre de perturbations

Dans cet exemple la boucle interne corrige rapidement les perturbations pression et temprature du combustible, paramtres calorifiques du combustible, temprature de lair.

2.3 Mise au point de la rgulation cascade

Les tapes suivre pour la mise au point dune rgulation cascade sont les suivantes :

Dtermination du sens daction des rgulateurs Rglage de la boucle interne (rgulateur asservi) Mise en service du rgulateur asservi (passage de consigne interne en

consigne externe sans a coups) Rglage de la boucle externe (rgulateur pilote)

2.3.1 Choix du sens daction des rgulateurs :

Le choix du sens daction du rgulateur asservi se fait en prenant en compte le sens daction de la vanne avec son positionneur.

Le choix du sens daction du rgulateur pilote se fait en raisonnant sur la grandeur rglante ou sur la grandeur intermdiaire que rgule la boucle interne.

Exemple : choix du sens des rgulateurs de la cascade sur grandeur rglante

93

Lensemble vanne et positionneur FCV1 est direct.

Lors dune augmentation de pression Pe, la mesure de dbit augmente et scarte du point de consigne. La sortie du rgulateur FIC1 doit diminuer afin de fermer la vanne, celle ci tant directe. Le rgulateur FIC1 doit tre de sens inverse.

Lorsque la temprature Ts augmente (suite une diminution de charge par exemple)et scarte du point de consigne, la sortie du TIC1 doit diminuer pour baisser la consigne du dbit de combustible Qc. Le rgulateur TIC1 doit donc tre de sens inverse.

2.3.2 Rglage de la boucle interne (rgulateur asservi)

La grandeur rgule par la boucle interne tant rapide (gnralement un dbit), la mthode de rglage la mieux adapte est la mthode par approches successives, en mode de rgulation PI.La recherche des valeurs optimales des actions du rgulateur asservi en automatique et en consigne interne (mode PI).

Dans le cas dune cascade sur une grandeur intermdiaire, il se peut quune mthode de calcul dactions aprs identification du procd soit plus judicieuse.

2.3.3 Passage manuel/automatique/cascade sans coups

La mise en service du rgulateur asservi, impose une manipulation dquilibrage pour passer dun mode de fonctionnement un autre, afin dviter des coups sur la vanne.

Reprenons lexemple de la cascade sur la grandeur rglante

Le rgulateur FIC1 tant en manuel, mettre sa consigne interne gal la mesure de dbit combustible, passer ensuite le rgulateur en automatique avec consigne interne. Cet quilibrage se fait automatiquement sur les rgulateurs possdant un mode consigne suiveuse.

Le rgulateur FIC1 tant en automatique et en consigne in terne, mettre la sortie manuelle du rgulateur TIC1 gale la consigne interne du FIC1, passer ensuite ce dernier en consigne externe.

Cet quilibrage se fait automatiquement par configuration sur les SNCC de procd, ou par cblage sur les rgulateurs numriques monoblocs.

Dans les deux cas, on oblige la sortie du rgulateur pilote suivre la consigne interne du rgulateur asservi, lorsque ce dernier nest pas en mode cascade.

2.3.4 Rglage de la boucle externe (rgulateur pilote)

Pour la boucle externe, on a le choix entres les mthodes de rglage vues dans la mise au point de la boucle ferme simple. (par approches successives, rglage par lamthode de Ziegler et Nichols , calcul des actions aprs identification du procd).

94

Quelle que soit la mthode de rglage choisie, la mise au point de la boucle externe se fait rgulateur asservi en cascade.

Si lon choisit le calcul des actions aprs identification du procd, cest lensemble procd plus boucle interne que lon doit identifier. Pour cela il faut faire un chelon S sur la sortie manuelle du rgulateur TIC1 et analyser la rponse de la grandeur rgle TS1. Dans ce cas le gain statique Gs =M / S .

2.3.5 Rsultats comparatifs

a- Allume des signaux lors dune perturbation de pression de chauffe (Pc)pour une boucle de rgulation simple:

b- Allure des signaux lors dune perturbation de pression (Pc) pour une boucle de rgulation cascade:

95

2.4 Exemples de Rgulation en cascade

2.4.1 Rgulation en cascade dun changeur de chaleur

2.4.2 Rgulation en cascade du niveau dun ballon dune chaudire

u

96

3 Rgulation de rapport

Autres appellations : Rgulation de proportionRatio Control

Cette rgulation consiste asservir un dbit Qa un autre dbit appel libre ou pilote Ql.

Rapport K = Grandeur asservie Qa

Grandeur libre Ql

Ce rapport K, dpend des impratifs de la fabrication, il peut tre fix manuellement ou de faon automatique.

Exemple 1 :Rglage manuel du rapport air / combustible dun four partir de lanalyse de combustion.

Si la boucle asservie ( FC) est correctement rgle, on obtient :

M = C donc Qa = C

Le signal C est donn par la sortie du relais FY avec :

C = K.E

et comme E reprsente le dbit libre Qc, on obtient :

Qa = K.Qc

Exemple 2 :

Rglage automatique du rapport air / combustible dun four partir de lanalyse de combustion.

97

Divers moyens sont utiliss pour modifier le rapport entre deux variables, par exemple :

a) REGULATION DE PROPORTION

Rgulateur de rapport FFIC : fonction PID + fonction de rapport

Le rapport K est affich dans le FFIC

b) REGULATION DE PROPORTION

Rgulateur FIC et multiplicateur FY, lentre E2 reprsente le rapport k

c) REGULATION DE RAPPORT

Rgulateur FIC et diviseur FY,La consigne C permet laffichage du rapport K.

98

3.1 Relation Entre / sortie du relais de rapport

Avec des chelles de dbit dont lorigine ne correspond pas zro, lquation du relais est :

S = K.E + BLe terme B reprsente un dcalage ( bias) du signal de sortie

Lquation gnrale est S = K.E

E : signal dentreS : signal de sortieK : rglage de rapport

100 %

50 %

25 %

0%

0 % 50 % 100%

S=0.5.E

S=0.5.E +25

99

3.2 Mise au point de la rgulation de rapport

La mise au point seffectue dans lordre suivant :

calcul et affichage des coefficients K et B Rglage de la boucle ferme.

3.2.1 Calcul des coefficients K et B

La mthode qui suit ne sapplique pas au diviseur, elle dpende :- de la technologie employe (pneumatique, lectronique, numrique)- des chelles des dbitmtres- des signaux de mesure (proportionnel au dbit, ou au carr du dbit)

Le calcul des coefficients se calcule laide du tableau suivant :

Signaux de mesure Proportionnels au dbit Proportionnels au carr du dbitcoefficient Ka = Kd.El/Ea Ka = (Kd.El/Ea)2

Avec :Kd : coefficient de rapport dsirKa : coefficient de rapport afficherEl : tendue dchelle du transmetteur de dbit libre ( Ql)Ea : tendue dchelle du transmetteur de dbit asservi ( Qa)

Exemple 1 :

100

Il sagit dobtenir un dbit Qm qui soit mlange deau et de dtergent venant dun bac B1.

Linstrumentation est pneumatique ( de 0.2 1 bar ou 3 15 PSI ).

Les signaux reus par le rgulateur de rapport FFIC1 sont proportionnels dbits grce aux extracteurs de racine carre.

Qa : dbit asservi de 0 0.5 m3/hQl : dbit libre de 0 6 m3/h

Le rapport dsir est : Kd = Qa/Ql = 0.05

Daprs le tableau prcdent :Ea = 0.5 m3/hEl = 6 m3/h

Donc : Ka = Kd.El/Ea = 0.05.6/0.5 = 0.6 et on prend B = 0% car les chelles de dbits ont une origine nulle.Les coefficients Ka et B seront affiches dans le rgulateur FFIC 1.

4 Rgulation split-range

La rgulation split-range (chelle partage) est un montage particulier utilisant au minimum deux vannes de rgulation commandes par le mme signal.

4.1 Principe

Cette rgulation est utilise :

- Lorsque la rangeabilit ncessaire pour une application donne ne peut pas tre obtenue avec une seule vanne.

- Lorsquil est ncessaire dutiliser deux grandeurs rglantes ayant des effets opposes ou complmentaires sur le procd.

Le montage split-range ncessite lutilisation de positionneurs qui permettent chaque vanne deffectuer sa course nominale pour une partie du signal de sortie du rgulateur.

Dans un montage split-range, les caractristiques des vannes et leurs rglages doivent tre choisis de sorte que le gain de la boucle de rgulation soit le plus constant possible, lorsque lune ou lautre vanne (ou les deux) est utilise.

101

5 Rgulation priori ( Mixte )

Autres appellations : Rgulation en boucle ouverteRgulation prdictiveFeedforward control

Cest une rgulation qui associe une boucle ferme une boucle ouverte.La boucle ouverte se justifie si la grandeur perturbatrice subit des variations brutales et importantes.

T I

1

T Y

1

T E

1

T I C

1

C

E1

F Y

2

E2

H I C

1

Q combustible

FCV

1

FT

1

FE

1

F Y

1

%

air

Charge Qc

Ts temprature

102

5.1 Rgulation en boucle ouverte ou priori

La boucle ouverte tablit une action correctrice sur le dbit de combustible avant quune perturbation de Qc ne se rpercute sur la grandeur rgle Ts.

Cette rgulation ne prend en compte quune seule grandeur perturbatrice qui est ii le dbit de la charge Qc. Lorsque Qc varie, il agit par lintermdiaire dun relais FY1 ( proportionneur ) sur la grandeur rglante Q.

La boucle ouverte se justifie si la grandeur perturbatrice (Qc) subit des variations brutales et importantes.

La boucle ouverte est constitue dun proportionneur FY1 qui reoit la mesure de la grandeur perturbatrice Qc. La sortie de FY1 agit par lintermdiaire du sommateur FY2 et de la commande manuelle HIC 1 sur lorgane de rglage.La commande auto/manu HIC 1 sert pour la conduite en manuel du four, dans le cas o le sommateur ne possde pas daccs manuel.

Le proportionneur ralise la fonction correctrice la plus simple de FY1. On peut lui associer une fonction dynamique telle que : drive filtre, filtre de premier ordre, avance/retard

5.2 Association boucle ouverte et boucle ferme

Les deux boucles sont complmentaires et conjuguent leurs actions par lintermdiaire du sommateur FY2. En effet la boucle ouverte ragit immdiatement et uniquement aux variations du dbit de charge, mais elle ne prend pas en compte la grandeur rgle, elle est donc incapable dapporter la prcision.

La boucle ferme par contre prend en compte toutes les perturbations du procd, mais est incapable de corriger une perturbation au moment o elle se produit, de plus, si le retard du procd est grand devant sa constante de temps ( rapport / faible ) et si les perturbations sont importantes, son action est limite.

5.3 Mise au point de la boucle ouverte et de la boucle ferme

La mise au point seffectue en commenant par la boucle ouverte. Une des difficults de la mise au point rside dans le fait quon ne peut pas toujours agir sur la grandeur perturbatrice, dans ce cas il faut attendre quune perturbation se produise.

Dans la procdure qui suit, on considre que lon peut modifier la charge.

Les modules spcifiques la boucle ouverte sont :

FY1 : proportionneur S = K.E aFY2 : sommateur S = E1 E2 b FY3 : avance / retard de phase S = ( 1 +T1.p)/(1 +T2.p)HIC 1 : caommande auto/manu

103

5.3.1 Mise au point de la boucle ouverte

Nous traitons deux cas :

avec proportionneur seul avec proportionneur et avance/retard de phase

a- Mise au point avec proportionneur seul :

- Mettre HIC 1 et TIC1 en manuel

T I

1

T Y

1

T E

1

T I C

1

C

E1

F Y

2

E2

H I C

1

Q combustible

FCV

1

FT

1

FE

1

F Y

1

%

air

Charge Qc

Ts temprature

F Y

3

A/R

104

- A laide de la HIC1, stabiliser le procd au point de fonctionnement- Rgler le proportionneur : k= 1 et a = 0- Rgler le sommateur : k1 = k2 = 1 et b = 0- Dterminer le sens daction de la boucle ouverte.

La vanne tant inverse, une augmentation de la charge Qc doit correspondre une augmentation de vanne pour obtenir une augmentation du dbit de combustible. Dans notre exemple le coefficient K de FY1 doit tre positif et K2 de FY2 doit tre ngatif.

- dterminer la valeur de K en provoquant une variation de Qc et laide de HIC 1 , ramener progressivement Ts sa valeur initiale. La valeur de K est donne par le rapport U/Qc.

- afficher la valeur de K trouve- revenir aux conditions initiales- passer la HIC 1 en auto sans coups en amenant son entre la valeur de sa

sortie manuelle.

Vrifier que K affich est correct.

c

Qc

105

K trop grand K trop petit

- Revenir aux conditions initiales- Modifier la valeur de GT par approches successives jusqu obtenir le rsultat

de la figure ci-aprs (soit ou)

GT correct

Si la dtermination de K est correcte et les conditions de fonctionnement inchanges, on doit observer que suite une variation de charge Qc, la temprature Ts revient sa valeur initiale comme le montre la figure prcdente.

Dans notre cas, le retour lquilibre se fait aprs un dpassement. La correction apporte par le proportionneur nest pas parfaite. Lamlioration de la rponse passe par lutilisation dun oprateur dynamique.

b- Mise au point avec proportionneur et avance/retard

FY3 : avance / retard de phase S = ( 1 +T1.p)/(1 +T2.p).

T1 :Temps davanceT2 : temps de retard

Le rglage de K tudi prcdemment reste le mme condition de mettre T1 = T2sur lavance/retard.La procdure de rglage de lavance/retard est la suivante :

106

- Mesurer le temps davance t

- Mettre la HIC1 en manuel- Afficher T2 = t et T1 = 2.t ( le choix de la valeur 2 est arbitraire )- Passer le HIC1 en auto- Provoquer une variation de charge Qc = 10%- Observer la rponse de Ts- Modifier si ncessaire T1 et T2 pour minimiser les deux surfaces de

variation de Ts.

5.3.2 Mise au point de la boucle ferme.

La boucle ouverte est en service, au point de fonctionnement.Pour le rglage de la boucle ferme, utiliser lune des mthodes de rglages classiques.

Il est commode dutiliser dans le cas dassociation boucle ferme plus boucle ouverte, un rgulateur appel rgulateur entre prdictive (feedforward) dont le schma de principe est donn par la figure suivante :

Consigne interne

Commande manuelle

P.I.D

Ci

Ce

Consigne externe

Sortiex +

+

Manu

Auto

Mesure M Entre Feedforward

-

107

Lentre boucle ouverte sajoute la sortie du rgulateur en auto. Lutilisation de ce rgulateur vite lemploi des modules sommateur et commande auto/manu spars.

Pour la mise au point de la boucle ouverte, on peut isoler la boucle ferme en affichant une action proportionnelle minimum (BP% maxi) et une action intgrale minimum (Ti maxi).

5.4 Exemple de rgulation priori