Bibliographie & annexes
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Auteur(s)
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Jacques RICHALET : Directeur société ADERSA
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L‘essentiel des régulations industrielles sera toujours réalisé par des régulateurs PID. Ils ont, quand ils s’appliquent, une efficacité remarquable, et un rapport prix/performance avec lequel il est difficile de rivaliser. Ils sont, pour ces raisons, commercialisés sur une échelle industrielle mondiale et sont un outil de base classique de l’industrie de production.
Mais ce régulateur ne couvre pas tous les besoins et ses performances s’essoufflent dans plusieurs cas, citons :
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les processus « difficiles », non linéaires, instables, non stationnaires, à grand retard pur, et aussi multivariables ;
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lorsque les performances exigées par l’utilisateur sont très tendues : forte atténuation des perturbations, erreur de traînage nulle en poursuite, réponse en temps minimal, ce qui amène à fonctionner sur des contraintes qui affectent soit les variables d’action, soit des variables internes du processus.
Pour la compréhension ultérieure des conditions de mise en œuvre de la commande prédictive, il est important de savoir que l’acceptation industrielle du PID vient du fait qu’une fois le matériel installé (capteur, actionneur), il suffit, sans étude préalable, de fixer quelques valeurs de paramètres, sans grande réflexion ou difficulté particulière, et qu’un essai expérimental suffit. L’automatique est alors l’affaire des régleurs. La situation est tout autre avec la commande prédictive.
Si les boucles élémentaires, du type régulation du débit par une vanne, sont très efficacement traitées par le PID, il en est tout autre des boucles difficiles qui, en juste contrepartie, ont généralement un impact économique fort, ce qui justifie la démarche.
L’autre composante, en plus de ce besoin de performance, qui a favorisé l’éclosion de la commande avancée, se situe sur le plan méthodologique avec l’apparition des méthodes de modélisation et de simulation. Sur le plan technique, l’accessibilité plus aisée aux calculateurs numériques susceptibles de réaliser des traitements algorithmiques, mélangeant calcul et logique, inaccessibles à des organes purement analogiques, a également considérablement facilité l’introduction de ces méthodes de commande à base de modèle.
La rupture entre l’automatique classique et la commande prédictive est dans le fait que le régulateur prédictif va être construit sur la base d’un modèle, qu’il va utiliser sur le site, en temps réel.
Le modèle s’est fait régulateur.
Le PID Smith à compensation de retard utilise également un modèle, mais il ne fait pas de prédiction du futur.
Remerciements : nous tenons à exprimer nos vifs remerciements à madame Nathalie Fulget, enseignante à l’ESISAR, Valence, qui a participé à la rédaction de cet article.
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Évaluation5. Commande partagée
Donnons ici un exemple d’ouverture de la commande prédictive, montrant sa capacité de s’adapter à un environnement particulier.
5.1 Deux actions exclusives
Il arrive souvent que l’on dispose de plusieurs variables d’action pour piloter la sortie d’un processus soumis à plusieurs actionneurs de nature différente (gain statique, dynamique). C’est typiquement le cas de la commande des réacteurs chimiques où, pour chauffer le fluide caloporteur, l’on dispose par exemple d’un crayon électrique alors que, pour le refroidir, il faut passer par un échangeur thermique. La solution classique avec un régulateur PID est de considérer que l’on a un seul actionneur et de régler un PID sur un processus « moyen », intermédiaire entre les deux processus réels, de couper en deux le champ d’action : de 0 % à 50 % de l’autorité de commande, l’action sera aiguillée vers le « froid », et au-delà vers le « chaud » (figure 23).
S’il s’agit d’une régulation peu exigeante, un réglage moyen robuste, donc mou, donnera satisfaction ; mais, dès que l’on veut diminuer le temps de réponse, tirer le maximum du système de commande, on déclenche des oscillations de pompage du fluide caloporteur, alors que la température du réacteur reste encore relativement correcte, tandis que la diminution escomptée du temps de réponse n’est pas obtenue. La difficulté vient de ce que, lors de la commutation d’un organe à l’autre, les sorties lâchées des deux systèmes ne sont pas prises en compte, alors qu’avec PFC, il n’y a pas de difficultés particulières. L’équation de commande comporte alors 2 sorties lâchées et forcées (à droite), alors que les sorties lâchées et sorties modèles sont toujours actives. A chaque échantillonnage, on calculera d’abord une action, l’autre étant mise à 0 ; si le résultat est positif, elle est appliquée, sinon c’est l’autre action qui le sera.
On note yLF, yMF, yFF les sorties lâchées, modèle et forcées froides et yLCH, yMCH, yFCH les sorties lâchées, modèle...
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Commande partagée
BIBLIOGRAPHIE
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(5) - CORRIOU (J.P.) - Commande des procédés. - Tec. et Doc. 1996, Paris.
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(6) - CUTLER (C.R.), RAMAKER (B.L.) - Dynamic matrix control, A computer control...
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