khaled kanaan

8/17/2019 Khaled Kanaan

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No d'ordre 5/1439/G1-EE/2013

PROJET DE F IN D’ÉTUDES

Réalisépar

Khaled KANAAN

Pour obteni r l e

Diplôme Ingénieur en Électricité et Électronique

Option Informatique Industrielle & Contrôle

Régulation Multivariable: Niveau-

Température

Dirigé par :

Dr. Clovis FRANCIS

Soutenu devant le Jury :

Dr. Amer FAYDALLAH

Dr. Amani RAAD

Dr. Nazih MOUBAYED

Session Juillet 2013

UNIVERSITE LIBANAISEFACULTE DE GENIE

BRANCHE



Khaled KANAAN, Projet Fin d’Etudes Page 1

Remerciement

Au terme de ce travail, je tiens à exprimer ma profonde gratitude et mes sincèresremerciements à Dr. Clovis FRANCIS pour tout le temps qu’il m’a consacré, ses directives précieuses, et pour la qualité de son suivi durant toute la période de mon projet. Faire mon projetsous sa direction était pour moi un grand honneur et un immense bonheur.

Je tiens aussi à remercier vivement le chef du dépar tement d’électricité et électronique Dr. Haissam ZIADE. Je voudrai remercier également Dr. Khaled MOUCHREF pour sa

disponibilité tout au long du stage.

Mes remerciements s’adressent aussi à tout le cadre professoral et administratif de la facultéde génie branche1 de l’université Libanaise, particulièrement les membres de mon jury, Dr.

Amer FAYDALLAH, Dr. Nazih MOUBAYED, Dr. Amani RAAD.

Mes plus vifs remerciements vont à ce qu’est toujours mon meilleur exemple dans la vie , mon

père Hasan, pour les sacrifices qu’il a consentis pour mon éducation et pour l’avenir qu’il n’a

cessé d’offrir, Mes remerciements vont également au symbole de douceur, de tendresse, d’amour

et affection, et grâce au sens de devoir et aux sacrifices immenses qu’elle a consentis, ma mèreNof j’ai pu arriver à réaliser ce travail.

Mes remerciements vont enfin à toute personne qui a contribué de près ou de loin àl’élaboration de ce travail.

Khaled KANAAN




Résumé

Ce projet a pour but de développer des techniques et des algorithmes de réglage d’un

compensateur PID par le biais de plusieurs lois de commandes (Ziegler-Nichols, ITAE,

IMC, PID Dual loop). La technique de control multivariable pour l’asservissement de

niveau et de température d’un réservoir d’eau a été validée. Une description théorique et

une étude comparative des différents méthodes de réglages utilises, a été effectuée et

illustrée par des exemples algébriques.

Une plateforme sous LabView a été développée pour effectuer le control du système

(entrées/sorties) à travers la carte d’acquisition Compact Rio qui est constituée d’un

contrôleur temps réel et des modules interchangeables jouant le rôle d’entrées sorties

analogique et numériques. Cette plateforme permet à l’utilisateur de travailler en

configuration SISO ou MIMO, et permet la surveillance des données, et l’intervention

humaine à chaque instant.

Mots clés : réservoir, capteur de température PT100, capteur de niveau Sharp 2Y0A21,

Compact Rio, LabView, logiciel d’asservissement, PID classique, PID Dual Loop, modèle

du système, dépassement, temps de réponse, robustesse.




Abstract

A great deal of interest is accorded to Multivariable Control systems due to the

increasing complexity of industrial plants. New generation of controllers must be

developed to address this issue. Our project aims to develop new techniques and

algorithms to regulate a simple PID compensator using several command laws (Ziegler-

Nichols, ITAE, IMC, PID Dual loop). Our algorithms are applied to control the level and

the temperature of the water in a tank to emphasize the performances offered by the

different control techniques. A theoretical description and a comparative study between

the different regulation methods have been illustrated with algebraic examples.

A LabView based platform has been developed to control the pre-defined system

(input/output) through the real time acquisition device Compact Rio, which contains a real

time controller and interchangeable modules playing the roles of analogue and digital I/O.

This platform offers to the user to operate in the SISO and MIMO configurations, and

allows the processing of the sensed data and the real time system management.

Keywords: Temperature sensor PT100, Level sensor Sharp 2Y0A21, Compact Rio, LabView,

PID tuning, Dual Loop PID tuning, system identification, time response, robustness.




Table des Matières

Remerciement ............................................................................................................................................... 1

Résumé ......................................................................................................................................................... 2

Table des Figures :......................................................................................................................................... 6

Liste des Tableaux: ........................................................................................................................................ 7

Liste des Acronymes: .................................................................................................................................... 8

Introduction Générale................................................................................................................................... 9

1. Cahier des charges ............................................................................................................................ 9

2. Conception ........................................................................................................................................ 9

3. Organisation du rapport ................................................................................................................. 10

CHAPITRE I: STRUCTURE ET REGLAGE DES GAINS ...................................................................................... 12

I.1 Introduction ....................................................................................................................................... 12

I.2 Compensateur PID Dual Loop ............................................................................................................ 12

I.3 Deux propriétés caractéristiques du PID Dual Loop .......................................................................... 13

CHAPITRE II: LE BANC D’ESSAI ..................................................................................................................... 18

II.1 Introduction ...................................................................................................................................... 18

II.2 Description générale du banc d’essai ............................................................................................... 18

II.2.1 Le Compact Rio .......................................................................................................................... 20

II.2.2 Le PT100 ..................................................................................................................................... 21

II.2.3 Le capteur Sharp 2Y0A21 ........................................................................................................... 22

II.2.4 Le circuit de conditionnement pour les pompes ....................................................................... 24

II.3 Conditions initiales du système ........................................................................................................ 26

II.4 Modèle du système ........................................................................................................................... 27

II.5 Logiciel d’asservissement .................................................................................................................. 29

II.6 Conclusion ......................................................................................................................................... 30

CHAPITRE III : ETUDE COMPARATIVE EXPERIMENTALE DES COMPENSATEURS ........................................ 31

III.1 Introduction .................................................................................................................................... 31

III.2 Différentes techniques de réglage des compensateurs PI classique et PID Dual Loop ................... 31

III.2.1 Réglage du compensateur PI classique ..................................................................................... 31

III.2.2 Réglage du compensateur PID Dual Loop ................................................................................. 31

III.3 Résultats expérimentaux ................................................................................................................. 32




III.3.1 Logiciel d’asservissement du niveau et de la température ...................................................... 32

III.3.2 Simulation ................................................................................................................................. 35

III.3.3 Expérience réelle ....................................................................................................................... 36

III.3.4 Test de robustesse .................................................................................................................... 41

III.4 Conclusion : ...................................................................................................................................... 43

Conclusion Générale ................................................................................................................................... 44

Bibliographie ............................................................................................................................................... 45

Annexe A : Configuration du Compact Rio ................................................................................................. 46

Annexe B : Technique de réglage du PID classique .................................................................................... 57

Annexe C: Les réservoirs ............................................................................................................................. 59

Annexe D : Les pompes ............................................................................................................................... 60




Table des Figures :

Figure 0.1 : Corrélation (niveau, température)___page 10 Figure 0.2 : Conception d’une usine ___page 10

Figure 1.1 : Structure du compensateur PID Dual Loop___page 12 Figure 1.2 : Schéma bloc d’un asservissement ___page 13

Figure 2.1 : Ensemble réservoir-pompes-capteurs___page 19 Figure 2.2 : Processus général___page 120

Figure 2.3 : Le PT100___page 21 Figure 2.4 : Conditionnement du PT100___page 22 Figure 2.5 : Le capteur de niveau___page 22

Figure 2.6 : Caractérisation du capteur de niveau___page 23 Figure 2.7 : Installation du capteur Infrarouge pour la mesure du niveau___page 23

Figure 2.8 : Circuit de conditionnement des pompes___page 24 Figure 2.9 : Signal PWM et consigne correspondante__page 25

Figure 2.10 : Module LabView pour la commande des pompes___page 26 Figure 2.11 : Schéma bloc pour l’identification du système___page 27 Figure 2.12 : Réponse temporelle de la boucle de niveau___page 27

Figure 2.13 : Réponse temporelle de la boucle de température___page 28 Figure 2.14 : Organigramme de réglage du PID Dual Loop___page 29

Figure 3.1 : structure générale d ’un PID ___page 33 Figure 3.2 : Structure générale de l’asservissement ___page 33 Figure 3.3 : Simulation MIMO___page 35 Figure 3.4 : Model théorique du réservoir___page 36 Figure 3.5 : Réponse temporel pour le niveau avec le réglage Ziegler-Nichols___page 38

Figure 3.6 : Réponse temporel pour la température avec le réglage Ziegler-Nichols___page 38 Figure 3.7 : Réponse temporel pour le niveau avec le réglage ITAE___page 38 Figure 3.8 : Réponse temporel pour la température avec le réglage ITAE___page 38 Figure 3.9 : Réponse temporel pour niveau avec le réglage IMC___page 39

Figure 3.10 : Réponse temporel pour la température avec le réglage IMC___page 39 Figure 3.11 : Réponse temporel pour le niveau avec le réglage Cohen-Coon___page 39 Figure 3.12 : Réponse temporel pour la température avec le réglage Cohen-Coon___page 39 Figure 3.13 : Réponse temporel pour le niveau avec le réglage Dual Loop___page 40 Figure 3.14 : Réponse temporel pour la température avec le réglage Dual Loop___page 40

Figure 3.15 : Niveau face à une perturbation (réglage Ziegler-Nichols) ___page 41 Figure 3.16 : Température face à une perturbation (réglage Ziegler-Nichols) ___page 41 Figure 3.17 : Niveau face à une perturbation (réglage ITAE) ___page 41

Figure 3.18 : Température face à une perturbation (réglage ITAE) ___page 41 Figure 3.19 : Niveau face à une perturbation (réglage IMC) ___page 42

Figure 3.20 : Température face à une perturbation (réglage IMC) ___page 42 Figure 3.21 : Niveau face à une perturbation (réglage Cohen-Coon) ___page 42 Figure 3.22 : Température face à une perturbation (réglage Cohen-Coon) ___page 42

Figure 3.23 : Niveau face à une perturbation (réglage Dual Loop) ___page 42 Figure 3.24 : Température face à une perturbation (réglage Dual Loop) ___page 42




Liste des Tableaux:

Tableau 2.1 : Caractéristiques du PT100___page 21

Tableau 2.2 : Caractéristiques du 2Y0A21___page 24

Tableau 3.1 : Paramètres des compensateurs PID et PID Dual Loop pour la régulation de

niveau___page 37

Tableau 3.2 : Paramètres des compensateurs PI et PID Dual Loop pour la régulation de la

température___page 37

Tableau 3.3 : Valeurs, en pourcentage, des dépassements___page 40




Liste des Acronymes:

SISO: Single Input Single Output.

MIMO: Multiple Inputs Multiple Outputs.

PID: Le compensateur Proportionnel - Intégral - Dérivatif.

PWM: Pulse Width Modulation.




Introduction Générale

1.

Cahier des charges

Dans ce travail les méthodes de contrôle multivariable seront appliquées au cas d’étude

de régulation de niveau et de température. Un système réservoir pompe est équipé d’un

élément chauffant et de deux capteurs de niveaux et de température.

Il s’agit d’effectuer une synthèse complète, intégrant à la fois l’identification du système

et les fonctionnalités de génération de consigne et de régulation pour ce systèmemultivariable. Cette technique a été largement développée pour les systèmes scalaires(SISO), son application aux systèmes multivariables reste à développer.

Le travail présenté ici a pour but de modéliser le système hydraulique avec régulation deniveau et de température permettant de travailler en configuration scalaire ou multivariable.La commande de ce système SISO sera effectuée sous LABVIEW après avoir synthétisé plusieurs lois de commande par le biais de plusieurs régulateurs.

Plusieurs outils nécessaires à l’étude des systèmes MIMO seront présentés. Une description théorique de ces méthodes sera effectuée et illustrée par des exemplesalgébriques.

2.

Conception

La corrélation naturelle entre le niveau et la température du liquide introduit un problème

en ce qui concerne le réglage de la température de façon indépendante du niveau et vice

versa, ce problème apparait clairement en interprétant la figure 0.1. Pour cela il faut trouver

une structure qui découple les paramètres du système (control indépendant). Cette structure

est la structure multivariable. En effet, dans l’industrie, il est très important de traiter

indépendamment les grandeurs d’une installation donnée.




Figure 0.1 : Corrélation (niveau, température).

Supposons qu’une installation industrielle (figure 0.2) demande une alimentation d’eau

à une température constante à tout instant, la variation du niveau causée par la consommation

du liquide va entrainer une variation de la température ; d’autre part si la consommation

demande un débit constant quel que soit la température, il faut alors contrôler le niveau d’une

façon indépendante de la température comme le débit est une fonction du niveau du liquide.

Ce projet vise alors à trouver une solution de ce problème.

Figure 0.2 : Conception d’une usine.

3.

Organisation du rapportLa suite de ce projet est organisée comme suit :

Dans le chapitre I : Une description théorique du compensateur PID classique etPID dual loop est effectuée et illustrée par des exemples algébriques.

Dans le chapitre II : La mise au point d’un banc d’essai pour l’asservissement deniveau et de température d’un réservoir d’eau.




Dans le chapitre III : Une étude comparative expérimentale de différentestechniques de réglage des compensateur PID et PID dual loop.

Enfin une conclusion générale contenant une perspective pour notre application.

Annexes expliquant la configuration de la carte Compact Rio, l’identification desfonctions de transferts (1er et 2nd ordre), ainsi que la programmation LabView.




CHAPITRE I: STRUCTURE ET REGLAGE DES GAINS

I.1 Introduction

L’objectif de ce chapitre est de présenter le compensateur PID Dual Loop avec une

configuration particulière pour un système scalaire avec dynamique approximable pour

un système du premier ou deuxième ordre.

I.2 Compensateur PID Dual Loop

La structure d’un compensateur de la famille PID Dual Loop est constituée de deux

boucles comme on le présente à la figure 1.1.

Figure 1.1 : Structure du compensateur PID Dual Loop.

Ce compensateur PID Dual Loop est basé sur l’interprétation de la structure classique

d’un compensateur PID qui consiste, d’une part, à découpler parallèlement la satisfaction

de performances dynamiques (boucle interne) constituée par les gains K 1 et K 4, et d’autre




part, la robustesse (boucle externe) constituée par les gains K 3, A1 et A2. Cette structure

permet d’obtenir le PID classique en prenant A1 et A2 nuls.

La relation entrée\sortie du compensateur est donnée par l’expression :

Où

K 1 représente le gain proportionnel,

K 2 représente le gain dérivatif,

K 3 représente le gain intégral,

K 4 représente le gain anticipateur,

A1 représente le gain de la boucle externe sur la variable du procédé,

A2 représente le gain de la boucle externe sur la dérivée de la variable du procédé,

pv variable du procédé,

ref point de consigne (set point).

I.3 Deux propriétés caractéristiques du PID Dual Loop

L’intérêt du Dual Loop réside dans la possibilité de régler indépendamment la dynamique

et la robustesse du système asservi. Pour fins d’illustrations, considérons le système à la

figure 1.2 :

Figure 1.2 : Schéma bloc d’un asservissement .




Soit la fonction du processus G, du type :

Les fonctions de transfert en boucle fermée sont données par : Pour G1(s)

(1.2)

À partir des expressions (1.2) et (1.3), on peut déduire deux propriétés : le premier

est la satisfaction des contraintes de performances dynamiques

(commande\sortie), la deuxième consiste à améliorer la robustesse.

Pour illustrer la première propriété, les gains de la boucle externe du

compensateur PID Dual Loop sont nuls ; pour la boucle interne, on pose K 2=0,

K4= et on doit choisir d’une façon adéquate le gain K 1 ; le système étant

soumis à l’action d’un compensateur proportionnel, alors on obtient en boucle

fermée les fonctions suivantes :

(1.4)

(1.5)




La deuxième propriété consiste à améliorer la robustesse. Alors, on doit conserver

les mêmes gains K 1, K 2 et K 4 de la premier propriété et ajouter les gains de la

boucle externe en prenant A1= BF , A2=0 et k>0. On démontre alors que :

() (1.6)

Donc :

(1.7)

(1.8)

Pour G2(s)

On obtient les fonctions de transfert suivantes :

(1.9)

(1.10)

Comme dans le cas précédent, en prenant A1=0, A2=0, k 3=0 et k 4=0, on obtient la

fonction de transfert :

(1.12)




Où n est la fréquence naturelle et est l’amortissement de la fonction de

deuxième ordre.

Les paramètres intervenant dans les équations (1.11) et (1.12) satisfont les

relations suivantes :

(1.13)

Pour démontrer la deuxième propriété, on suppose que k 1 et k 2 ont bien été choisisà l’étape précédente et k 4=0. On prend les gains de la boucle externe de la façon

suivante :

(1.16)

Alors, la fonction F1(s) devient :

Donc

(1.19)




Les deux propriétés du compensateur PID Dual Loop peuvent se résumer de la

manière suivante :

Si P1 est une perturbation ajoutée sur la commande et si F10(s)= et F20(s)=

sont les fonctions de transfert lorsqu’on n’utilise pas la boucle externe (A1,A2 , et K 3 nuls) alors, en conservant les mêmes gains K 1 , K 2 , K 4 et en ajoutant les

gains A1 , A2 et k 3 adéquats, on obtient :

F1(S) = F10(s) (fonction de transfert entrée\sortie conservée).

F2(s) = (s)F20(s) avec:

(1.21)

Donc, en théorie, on peut obtenir le degré de robustesse souhaitée face à la

perturbation tout simplement en augmentant k 3.

Ces propriétés suggèrent l’adoption d’une procédure de réglage du compensateur

PID Dual Loop de type suivant :

-

Réglage de k 1, k 2 et k 4 de façon à obtenir une dynamique satisfaisante,

-

Introduction des gains A1, A2 et augmentation de k 3 jusqu'à obtenir la

robustesse souhaitée.

Il est ensuite important de vérifier si la dynamique obtenue avec les seuls gains k 1 , k 2 et k 4 est

maintenue lorsqu’on introduit A1 , A2 et k 3 (cf équation (1.20)) et dans quelle mesure on peut

augmenter k 3 sans détériorer la réponse.




CHAPITRE II: LE BANC D’ESSAI

II.1 Introduction

L’objectif de ce chapitre est de présenter le banc d’essai réservoir - pompe, l’instrumentation

associée et le système de contrôle qu’on a mis en place afin de nous doter d’un banc d’essai

émulant un procédé industriel typique.

II.2 Description générale du banc d’essai

Les réservoirs ont une configuration géométrique cubique 30x30x30 cm. Le réservoir principal

est alimenté par deux arrivées d’eaux contrôlées par deux pompes: une pour contrôler le débit

d’eau chaude et l’autre pour contrôler celui de l’eau froide. C’est en agissant sur ces deux

éléments du système que l’on va réaliser la régulation de la température. Le réservoir principal

dispose d’un robinet relié à une troisième pompe permettant de régler le débit de sortie.

On dispose d’un thermistor PT100 qui permet de mesurer la température du mélange dans le

réservoir principal. Le système est également équipé d’un capteur de niveau qui est un capteur

infrarouge fixé au-delà du réservoir au-dessus d’une planche flottante. En mesurant la distance

entre le capteur et la planche on obtient alors une information sur le niveau d’eau que l’on veut

réguler. La figure 2.1 représente l’ensemble réservoir -pompes-capteurs.




Figure 2.1 : Ensemble réservoir-pompes-capteurs.

Pour l’acquisition des données et la génération des consignes on a utilisé l’ordinateur temps réel

Compact Rio de National instruments, un ordinateur pour développer l’interface graphique sous

LABVIEW et pour la visualisation des résultats.

Le processus général est illustré dans la Figure 2.2.

Le réservoir ayant une capacité relativement importante, la température de l’eau varie très

lentement et n’est pas homogène à l’intérieur du réservoir. Les débits d’eau froide et d’eau

chaude arrivant en surface mettent un certain temps pour se propager jusqu'à la sortie.

L’asservissement de température est donc plus délicat à effectuer avec précision.




Figure 2.2 : Processus général.

II.2.1 Le Compact Rio

Le Compact Rio est une carte d’acquisition robuste contenant un processeur temps réel et des

modules E/S interchangeables, il fournit à l’opérateur une interface pour la surveillance des

paramètres du système exploitée à travers un ordinateur.




Pour l’acquisition des données provenant des capteurs, on a utilisé le module interchangeable NI

9201 du Compact Rio, ce module offre 8 voies avec une gamme d’entrée analogique [ -10V ;

+10V] et 500 Kéch/s. Les propriétés de ce module sont bien suffisantes dans notre travail.

Pour la génération des consignes le module NI 9265 est utilisé. Ce module introduit deux problèmes : le premier est qu’il est une source de tension, la sortie est une gamme de courant

présentant une tension constante quel que soit la charge. En effet on souhaite contrôler la pompe

avec une tension variable pour garantir un fonctionnement normal de cette dernière. Le deuxième

problème est que l’intervalle de courant [-20mA ; +20mA] fournit par le NI 9265 n’est pas

suffisant pour la pompe qui demande au moins un courant de 1.85A. Ceci nous a conduit alors à

construire deux circuits de conditionnement C1 et C2 pour les pompes P1 et P2 qu’on décrira

ultérieurement.

II.2.2 Le PT100

Le PT100 est un capteur fonctionnant sur le principe de la

résistance variable en fonction de la température. En

remarquant la relevée de sa caractéristique R=f(T) ci-

dessous, on peut le considérer comme linéaire.

Figure 2.3 : Le PT100.

Tableau 2.1 : Caractéristiques du PT100.

Temperature(deg C) Résistance(Ω)

0 99.7

10 103.9

20 107.79

30 111.67

40 115.54

50 119.4

60 123.24

70 127

80 130.89

90 134.6

100 139.8

http://www.google.com.lb/url?sa=i&rct=j&q=PT100&source=images&cd=&cad=rja&docid=qhvh1Q3p20acYM&tbnid=8Vi5ceI49m5dfM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.ecvv.com/product/3085169.html&ei=Fpx1UZSmLsWNtQbA8oGwCA&psig=AFQjCNG_OwsIsqVsWxYi1uK7O_htpD4jeQ&ust=1366748517322658




Le circuit de conditionnement de ce capteur est de type pont de Wheatstone, Figure 2.4, qui

assure la meilleure sensibilité aux mesures effectuées.

Figure 2.4 : Conditionnement du PT100.

La valeur de la tension de sortie du pont est donnée par :

II.2.3 Le capteur Sharp 2Y0A21

C’est un capteur de distance qui mesure la distance, d'un obstacle, en continu entre 6cm à 80cmet la rapporte sous forme d'un signal analogique. L'interface est facile à connecter avec un câble

avec connecteur JST 3-pin (Vcc, masse, signal de sortie).

Figure 2.5 : Le capteur de niveau.




La figure 2.6 illustre la caractéristique U=f(d) de ce capteur. On remarque bien que cette courbe

présente une Dead-zone entre 0 et 6cm où la proportionnalité entre la valeur de sortie et la

distance s’inverse.

Figure 2.6 : Caractérisation du capteur de niveau.

Il faut alors s’assurer de ne pas placer le capteur à une distance inférieure à 6cm de l’obstacle

limitant la distance, ici c’est la planche flottante sur la surface de l’eau; voir figure 2.7.

Figure 2.7 : Installation du capteur Infrarouge pour la mesure du niveau.




Une information sur le niveau d’eau est donnée par :

N[mV] = S(d) - S(35cm) ;

N[mV] = S(d) - 162 ;

Le tableau 2.2 affiche les valeurs du signal de sortie

en fonction du niveau de l’eau dans le réservoir.

II.2.4 Le circuit de conditionnement pour les

pompes

Comme on a déjà dit, le module de sortie du

Compact Rio n’est pas capable de contrôler les

pompes d’une façon directe, pour cela on a construit Tableau 2.2 : Caractéristiques du 2Y0A21.

le circuit de conditionnement nécessaire pour achever cette fonction Figure 2.8.

Figure 2.8 : Circuit de conditionnement des pompes.

Sortie du capteur (mV) Niveaud’eau (cm)

476.1 6

398.8 8

305.1 10

242 12

171.7 15

137.3 17

60.4 23

41 27




Le principe est d’envoyer à travers le CRio un signale PWM vers l’entrée du circuit de

conditionnement. Ce signal PWM module la consigne que l’on souhaite envoyer vers la pompe.

Alors le signal PWM commande le circuit d’une manière à fournir l’alimentation nécessaire

pour la pompe.

On génère alors, un signal logique (valant 0 ou A=10v), à fréquence fixe mais dont le rapport

cyclique est contrôlé numériquement. La moyenne m, du signal de sortie est égale à la

consigne demandée (Figure 2.9).

∫

Figure 2.9 : Signal PWM et consigne correspondante.




II.3 Conditions initiales du système

Pour que le niveau puisse être régulé, le compensateur doit pouvoir augmenter ou diminuer le

volume du liquide. Pour que le niveau puisse diminuer, il est nécessaire que le débit de sortie soit

non nul à l’état de repos. Le réservoir dispose donc d’un robinet de sortie reliée à une pompe qui

sera mise en marche d’une manière permanente.

On désire avoir un système stable au point de re pos. La somme des débits d’entrée doit donc

compenser le débit de sortie lorsque les commandes d’eau chaude u1 et d’eau froide u2 sont

nulles. Les relations entre les commandes u1, u2 et les signaux V1, V2 appliquées aux vannes

doivent donc être de la forme :

V1=offset1+u1

V2=offset2+u2

Les offsets seront appliqués à l’intermédiaire des blocs générateurs du signale PWM (voir Figure

2.9).

Figure 2.10 : Module LabView pour la commande des pompes.

Pour mettre le système au point de repos, on fixe u1=u2=0 et on ajuste les consignes PWM de

manière à avoir une égalité entre les débits d’entrée et de sortie.




II.4 Modèle du système

Pour déterminer les gains du PID au chapitre III avec les techniques classiques de réglage, on a

identifié la fonction de transfert du premier ordre pour la boucle de control du niveau et de la

température ; l’Annexe B présente la technique de réglage du PID classique. Chaque fonction de

transfert est caractérisée par une constante de temps et par un gain statique.

La figure 2.10 représente le schéma bloc utilisé pour la relevée des caractéristiques du système :

Figure 2.11 : schéma bloc pour l’identification du système.

Voici la réponse temporelle des boucles de niveau et de température :

Figure 2.12 : Réponse temporelle de la boucle de niveau.

Sa fonction de transfert est : .




Figure 2.13 : Réponse temporelle de la boucle de température.

Sa fonction de transfert est : .

On remarque une erreur statique de 18.2% dans la réponse temporelle de la boucle de

température, cette erreur sera ensuit compensée en utilisant les correcteurs appropriés. De plus

les temps de réponse et les robustesses pour les deux boucles seront améliorés par le biais des

correcteurs utilisés.

En ce qui concerne le compensateur PID dual loop, une étude plus approfondie sera effectuée

pour identifier la fonction de transfert du second ordre. En effet les paramètres de cecompensateur sont basés sur le modèle du second ordre du système comme on a déjà dit dans le

chapitre I.

Pour identifier la fonction du second ordre de system (pompe, réservoir, capteur) on a poursuivi

la méthode suivante : après effectuer les expériences sur les PID classique on choisit la méthode

qui présente le plus petit dépassement et on fixe K1dual loop= K1classique et K3dual loop= K3classique , on

règle ensuite les valeur de A1 et A2 en effectuant plusieurs expériences jusqu'à atteindre le plus

meilleur comportement entrée/sortie. La demarche utilise est representee sur l’organigramme de

la Figure 2.14.




Figure 2.14 : Organigramme de réglage du PID Dual Loop.

L’identification du second ordre du système a donné les résultats suivants :

Pour le niveau : = ; =

Pour la température : = ; =

II.5 Logiciel d’asservissement

La structure du logiciel est constituée de trois parties : la première partie concerne l’interaction

entre le logiciel et l’utilisateur. Elle permet la modification des gains du compensateur, la

possibilité d’ajouter un retard et\ou une perturbation et le lancement de l’expérience. La

deuxième partie concerne l’interaction entre le banc d’essai, la carte d’acquisition des données et

le compensateur. Cette partie est très importante car lorsque l’expérience est terminée le logiciel

donne l’évolution des variables du procédé et de la commande de chaque boucle en fonction du




temps. La troisième partie est relative à la sauvegarde des données d’expériences sous forme de

fichier LVM de LabView.

II.6 Conclusion

Le système est donc bâtit, et les circuits sont testés extensivement pour s’assurer de leur fiabilité.

Une fois terminée, la mise en œuvre expérimentale est initiée, et son bon fonctionnement prouve

l’exactitude du choix des matériels et des circuits électroniques.



Khaled Kanaan – Projet De Fin D’études Page 31

CHAPITRE III : ETUDE COMPARATIVE EXPERIMENTALE

DES COMPENSATEURS

III.1 Introduction

L’objectif de ce chapitre est de présenter les résultats de nos études concernant une comparaison

expérimental de la procédure de réglage du compensateur PID classique (Annexe B ) et de la

procédure de réglage du compensateur PID Dual Loop pour l’asservissement du niveau et de la

température du banc d’essai du chapitre précédent.

III.2 Différentes techniques de réglage des compensateurs PI classique et PID

Dual Loop

III.2.1 Réglage du compensateur PI classique

Les fonctions de transfert du niveau et de la température étant représentables par un système de

premier ordre suivi par un retard, nous suivrons des techniques standards (reprises à l’annexe B )actuellement en vigueur dans l’industrie et nous n’utiliserons pas d’actions dérivées dans la

structure du PID classique.

La fonction de transfert du compensateur PI classique utilisée dans toutes les références est de la

forme :

III.2.2 Réglage du compensateur PID Dual Loop

La procédure de réglage des gains est la suivante :




Suite à l’analyse du comportement des compensateurs PD classique, on détermine parmi les

résultats le meilleur comportement dynamique. Les paramètres K1 et K3 du compensateur PD

dual loop prennent les mêmes valeurs de K1 et K3 du compensateur présentant le meilleur

comportement. K3 est ensuite réglé pour assurer la plus grande dégrée de robustesse face à la

perturbation dans le régime permanent ; pour cela on augmente K3 autant que possible (jusqu'à

détérioration du régime transitoire) pour réduire la sensibilité aux perturbations. Pour

déterminer les paramètres A1 et A2 il faut identifier la fonction de transfert de second ordre du

système, on pose alors A1=2 et A2=1 )2 où et sont les coefficients

d’amortissement et la pulsation naturelle de l’approximation du second ordre.

III.3 Résultats expérimentaux

On présente maintenant les tests réalisés afin de comparer les différents techniques de réglage

décrites au chapitre I. k11, k12, k13, k14, A11, A12 sont les paramètres du compensateur PID

Dual Loop pour le niveau et k21, k22, k23, k24, A21, A22, les paramètres du compensateur de

température.

III.3.1 Logiciel d’asservissement du niveau et de la température

L’asservissement est réalisé par le logiciel MIMO. Il s’agit d’un programme développé sous la

plateforme LabView.

L’asservissement est constitué de deux PID Dual Loop. Chacun de ces compensateurs à la

structure suivante :




Figure 3.1 : Structure générale d’un PID

Ces compensateurs 1 et 2 qui correspond respectivement à l’asservissement du niveau et de la

température peuvent être utilisés seuls ou ensembles en utilisant la structure d’un découpleur

représentée à la figure 3.2 ; ce découpleur sert à minimiser, le plus possible, l’interaction entre

les variable du processus ; En effet L'interaction entre les sorties et les entrées sont complètement

éliminées en utilisant deux contrôleurs dites contrôleurs de découplage qui visent à compenser

les perturbation interne du modèle du réservoir (Niveau, Temperature). La consigne de la

température affect alors la température seulement et La consigne du niveau affect le niveau

seulement.

Figure 3.2 : S tructure générale de l’asservissement.




Les paramètres , et sont choisis de facon telle que, dans un regime stationnaire, U1

module les debits d’eau froide et d’eau chaude tout en gardant la température du réservoir

constante ; U2 module le rapport entre le débit d’eau froide et le débit d’eau chaude tout en

gardant le niveau du réservoir constant.

En effet le paramètre , modulant la consigne de la pompe d’eau froide, possède une valeur

négative d’une manière que si la consigne est d’augmenter la température, U1 diminue et le débit

d’eau froide diminue.

D’autre part le paramètre , modulant la consigne de la pompe d’eau chaude, possède une

valeur positive d’une manière que si la consigne est d’augmenter la température, U2 augmente et

le débit d’eau chaude augmente.

Etant donné que les pompes sont identiques et leurs gain sont égales, on a posé = -0.5 et =

0.5. Cela permet de maintenir un niveau constant lorsqu’on fait un asservissement en

température seule. La valeur de = 2 du découpleur a été déterminée en tenant compte de la

température de l’eau froide, selon la saison.

L’utilisateur peut modifier pour chaque test, à travers l’interface de contrôle et de visualisation

MIMO :

- Les paramètres des PID Dual Loop des deux boucles : k11, k12, k13, k14, A11, A12, k21, k23,

k24, A21, A22.

- Les consignes réf1 et réf2 du niveau et de la température.

- La période d’échantillonnage du compensateur.

- Le choix de perturber le système Avec un échelon unitaire ajouté sur les commandes des

pompes au milieu de l’expérience (utilisé lors du test de robustesse de l’asservissement);

- Le choix d’un retard sur la commande.




Lorsque l’expérience est terminée, le logiciel donne l’évolution des variables du procédé et de la

commande de chaque boucle dans le temps. L’utilisateur peut également imprimer et

sauvegarder ces mêmes données sous forme de fichier LVM utilisable par LabView.

III.3.2 Simulation

Pour s’assurer du comportement du système, et afin de rendre l’expérience réalisable d’une façon

plus rapide, on a développé sous labview une interface graphique pour la simulation de la boucle

de contrôle. Cette interface assure les mêmes outils de contrôle et d’interactions décrites dans la

partie précédente. La figure 3.3 Représente cette interface de simulation :

Figure 3.3 : Simulation MIMO.

Le bloc supérieur est pour la visualisation des résultats des expériences, ou on remarque quatre

graphes, une pour la surveillance du niveau, une pour la surveillance de la température, une pour

la visualisation de la consigne applique à la pompe d’eau froide et la dernière pour la

visualisation de la consigne applique à la pompe d’eau chaude. Dans le même bloc on remarque




encore une simulation plus réelle du niveau et de la température, et des indicateurs des débits

d’entrées et de sortie.

Le bloc inferieure est consacré au contrôle du système. Dans cette partie on indique les

paramètres des deux compensateurs PID, les références, et les paramètres de découplage des boucles de contrôle.

On a proposé un modèle théorique du réservoir, ce modèle a comme sorties la valeur du

niveau et la valeur de la température et le débit de sortie à chaque instant de la simulation. Ses

entrées sont les débits d’eau froide et d’eau chaude, le coefficient de déchargement, les

températures d’eau froide et d’eau chaude, et les paramètres géométriques du réservoir. La figure

3.4 représente ce modèle théorique du réservoir.

Figure 3.4 : Modèle théorique du réservoir.

III.3.3 Expérience réelle

Objectif : Illustrer le comportement des deux compensateurs utilisés simultanément avec les

paramètres présentés dans les tableaux ci-dessous.




Modalités : on applique une tension constante (5V) à la pompe de sortie, dans le programme

MIMO on ajuste des rapports cycliques appliqués aux pompes d’entrées d’une façon

permanente, d’une manière que dans un régime stationnaire la somme des débits d’entrées soit

égale au débit de sortie. Le temps d’échantillonnage a été fixé à 1s pour toutes les expériences.

Les gains utilisés sont présentés aux tableaux 3.1 (pour le niveau) et 3.2 (pour la température).

On a utilisé une seule contr ainte pour la valeur λ, λ/α>1.7. On utilise le même type de réglage

pour chacune des boucles. Par exemple, Ziegler et Nichols pour le niveau et Ziegler et Nichols

pour la température ou IMC pour le niveau et IMC pour la température.

Tableau 3.1 : Paramètres des compensateurs PID pour la régulation de niveau.

Tableau 3.2 : Paramètres des compensateurs PID pour la régulation de la température.

paramètres Ziegler-

Nichols

Cohen-

Coon

IMC, ITAE PID Dual

LoopK11 2.28 2.724 1.489 1.394 1.3

K12 0 0 0 0 0

K13 0.0087 0.02 0.0092 0.0082 0.0094

K14 0 0 0 0 0

A11 0 0 0 0 6.72

A12 0 0 0 0 30.38

paramètres Ziegler-

Nichols

Cohen-

Coon

IMC, ITAE PID Dual

Loop

K11 2.8 2.6119 1.625 1.509 1.5

K12 0 0 0 0 0

K13 0.0057 0.0092 0.004 0.00354 0.0039

K14 0 0 0 0 0

A11 0 0 0 0 9.82

A12 0 0 0 0 107.2




Résultats:

Réglage Ziegler-Nichols :

Réglage ITAE :

Figure 3.6 : réponse temporel pour la température. Figure 3.5 : réponse temporel pour le niveau

Figure 3.7 : réponse temporel pour le niveau. Figure 3.8 : réponse temporel pour la température.




Réglage IMC :

Réglage Cohen-Coon :

Figure 3.9 : réponse temporel pour niveau. Figure 3.10 : réponse temporel pour la température.

Figure 3.11 : réponse temporel pour niveau. Figure 3.12 : réponse temporel pour la température




Réglage Dual Loop :

Dépassements :

Dépassement

%

Ziegler-

Nichols

Cohen-

Coon

IMC, ITAE PID Dual

Loop

Niveau 5.2 7.5 4.1 4.3 1.6

Température 15.7 17.4 0.8 25 0.9

Tableau 3.3 : Valeurs, en pourcentage, des dépassements.

Commentaires :

Le réglage de Ziegler-Nichols donne une réponse avec des oscillations marquées. Les réglages

Ziegler-Nichols Cohen-Coon et ITAE engendrent des dépassements importants. Le temps de

réponse est a peut prêt du même ordre de grandeur pour ces trois réglages (environ 300s pour la

caractéristique de niveau et 60s pour la caractéristique de la température).

Avec le compensateur PID Dual Loop, il n’y a pas d’oscillations. Le dépassement est beaucoup

plus faible (niveau : 1.6% / température : 0.9%) et le temps de réponse est de l’ordre de (niveau :

200s / température : 50s).

Figure 3.13 : réponse temporel pour niveau. Figure 3.14 : réponse temporel pour la température




Le PID Dual Loop et le réglage IMC permettent d’atteindre les consignes de niveau et de

température en un temps raisonnable avec des dépassements très satisfaisants.

III.3.4 Test de robustesse

Objectif : Illustrer le comportement du niveau et de la température face à une perturbation en

utilisant les deux boucles scalaires

Modalités : Ce sont les mêmes qu’au paragraphe précédent sauf qu’on introduit une perturbation

à la sortie du compensateur PID au niveau de la programmation.

Résultats:

Réglage Ziegler-Nichols :

Réglage ITAE :

Figure 3.15 : Niveau face à une perturbation. Figure 3.16 : Température face à une perturbation.





Réglage IMC :

.

Réglage Cohen-Coon :

.

Réglage Dual Loop :

F


Figure 3.22: Température face à une perturbation. Figure 3.21 : Niveau face à une perturbation.

Figure 3.23 : Niveau face à une perturbation. Figure 3.24: Température face à une perturbation.




Commentaires :

Le réglage du PID Dual Loop est meilleur que le réglage IMC pour réguler cette perturbation. En

effet la perturbation n’engendre qu’un dépassement de 0.8 à 2 % pour le réglage du PID Dual

Loop alors que dans le cas IMC on obtient un dépassement de 7% en ce qui concerne le réglagedu niveau. De plus, le PID Dual Loop permet de rejoindre plus rapidement le régime stationnaire.

Pour les autres types de réglages, les dépassements sont plus significatifs, et le temps mis à

retrouver le régime stationnaire est beaucoup plus grand.

III.4 Conclusion :

L’objectif de ce chapitre, le réglage des compensateurs PID classique et PID Dual Loop pour

l’asservissement du niveau et de la température d’un réservoir d’eau, a été atteint. Le banc d’essai

a permis d’effectuer des tests expérimentaux qui illustrent bien les différentes techniques de

réglage et leurs performances.

L’asservissement du niveau a été plus difficile car il présente un retard beaucoup plus grand que

celui de l’asservissement de la température. Ainsi, dans le cas des boucles scalaires, toutes les

techniques de réglage donnent un temps de réponse acceptable sauf Cohen-Coon et Ziegler et

Nichols pour le niveau. Les techniques Dual Loop et IMC permettent d’obtenir des

compensateurs assez robustes car, outre la perturbation qui est ajoutée volontairement, le système

est soumis à de nombreuses perturbations telles que des variations de température d’eau chaude et

d’eau froide, et des difficultés d’ajustement du régime de repos. Lorsqu’on utilise un seul

compensateur, la structure PID Dual Loop permet d’améliorer rapidement les performances

(temps de réponse, dépassement, robustesse) obtenues avec le meilleur des réglages du PID

classique. Lorsqu’on utilise les deux boucles simultanément, le PID Dual Loop offre des performances assez voisines de celles du PID classique réglé avec la méthode IMC.




Conclusion Générale

L’objectif de régler les compensateurs PID classique et PID dual loop pour l’asservissement

du niveau et de la température d’un réservoir d’eau a été atteint. Le banc d’essai a permis

d’effectuer des tests expérimentaux qui illustrent bien les différentes techniques de réglage et

leurs performances.

La configuration MIMO a été implantée et testé en utilisant le Compact Rio. Les tests

expérimentaux pour cette configuration ont été très satisfaisants en ce qui concerne le

découplage des paramètres. Le système présente une très bonne stabilité lorsqu’on contrôle une

grandeur indépendamment de l’autre.

La procédure de réglage des gains des compensateur PID est claire et facile à implanter. Cette

procédure prend une dizaine de minutes en fonction de l’expérience et de la réponse entrée-sortie.

Par rapport aux techniques classiques, le réglage des gains du compensateur PID Dual est plus

structuré et le temps de réglage est satisfaisant.

Les problèmes rencontrés sont essentiellement liés au contrôle performant des pompes (eneffet la consigne PWM présente une certaine erreur à cause du délai introduit par le circuit de

conditionnement des pompes), à la variation importante des températures d’eau chaude et d’eau

froide lorsqu’on commence une nouvelle expérience ce qui affecte la comparaison fidèle entre

les différentes techniques de réglages. Un autre problème est que les dimensions géométriques

du réservoir primaire étaient assez grandes ce qui a augmenté le temps d’une expérience d’une

façon insupportable et permis d’entrer dans la zone non linéaire des capteurs surtout le capteur

de niveau.

En vue de la côté pratique du projet, on pense que cette expérience offre une bonne

préparation à l’insertion professionnelle dans le domaine de travail qui nécessite des grandes

responsabilités et compétences.




Bibliographie

[1] E. Cornieles1, M. Saad1, G. Gauthier2, Hamadou Saliah-Hassane3, " Modeling and

Simulation of a Multivariable Process Control".

[2] Marwa Baarini, "Projet de Fin d’Etude: Intégration des capteurs de force et de position dans

un crane", Université Libanaise Faculté de Génie.

[3] National Instruments, "Control Design Toolkit User Manual", February 2006 371057D-01.

[4] National Instruments, “How-To Guide for Most Common Measurements”.

[5] HANS-PETTER HALVORSEN, 2011.08.16, “System Identification and Estimation in

LabVIEW”.

[6] Society for Industrial and Applied Mathematics, "PID controller design".

[7] Alina BESANÇON-VODA et Sylviane GENTIL, "Régulateurs PID analogiques et

numériques".

[8] Ademu Victor Okpanachi, "Developing Advanced Control strategies for a 4-Tank Laboratory

process" Master's Thesis report 2010.

[9] Ernesto Cornieles, "Développement d’un module de réglage automatique d’un compensateur

PID Dual Loop", 1998.

[10] SANKATA BHANJAN PRUSTY, "LINEARIZATION AND ANALYSIS OF LEVEL AS

WELL AS THERMAL PROCESS USING LABVIEW".

[11] Richard Alfred Janosz, “Ultimate Water System (Installation & Commissioning)", 2010.




Annexe A : Configuration du Compact Rio

A.1. Assemblage de votre système NI CompactRIO

Un système CompactRIO est constitué de 4 éléments principaux : (1) un contrôleur temps réel,

(2) un châssis FPGA reconfigurable (Field-Programmable Gate Array), (3) des modules d'E/S de

la Série C et (4) des logiciels. La première étape concernant la configuration de votre système

CompactRIO a consisté à installer le logiciel de conception de système NI LabVIEW, le Module

LabVIEW FPGA, le Module LabVIEW Real-Time et le driver NI-RIO sur votre PC de

développement. La première étape concernant la configuration de votre système CompactRIO a

consisté à installer NI LabVIEW, le Module LabVIEW FPGA, le Module LabVIEW Real-Time

et le driver NI-RIO sur votre PC de développement. Ce tutorial vous guide pour assembler et

effectuer les connexions nécessaires afin de commencer à configurer le réseau et installer les

logiciels sur votre système CompactRIO. Des instructions pas à pas vous détaillent les étapes

suivantes :

1. Assembler le châssis et le contrôleur

2.

Insérer les modules de la Série C

3. Connecter l'alimentation électrique et la communication réseau par Ethernet

A.1.1. Assembler le châssis et le contrôleur

Le CompactRIO existe actuellement dans deux facteurs de forme différents : (1) un système

composé d'un châssis et d'un contrôleur intégré et (2) un système modulaire. Si vous avez un

système composé d'un contrôleur et d'un châssis intégrés (NI cRIO-907x ou cRIO-908x), vous

pouvez sauter cette section. Pour tous les autres systèmes CompactRIO, suivez les étapes ci-

dessous :




1. Assurez-vous qu'aucune alimentation électrique n'est connectée au contrôleur.

2.

Alignez le contrôleur et le châssis comme le montre la Figure ci-dessus.

3. Faites glisser le contrôleur dans le connecteur du châssis. Appuyez fermement pour vous

assurer que le connecteur du châssis et celui du contrôleur sont bien branchés.

4.

À l'aide d'un tournevis cruciforme Phillips n°2, serrez les deux vis imperdables sur l'avant

du contrôleur à 1,3 Nm (11,5 livres-pouce) de couple.

A.1.2. Insérer les modules de la Série C

Suivez les étapes ci-après pour insérer un module d'E/S de la Série C dans le châssis :




1. Assurez-vous qu'aucune alimentation n'est connectée au module d'E/S. Comme les

modules de la Série C sont échangeables à chaud, si le système est dans un emplacement

ne présentant aucun danger, le châssis peut être sous tension lorsque vous installez les

modules.

2. Alignez le module de la Série C avec un emplacement pour module (4) dans le châssis

comme indiqué ci-dessus. Les emplacements pour modules sont numérotés de 1 à 8, de

gauche à droite.

3.

Pincez les clips et insérez le module dans l'emplacement.

4. Appuyez fermement sur les bords du module de la Série C jusqu'à ce que les clips

verrouillent le module en place.

5. Répétez ces étapes pour installer des modules d'E/S supplémentaires.

A.1.3. Connecter l'alimentation électrique et la communication réseau par Ethernet

Les systèmes CompactRIO utilisent le protocole Ethernet pour presque toutes les phases de

configuration et pour la communication avec le PC de développement ou le PC hôte. Pour vous

connecter à un réseau Ethernet (hub ou routeur), utilisez un câble Ethernet en paire torsadéestandard (CAT-5) ou blindé, ou encore utilisez un câble croisé Ethernet afin de relier directement

le châssis à votre ordinateur.

Avant de câbler l'alimentaion électrique :

Assurez-vous que vos commutateurs DIP sont bien en position OFF. Tous les commutateurs DIP

sont sur OFF lorsque le châssis est livré par National Instruments. Si le modèle de CompactRIO

que vous avez ne dispose pas de commutateurs DIP, l'état logiciel par défaut de ces paramètres

est OFF.




Le contrôleur est protégé contre les inversions de polarité. Suivez les étapes ci-après pour

connecter une alimentation au contrôleur :

1.

Assurez-vous que l'alimentation n'est pas sous tension (en d'autres termes, branchée à une

source de courant) avant de connecter les fils.

2. Enlevez le connecteur d'alimentation COMBICON de l'avant de votre système

CompactRIO en desserrant les deux vis imperdables qui le maintiennent en place.

3. Connectez le fil positif de l'alimentation au terminal V1 ou V2 et le fil négatif à l'un des

terminaux C sur le connecteur d'alimentation livré avec votre système CompactRIO.

Serrez les fils dans le connecteur en tournant les vis imperdables sur le côté du

connecteur et assurez-vous que les fils sont bien en place.

4. Reliez à nouveau le connecteur COMBICON à votre système CompactRIO.

A.2. Configuration de votre système NI CompactRIO pour sa première utilisation

Dans cette section, apprenez à configurer les paramètres réseau de votre contrôleur CompactRIO.

Avant de commencer ce processus, logiciel approprié doit déjà être installé sur votre ordinateur

et votre système CompactRIO doit être assemblé, alimenté et connecté à un réseau ou à votreordinateur de développement.

1. Assurez-vous que tous les commutateurs DIP sur votre contrôleur CompactRIO sont bien

en position OFF.

http://www.ni.com/gettingstarted/installsoftware/f/compactrio.htm

http://www.ni.com/gettingstarted/setuphardware/compactrio/f/assemble.htm

http://www.ni.com/gettingstarted/setuphardware/compactrio/f/assemble.htm

http://www.ni.com/gettingstarted/installsoftware/f/compactrio.htm




En fonction du modèle de votre contrôleur CompactRIO, soit vous allez voir l'une des deux

configurations de commutateur illustrées dans l'extrait du manuel CompactRIO ci-dessous, soit

votre contrôleur ne disposera pas de commutateurs DIP. Pour les commutateurs DIP qui

basculent de gauche à droite, déplacez le commutateur vers le côté qui indique OFF.

Pour les commutateurs DIP qui vont de haut en bas, appuyez sur le côté qui indique OFF.

Si vous avez modifié les positions du commutateur DIP, réinitialisez en appuyant sur le bouton

RESET du contrôleur pour que le changement de paramètres prenne effet.

2.

Désactivez les interfaces réseau secondaires, comme la carte d'accès sans fil sur un

portable.

Pour une configuration initiale, le logiciel National Instruments recherche votre système

CompactRIO sur l'interface réseau primaire de votre ordinateur. Le fait de désactiver toutes les

interfaces réseau supplémentaires apporte la garantie que votre système CompactRIO sera facile

à trouver sur le réseau.

3.

Ouvrez Measurement & Automation Explorer (MAX)




Tous les programmes»National Instruments»Measurement & Automation

1. Développez Systèmes déportés

2. Vous devriez voir votre système CompactRIO sous Systèmes déportés.

Sélectionnez-le pour afficher les paramètres réseau et choisir ensuite l'option

appropriée.




A.3. Installation des logiciels sur votre contrôleur NI CompactRIO

À ce stade, votre contrôleur NI CompactRIO doit être configuré avec une adresse IP valide et le

logiciel approprié doit être installé sur votre ordinateur de développement. Le voyant d'état sur

votre contrôleur CompactRIO doit clignoter deux fois de manière répétée. C'est l'indication

qu'une adresse IP valide a été allouée, mais qu'aucun logiciel n'est installé sur votre contrôleur.

1. Vous pouvez donner un nom à votre contrôleur CompactRIO qui va permettre de

l'identifier sur le réseau, et ajouter également un commentaire visible pour les autres

utilisateurs. Vous pouvez les entrer maintenant si vous le souhaitez ; tous deux sont

facultatifs. Sélectionnez l'onglet "Paramètres système" dans le bas de la fenêtre pourentrer le nom et le commentaire. Cliquez sur Enregistrer.




2. Développez l'élément CompactRIO sous Systèmes déportés, effectuez un clic droit sur

l'élément Logiciels et sélectionnez Ajouter/Supprimer des logiciels.




3. Sous la version de LabVIEW Real-Time de votre choix, sélectionnez l'ensemble NI-RIO

actuellement installé sur l'ordinateur de développement.

Cet ensemble installe les composantes classiques nécessaires. Si vous avez d'autres modules ou

toolkits LabVIEW installés (de vision ou de commande d'axes par exemple) et que voussouhaitez les installer sur votre système CompactRIO, sélectionnez “Installation personnalisée

des logiciels.”

4.

Sélectionnez les compléments logiciels de cet ensemble logiciel que vous voulez

installer. Le support technique NI Scan Engine est sélectionnable à partir de ce menu.




5. Cliquez sur le bouton Suivant pour démarrer l'installation logicielle. Si vous recevez un

message d'erreur au cours de l'installation, répétez ce processus. Si vous recevez des

messages d'erreurs répétés au cours de l'installation, assurez-vous que vous avez

correctement terminé le processus de configuration réseau.

6. Cliquez sur Terminer pour terminer l'installation.

Félicitations ! Votre système CompactRIO est désormais opérationnel. À présent suivez les

différentes étapes pour connecter vos capteurs et vérifier les connexions.

http://www.ni.com/gettingstarted/setuphardware/compactrio/f/systemmanager.htm

http://www.ni.com/gettingstarted/setuphardware/compactrio/f/systemmanager.htm




Annexe B : Technique de réglage du PID classique

Les procèdes industriels sont d'une variété extrême. Une très large classe a néanmoins pour

caractéristique commune des réponses apériodiques (non oscillatoires). C’est le cas de beaucoup

de procédés thermiques, chimiques, de puissance, etc. Un petit nombre de paramètres suffit

généralement a caractériser leur réponse. Ainsi, les trois paramètres representes sur la

figure B.1 constituent, en quelque sorte, la signature d'un procede.

Figure B.1 : Réponse d’un procédé industriel.

Pour calculer un compensateur, on peut se baser sur un modèle aussi représentatif que possible

de la réponse observée. Un modèle simple est donné par la constante de temps retardée:

On peut alors se baser sur l'approche fréquentielle. Plus d'un demi-siècle d'expériences a

enseigne aux automaticiens qu'un simple PID (ou même PI) suffisait à obtenir d'excellentes

performances, surtout lorsque le rapport est grand (supperieur a 5 ou 10). Notons que lesincertitudes sur les réponses (ou les paramètres qui correspond ala valeur de k) peuvent

facilement atteindre 10% parfois 30% de plus.

Par ailleurs, le PID présente des atouts majeurs:




- il est standardisé du point de vue matériel, et on le retrouve dans toutes les technologies;

- il est standardisé sur le plan conceptuel: tous les automaticiens expérimentes connaissant l'effet

spécifique de trois actions;

- le PID peut être réglé sur le site, empiriquement, par un technicien;

- en dépit de sa grande utilisation industrielle, le réglage des gains d'un compensateur PID

représente encore un cout élevé.

Il existe des techniques classiques de réglage des gains du compensateur PID en utilisant les

paramètres . On présente dans le tableau B.1 les différentes techniques de réglages du

compensateur PI. On constate au tableau B.1 que les expressions des paramètres sont d'un

compensateur proportionnel intégral car pour notre procédé en étude, il suffit d'un compensateur

PI, ou :

.

Tableau B.1 : Paramètres du compensateur PID pour différentes techniques de réglage.

Les valeurs K et K r pour les paramètres du compensateur proportionnel intégral se définissent

ainsi :

K: gain de la fonction de transfert correspondant à la pente de la réponse en boucle ouverte.

K r : valeur en régime permanent de la réponse en boucle ouverte.




Annexe D : Les pompes

La pompe est choisie de sorte à avoir une différence de débit d’à peu près 1,5 fois, ce qui est utile

pour l’étude de la robustesse du système. La figure D.1 représente la pompe utilisée.

Figure D.1 : La pompe

Elle possède les caractéristiques suivantes :

-Tension d’alimentation : 10 volts.

-Courant : 1.2 ampères.

-Débit : 1 L/minute.

khaled kanaan

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