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En anglaisRÉSUMÉ
La régulation PID, bien que n'étant pas la méthode de régulation la plus performante, reste quand même la plus utilisée. L'impossibilité de faire des tests en boucle ouverte rend la réglage de cette régulation assez complexe. Cet article présente les principes généraux de cette régulation PID.Puis au travers de deux applications concrètes, il détaille deux méthodes de réglage : la méthode des moments et la méthode fréquentielle classique
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Dominique JACOB : Agrégé de Génie-électrique - Ancien élève de l’ENS de Cachan - Maître de conférences à l’IUT de Poitiers
INTRODUCTION
La commande PID n’est pas la plus performante des commandes mais c’est la plus répandue. Le technicien ou l’ingénieur, confronté en pratique à une régulation, est bien souvent limité à la mise en œuvre d’un régulateur PID qui n’offre pas toutes les possibilités de réglage des méthodes modernes. De plus, il est en général impossible d’effectuer des essais en boucle ouverte pour identifier le système régulé. On doit alors savoir régler au mieux ce type de régulateur à partir d’essais en boucle fermée uniquement.
On présente ici, en respectant ces contraintes, deux applications concrètes très fréquentes : une régulation de température et l’asservissement en position d’un système mécanique motorisé par un moteur Brushless. Le réglage est effectué par la méthode des moments et la méthode fréquentielle classique.
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5. Principe du calcul d’un correcteur PID
Le système en boucle ouverte est identifié par sa fonction de transfert F (p ). On cherche le correcteur PID C (p ) tel que le système bouclé soit équivalent à un système Hm (p ) possédant les propriétés souhaitées : bande passante la plus grande possible, stabilité suffisante, précision élevée (selon la classe de C (p ) F (p )). En pratique, le système bouclé peut devenir instable. Il faut choisir un modèle qui possède aussi cette propriété afin de pouvoir la prendre en compte.
Le choix d’un modèle équivalent en boucle fermée Hm (p ) revient au choix d’un modèle équivalent pour le système en boucle ouverte car :
Le symbole º signifie l’équivalence entre deux fonctions.
En pratique, le modèle équivalent Tm (p ) doit satisfaire les contraintes suivantes :
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la phase ϕ = arg [Tm (jω )] diminue si ω augmente ; cette propriété traduit la causalité ;
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Tm (p ) doit posséder les mêmes « singularités » [2] que le système à commander (si le système est instable en boucle ouverte, il doit l’être aussi) ;
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le degré de stabilité doit être réglable. Le degré de stabilité peut être évalué par la marge de phase ϕm . Il existe une relation entre la marge de phase et le taux d’amortissement des oscillations de la réponse indicielle ; plus la marge de phase est élevée, plus le système est amorti ;
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la bande passante doit être réglable pour la rendre égale à celle que peut satisfaire le système réel. Cette bande passante est voisine de la pulsation ωϕ telle que │Tm (jωϕ )│ = 1 ;
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - COTTET (F.) - LABVIEW Programmation et applications. - DUNOD ISBN 2 10 005667 0 (2001).
-
(2) - JACOB (D.) - Calcul des correcteurs PID par la méthode des moments pour les systèmes instables en boucle ouverte. - Revue d’Automatique et de Productique Appliquée, vol. 8 no 4/1995, pages 585 à 608, avr. 1995.
-
(3) - TRIGEASSOU (J.-C.) - Contribution à l’extension de la méthode des moments en automatique. - Thèse de Doctorat Es Sciences Poitiers (1987).
-
(4) - RICHALET (J.) - Pratique de l’identification. - HERMES ISBN 2-86601-287-9 (1991).
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(5) - ASTRÖM (K.), HÂGGLUND (T.) - PID controllers. - Instrument Society of America ISBN 1-55617-516-7 (1995).
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(6) - JACOB (D.) - Régulation PID en Génie Électrique. - Ellipses ISBN...
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