Bases de commande et de régulation

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Commande / Régulation

Dans le domaine de la technique, on rencontre des tâches de régulation et de commande de grandeurs.

Dans le cas d'une commande, on influe sur une grandeur sans qu'il soit possible de compenser les influences extérieures. Dans le cas d'une régulation, une grandeur est maintenue à une valeur donnée et les influences extérieures peuvent être compensées.

Dans l'exemple suivant, commander signifie que l'homme règle la puissance calorifique sur une valeur constante. Le radiateur n'est pas en mesure de compenser la baisse de la température ambiante lorsque la fenêtre est ouverte.

Dans ce même exemple, réguler induit que l'homme augmente la puissance calorifique lorsque la température ambiante descend sous 20 ºC. Si cette température dépasse 20 ºC, il réduit la puissance calorifique.

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Notions de base sur la régulation

Dans l'exemple suivant, le courant électrique alimentant le chauffage électrique représente la grandeur réglante. La résistance réglable est l'actionneur. La main actionnant ce dernier constitue le régleur. La température ambiante réelle est considérée comme la grandeur réglée ou la valeur réelle. La température ambiante souhaitée est considérée comme la grandeur de référence ou la valeur théorique. Le chauffage électrique est le système réglé. Le thermomètre constitue le capteur. La perte de température provoquée par l'ouverture d'une fenêtre est la grandeur perturbatrice.

Par conséquent : ainsi, l'homme relève la grandeur réglée (la température ambiante) sur le capteur (le thermomètre), compare la grandeur réglée (la température ambiante) avec la grandeur de référence (la température ambiante souhaitée) et régule la grandeur réglante (le courant alimentant le chauffage) à l'aide du régleur (la main) et au moyen de l'actionneur (la résistance réglable) afin de compenser la grandeur perturbatrice (la baisse de la température en raison de la fenêtre ouverte). L'homme est donc le régulateur.

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Le dispositif de réglage se compose de : de l'actionneur et du régleur.

Le régleur et le régulateur constituent le dispositif de régulation.

L'illustration suivante reproduit une représentation abstraite du processus décrit ci-dessus.

L'unité de comparaison compare la grandeur de référence avec la grandeur réglée à l'aide du capteur. Si la grandeur de référence et la valeur réglée divergent l'une de l'autre, il en résulte un signal d'écart positif ou négatif qui modifie à son tour la grandeur réglée.

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Boucle de régulation

La grandeur réglée x influence la grandeur réglante M via le dispositif de régulation, ce qui est à l'origine d'un cycle fermé que l'on désigne également comme boucle de régulation.

Lorsque la fenêtre dans l'exemple présenté ci-dessus est ouverte, la température baisse dans la pièce. L'homme doit augmenter la puissance calorifique du radiateur. Si cette augmentation est trop importante, la température sera trop élevée. L'homme doit réduire la puissance calorifique.

Lorsque la puissance calorifique est augmentée ou réduite trop rapidement, la boucle de régulation commence à osciller. La température ambiante varie. Il fait soit trop froid, soit trop chaud. Afin d'éviter que ce phénomène ne survienne, l'homme doit réduire ou augmenter la puissance calorifique avec précaution et lentement.

Signal d'écart

Le signal d'écart correspond à la différence entre la grandeur de référence et la grandeur réglée. Résultat : il s'agit de la divergence entre une valeur réelle et une valeur théorique.

e = SP – PV

Le signal d'écart e a pour effet de modifier la grandeur réglante M.

L'exemple ci-dessus illustre parfaitement ce phénomène : lorsque la température ambiante s'élève à 22 ºC ( = grandeur réglée PV) alors que la température souhaitée est 20 ºC ( = grandeur de référence SP), on obtient le signal d'écart suivant :

e = SP – PV = 20 °C - 22 °C = -2 °C

Le signe négatif illustre ici un effet paradoxal, ce qui signifie que la puissance calorifique est réduite.

La différence de régulation est égale à zéro ou minime lorsque la boucle de régulation se trouve en régime permanent. Si la grandeur de référence varie ou qu'une perturbation se produit, il en résulte un signal d'écart. Ce dernier est éliminé à l'aide de la grandeur réglante M.

 

Bases du régulateur

Description des différents paramètres

Régulateur PI

 

Commande de chauffage

Commande de rampe