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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Pratique industrielle6. Évaluation
Question souvent posée à juste titre par un automaticien industriel, familier de commande classique PID : quels sont les avantages et inconvénients comparés de la commande prédictive par rapport aux techniques classiques ? Une expérience de longue date, dans de nombreux secteurs, permet de présenter objectivement les performances et limites de la commande prédictive.
6.1 Avantages
a) Puissance
Tout système théoriquement commandable, monovariable, multivariable, linéaire ou non, stationnaire ou non, avec contraintes diverses, peut être piloté par cette technique. Si l’on doit toujours exploiter au maximum toutes les particularités de chaque processus, la procédure de mise en œuvre reste la même pour tout processus.
La méthode est générique et permet toutes sortes d’extensions, nous en avons vu quelques-unes (commandes partagées, par exemple).
b) Insensibilité
Fondamentalement, toute commande revient à inverser le processus à réguler, ce qui amène à introduire des « zéros » dans le régulateur, source d’une grande sensibilité aux bruits divers qui affectent les mesures. La spécification d’erreur nulle en régime permanent impose également d’avoir un intégrateur dans ce régulateur, source de problèmes de commutation et de désaturation. Si implicitement ces fonctions sont satisfaites, elles ne le sont pas explicitement, ce qui élimine ainsi une grande sensibilité aux bruits et les problèmes de gestion de l’intégrateur.
c) Contraintes (entrée-sortie)
C’est la caractéristique fondamentale et unique, qui en fait tout l’intérêt industriel. La prise en compte des contraintes peut se faire de façon complète ou approchée suivant l’optimalité recherchée et les moyens de calculs disponibles.
d) Tendance
La prise en tendance d’une perturbation mesurée ne peut se faire que si l’on se donne un rendez-vous dans le futur, ce qui impose en fait le schéma prédictif. Facile à mettre en œuvre, stable car en boucle ouverte, cette possibilité est à utiliser dès qu’elle est possible. Elle permet de diminuer les écarts de régulation tout en ne compromettant pas la robustesse.
e) Précision
La projection de la commande sur une base future permet de ne pas avoir d’erreur de traînage sur une consigne quelconque connue ou estimée sur...
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BIBLIOGRAPHIE
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(2) - BORNE (P.), DAUPHIN-TANGUY (G.), RICHARD (J.P.), ROTELLA (F.), ZAMBETTAKIS (I.) - Commande et optimisation des processus. - Éditions Technip, 1992.
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(3) - BOUCHER (P.), DUMUR (D.) - La commande prédictive. - IFP Technique, 1996.
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(4) - CLARKE (D.W.), MOHTADI (C.), TUFFS (P.S.) - Generalized predictive control. Part 1 : The basic algorithm, - Automatica, vol. 23, n 2, p 137-148, and Generalized predictive control. Part 2 : Extensions and interpretations. Automatica, vol. 23, n 2, p 149-160 [GPC], 1987.
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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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