Régulation de température

[invite26f5128d]

Bonjour à tous,
voici le circuit que j'ai à étudier:



Ce que je dois faire:
réguler la température de retour condenseur, c'est à dire la température qui rentre dans la pompe à chaleur du côté chaud.
Pour cela, j'ai réalisé un programme (Labview) permettant de piloter la vanne qui fait rentrer plus ou moins de l'eau du réseau dans l'échangeur chaud afin de s'approcher au plus près de la vaeur de consigne préalablement choisie. Mon programme compare toutes les 5 secondes la différence entre la température mesurée (sonde) et la température de consigne et agit en conséquence sur la vanne en lui appliquant une tension qui va faire plus ou moins rentrer de l'eau du réseau dans l'échangeur. Mon programme joue donc le rôle d'un correcteur proportionnel:
Tension U = K.(T°sonde-T°consigne)

Voici la température mesurée par la sonde au cours du temps:



1/ Ma 1ère interrogation est pourquoi on obtient des oscillations autour de la consigne? Un correcteur proportionnel n'est-il pas connu pour stabilser la valeur mesurée avec une erreur statique?

2/ Ma 2ème question est comment choisir la valeur de K?
En sachant que j'ai essayé d'identifier le processus en passant manuellement d'une ouverture de vanne de 27% à 17% (peut-on considérer cela comme un échelon?) et que j'ai observé la réponse suivante:



Merci à tous et en particulier à ceux qui pourront m'aider.



N'hésiter pas si vous avez des questions concernant le fonctionnement ou autres.
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[ABN84]

Ma 1ère interrogation est pourquoi on obtient des oscillations autour de la consigne?

tu auras toujours des oscillations du fait meme de l'asservissement. l'important c'est l'amplitude des oscillations. à toi de voir si 1°C est acceptable ou pas.

Un correcteur proportionnel n'est-il pas connu pour stabilser la valeur mesurée avec une erreur statique?

si, mais ça veut pas dire qu'il n'y aura plus d'oscillations. ça veut simplement dire qu'en regimen permanent (là ou lamplitude des oscillations ne sort plus d'un domaine donné. on prends generalement 5%) la valeur moyenne sera eloignée de la consigne de la valeur de l'erreur statique.
pour le choix de K, il te faut deja caracteriser ton systeme en BF sans correcteur coté rapidité et precision, puis te definir des objectifs sur ces deux parmetres. ensuiste seulement tu pourras choisir ton K.

[invite26f5128d]

D'accord, merci beaucoup!

Par contre, je n'ai pas compris ceci dans le cas de mon système:

pour le choix de K, il te faut deja caracteriser ton systeme en BF sans correcteur coté rapidité et precision, puis te definir des objectifs sur ces deux parmetres

Le fait de regarder la réponse du système quand je passe manuellement d'une ouverture de vanne de 27% à 17% est-il correct pour caractériser mon système?

Merci d'avance.

[Jack]

Ma 1ère interrogation est pourquoi on obtient des oscillations autour de la consigne?

Le système est probablement non linéaire.

Un correcteur proportionnel n'est-il pas connu pour stabilser la valeur mesurée avec une erreur statique

Non. Tout dépend là encore du système et en particulier de son ordre. Tu n'obtiendra pas la même type d'erreur avec un correcteur proportionnel dans un asservissement de vitesse ou de position.

A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[gcortex]

Dans la réalité, un système thermique présente un retard pur qui le rend instable

[invite2313209787891133]

Avec une belle réponse comme celle ci tu dois pouvoir obtenir une régulation précise sans probleme, à condition d'utiliser également une action intégrale.

[invite26f5128d]

Merci!

Ma question maintenant est comment caractériser le système permettant ainsi de trouver la bonne valeur de K? L'image 3 me permet-elle de faire une identifiaction? La méthode que j'ai effectué pour arriver à cette réponse en image 3 est-elle adaptée?

Merci encore.

[invite9052eec1]

Bonjour,

Il ne faut pas confondre je pense de la régulation analogique avec de la régulation numérique.

En analogique, la réponse se fait en temps réel, en numérique, la fréquence d'échantillonage est à prendre en compte (ici toutes les 5 secondes), et entre 2 échantillions, il peut se passer pas mal de chose "hors contrôle".

Et bien entendu, si le systéme à réguler à un temps de réponse beaucoup plus rapide que 5 s, la régulation risque d'être dans les choux.

Il me semble qu'il est d'usage de dire que la période d'échantillonnage doit être au moins 10 fois inférieur au temps de réponse du systéme.

Par exemple si ton systéme réagit en 1 s à une consigne donnée, tu devrait mesurer au moins toutes les 1/10 de secondes la température pour corriger la consigne et avoir un systéme stable.

Je présume qu'ici, le systéme est lent et à un temps de réponse de + de 5s?

Pour le 2 éme point.

Pour ma part, je dirais qu'il aurait fallut prendre une mesure sur un temps plus long pour voir l'état final et determiner le temps de réponse de ton systéme.

Mais d'une maniére general, je trouve que la régulation est bonne, pour une consigne de 45°, la température oscille entre 44 et 46° C, c'est pas mal non?

A+

[invite26f5128d]

Ok d'accord mais je m'interroge encore comment caractériser mon système, l'identifier, qui me permette de trouver la bonne valeur de K? La méthode que j'ai effectué pour arriver à cette réponse en image 3 est-elle adaptée?

Merci!

[invite9052eec1]

Bonsoir,

La variation de 27 à 17% est un echelon.

Par contre, a tu fais cette mesure en boucle ouverte, c'est à dire sans correcteur) ?

Et comme je l'ai dis plus haut, il faudrait je pense avoir une mesure sur un plus long temps pour voir à quelle valeur finale (en température) cela se stabilise et en combien de temps.

A+

[invite26f5128d]

Bonsoir,

Oui j'ai effectué la mesure en boucle ouverte (sans correcteur), je vais donc faire l'acquisition sur une plus longue durée en esperant que cela se stabilise et je reviendrais ici pour vous faire part de la réponse que j'ai obtenue.
Même si j'applique une variation de 1% on peut aussi considérer cela comme un échelon? Comment définit-on un échelon?

[invite2313209787891133]

Pas besoin d'augmenter la fréquence d'échantillonage; la nature même du procédé est une indication de la stabilité de la mesure; la temperature n'a aucune raison de faire des bonds entre 2 mesures. De plus la reponse est très "propre".
Pas besoin non plus d'augmenter la durée d'acquisition; la courbe permet de voir tout de suite qu'il s'agit d'un procédé naturellement instable (caracteristique qui n'a rien à voir avec le temps de réponse comme le disait quelqu'un un peu plus haut).

Par contre il manque une donnée essentielle: L'échelle de mesure. En regulation on ne compare que des % d'echelle, une temperature qui passe de 28 à 36°C ça ne veux pas dire grand chose (l'echelle pourrait tres bien s'étendre de 25 à 40°C, ou de -50 à 1000°C, ce qui impliquerait un gain totalement différent.)

[invite2313209787891133]

Bonsoir,

Oui j'ai effectué la mesure en boucle ouverte (sans correcteur), je vais donc faire l'acquisition sur une plus longue durée en esperant que cela se stabilise...

Même si j'applique une variation de 1% on peut aussi considérer cela comme un échelon? Comment définit-on un échelon?

Il faut de toute façon faire des échelons à differentes valeurs, car il est toujours possible que ton actionneur ne soit pas idéal (notamment les fameux "durs" sur les vannes pneumatiques), ce qui impliquerait une correction supplementaire en sortie.

Par contre je m'interroge que la pertinence du procédé; utiliser de l'eau du reseau pour perdre de l'energie et l'evacuer à l'egout c'est un peu du "n'importe quoi"; on t'as imposé le procédé ?

[invite9052eec1]

Pas besoin d'augmenter la fréquence d'échantillonage; la nature même du procédé est une indication de la stabilité de la mesure; la temperature n'a aucune raison de faire des bonds entre 2 mesures. De plus la reponse est très "propre".
Pas besoin non plus d'augmenter la durée d'acquisition; la courbe permet de voir tout de suite qu'il s'agit d'un procédé naturellement instable

Bonsoir,

Je ne voudrais pas contredire les spécialistes, mais si le procédé est naturellement instable, pourquoi aurait-il des raisons d'être stable?

Personnellement, selon ce que je vois de la réponse à l'échelon, si je prolonge la courbe, le système monte indéfiniment en température, ce qui est pratiquement impossible, donc je déduis que la réponse à l'échelon telle que présentée ici est incomplète.

D'autre part, je pense sincèrement que la période d'échantillonnage importe un peu dans la précision de la régulation, sinon, pourquoi pas prendre ne prendre qu'une mesure par jour et ajuster la température une fois par jour en fonction de cette mesure.

A+

[invite2313209787891133]

Bonjour

Je ne voudrais pas contredire les spécialistes, mais si le procédé est naturellement instable, pourquoi aurait-il des raisons d'être stable?

J'ai utilisé le même terme pour 2 choses differentes, ce qui peut en effet preter à confusion. J'aurais plutot du dire que le signal est lisse.

Personnellement, selon ce que je vois de la réponse à l'échelon, si je prolonge la courbe, le système monte indéfiniment en température, ce qui est pratiquement impossible, donc je déduis que la réponse à l'échelon telle que présentée ici est incomplète.

Le signal vas en effet monter indefiniment (en étant toutefois ecreté en fonction des conditions physiques bien entendu); c'est la definition même d'un procédé instable.
A l'inverse un procédé naturellement stable trouve une position d'équilibre pour chaque valeur de l'actionneur.

D'autre part, je pense sincèrement que la période d'échantillonnage importe un peu dans la précision de la régulation, sinon, pourquoi pas prendre ne prendre qu'une mesure par jour et ajuster la température une fois par jour en fonction de cette mesure.

A+

Oui, la valeur d'échantillonage est importante, mais ici elle est suffisante; ton exemple un peu peu caricatural.

Cordialement.

[invite9052eec1]

Bonsoir,

Je ne m'avancerais pas davantage sur ce sujet, mais je ne trouve pas tes définitions trés convainquantes.

Je me demande s'il y a plusieurs "écoles" ou époques dans le domaine de la régulation?

[invite2313209787891133]

Bonsoir,

Je ne m'avancerais pas davantage sur ce sujet, mais je ne trouve pas tes définitions trés convainquantes.

Je me demande s'il y a plusieurs "écoles" ou époques dans le domaine de la régulation?

Quelles definitions ne te semblent pas convainquantes ?

Je ne pense pas qu'il existe plusieurs "ecoles"; en tout cas j'arrive à communiquer avec des types qui sortent de "CIRA" ou des ingenieurs en régulation industrielle.

[invite9052eec1]

Bonsoir,

On est là pour apprendre n'est-ce pas, sinon ce type de forum n'aurait pas lieu d'être.

J'ai une formation d'électronicien avec une option automatisme.

Contrairement à ce que l'on peut croire, dans ma formation, l'automatisme ne s'arrétait pas aux automates, mais incluait aussi les asservissements.

Asservissements = régulation, du moins je le pense.

Un asservissement de vitesse est similaire à une régulation de vitesse.

Mes restes de théories sur la régulation sont mes restes de théorie sur les asservissements.

"la temperature n'a aucune raison de faire des bonds entre 2 mesures."

Je ne vois pas pourquoi.

"En regulation on ne compare que des % d'echelle, une temperature qui passe de 28 à 36°C ça ne veux pas dire grand chose (l'echelle pourrait tres bien s'étendre de 25 à 40°C, ou de -50 à 1000°C, ce qui impliquerait un gain totalement différent.)"

J'ai toujours vu, pour ma part, des comparaisons de gains en db plutôt que des %, je me trompe sans doute.

"Le signal vas en effet monter indefiniment (en étant toutefois ecreté en fonction des conditions physiques bien entendu); c'est la definition même d'un procédé instable."

Je ne comprends pas, pour moi, les conditions physiques font partie du systéme.

[invite2313209787891133]

Je pense en fait que notre "desaccord" vient de ta vision du probleme; tu vois l'aspect "electronique et signal" tandis que je parle uniquement de la démarche à "échelle humaine"

"la temperature n'a aucune raison de faire des bonds entre 2 mesures."

Je ne vois pas pourquoi.

Je parle de ce procédé en particulier; une courbe aussi lisse avec un procédé pareil (inertiie thermique de l'échangeur) n'a aucune raison de faire des pics des bonds entre chaque mesure, c'est à la fois improbable statistiquement et logiquement.

"En regulation on ne compare que des % d'echelle, une temperature qui passe de 28 à 36°C ça ne veux pas dire grand chose (l'echelle pourrait tres bien s'étendre de 25 à 40°C, ou de -50 à 1000°C, ce qui impliquerait un gain totalement différent.)"
J'ai toujours vu, pour ma part, des comparaisons de gains en db plutôt que des %, je me trompe sans doute.

En regulation le gain fait reference à la valeur de K.
Un regulateur multiplie cette valeur par la difference mesure/consigne, or pour un regulateur une temperature ou une pression ou autre ne signifie rien; un regulateur ne voit que des % d'echelles.
Par exemple si l'échelle est entre 0 et 100°C et qu'on a une mesure à 50°C on a donc une mesure à 50%. Si la consigne est à 40°C, donc 40%, on a une erreur de 10%. Avec une valeur de K de 2 la valeur d'ouverture de la vanne augmentera de 2*10%=20%.

Pour rechercher une approximation de K c'est la même chose, on effectue un echellon sur la vanne (ici -10%) et on releve l'echellon sur la mesure en % sur un procédé stable, ou la valeur de pente si le procédé est instable.
Un calcul permet alors de trouver une valeur approximative de K qui est sans dimension (des % divisés par des %).
Or pour calculer ces valeur il faut bien entendu connaitre l'echelle de mesure.

"Le signal vas en effet monter indefiniment (en étant toutefois ecreté en fonction des conditions physiques bien entendu); c'est la definition même d'un procédé instable."

Je ne comprends pas, pour moi, les conditions physiques font partie du systéme.

Je me suis sans doute mal exprimé; je voulais dire que la mesure vas monter indefiniment si le procédé est instable, mais la mesure sera bien sur ecretée en fonction des conditions du procédé.

Dans l'exemple mentionné la temperature mesurée par la sonde ne pourra pas depasser celle de l'eau contenu dans le ballon d'eau chaude.

En fait avant de dire si le procédé est naturellement instable il faudrait déjà savoir si la vanne de régulation est bien adaptée (calcul du Kv), ce dont je doute car le procédé décrit devrait logiquement être naturellement stable. La vanne est sans doute surdimensionnée...

[invite26f5128d]

Bonjour,
voilà donc j'ai effectué une nouvelle tentative d'appliquer un échelon, c'est à dire en passant d'une ouverture de vanne de 35% à 25% et voici la réponse que j'obtiens:

Au départ:


Au bout de quelques temps:


Ma question est puis-je faire une identification de mon système à partir de cette réponse? Quelle est la méthode? Me permet-elle de trouver la meilleur valeur de K pour mon correcteur proportionnel?

Merci d'avance.

[ABN84]

puis-je faire une identification de mon système à partir de cette réponse?

à partir de la premiere non mais de la deuxieme oui.
vu l'allure de la reponse, tu pourras, probablement, confondre ton systeme avec un premier ordre: K/(1+tho*p)
il te faut donc identifier Tho et K
tho c'est egal à un tier du temps de reponse à 5% (ça tu le lis direcrement sur le graphique)
K est le cotion de la reponse en regime permanent(34.5 à priori) par la valeur de l'echelon.
tu obtiens donc la fct de transfert, il te suffit maintenant de calculer ton correcteur.

PS: le K donc je parle c'est celui de la fct de transfert pas celui du correcteur

[invite26f5128d]

En fait avant de dire si le procédé est naturellement instable il faudrait déjà savoir si la vanne de régulation est bien adaptée (calcul du Kv), ce dont je doute car le procédé décrit devrait logiquement être naturellement stable. La vanne est sans doute surdimensionnée...

Suite à mes différentes observations, je pense également que la vanne est surdimensionnée mais est-ce qu'il y a un moyen de le vérifier? Qu'est ce que le calcul du Kv? Et si la vanne est effectivement surdimensionnée, est-il tout de même possible d'arriver à une stabilité avec un correcteur PI, PID? ou autres solutions...

K est le cotion de la reponse en regime permanent(34.5 à priori) par la valeur de l'echelon.

La valeur de l'échelon c'est 35% ou 35-25=10%? Ce n'est pas grave si c'est un pourcentage?
Sinon c'est ok pour la fonction de transfert! Merci!

Maintenant, comment dois-je faire pour calculer mon correcteur (valeur de K?Ti?Td?...)?

[ABN84]

La valeur de l'échelon c'est 35% ou 35-25=10%? Ce n'est pas grave si c'est un pourcentage?

ok, mais ça donne quoi en degres celcius?
il te faut tracer l'echelon d'entrée et la reponse sur le meme graphe à la meme echelle.
pourrais tu tracer dans ton prochain message l'allure de l'echelon au dessus de cette image:

[invite26f5128d]

Comment d'un pourcentage d'ouverture de vanne je peux passer à une valeur en degré?
Tout ce que je sais, c'est que je suis passé d'une ouverture de vanne de 35% à 25%? Comment avoir l'équivalence en degré?
Je suis désolé je ne vois pas comment faire...

[ABN84]

dans ce cas y a un probleme.
dans un asservissement tu compare la consigne à la sortie.
et pour comparer deux trucs, ils doivents avoir la meme unité.
donc des degrés celcius, des volts, des kg/s ou des m3/s.
il te faut faire des essais et faire correspondre les pourcentage à des temperature et puis ne plus raisonner que sur la temperature.
par contre, tu dois refaire ton essai precedent avec un echelon qui passe de fermeture totale à ouverture totale (ou inversement, c'est toi qui vois)

[invite26f5128d]

Je ne peux pas faire un essai avec fermeture totale de la vanne car la température dans la PAC serait trop haute et il pourrait avoir un risque pour cette dernière.

Mais imaginons que mon échelon est de 35°C, comment dois-je faire ensuite pour trouver mon correcteur?

[ABN84]

ok,
commence d'habord par quantifier la fonction qui relie le debit à la temperature. fais differentes mesures et poste tes resultats.
PS: change les pourcentages en m3/s ou kg/s c'est plus parlant et plus correct.

[invite9052eec1]

dans ce cas y a un probleme.
dans un asservissement tu compare la consigne à la sortie.
et pour comparer deux trucs, ils doivents avoir la meme unité.
donc des degrés celcius, des volts, des kg/s ou des m3/s.
il te faut faire des essais et faire correspondre les pourcentage à des temperature et puis ne plus raisonner que sur la temperature.
par contre, tu dois refaire ton essai precedent avec un echelon qui passe de fermeture totale à ouverture totale (ou inversement, c'est toi qui vois)

Bonsoir,

Pas vraiment je pense, par exemple, une régulation de vitesse se fait aussi parfois par des consigne analogiques en volts alors que la vitesse est en rad/s ou m/s.

Il faut juste un "traducteur" entre la sortie et l'entrée pour parler la même langue.

Dans ce sytéme, la sortie est une mesure de température qui est lue par un calculateur (si je ne me trompe).

Entre l'entrée et la sortie, il y a une vanne plus ou moins ouverte.

Et l'entrée est une consigne numérique.

C'est la valeur de la mesure (numérique) qui doit être de la même unité et échelle que la valeur (numérique) de la consigne.

Entre deux, le calculateur doit traduire la valeur de la correction en échelle et unité utilisable par la vanne, soit des % d'ouverture.

A+

[ABN84]

Pas vraiment je pense, par exemple, une régulation de vitesse se fait aussi parfois par des consigne analogiques en volts alors que la vitesse est en rad/s ou m/s.

Il faut juste un "traducteur" entre la sortie et l'entrée pour parler la même langue.

oui bah, dans ce cas l'unité que tu utilise pour ton asservissement c'est les volts.

Il faut juste un "traducteur"

ok, mais le traducteur dont tu parle doit etre integré dans fct de transfert, sinon comment veut tu boucler à retour unitaire.

Entre l'entrée et la sortie, il y a une vanne plus ou moins ouverte.

je pense quand meme qu'il est plus rigoureux de parler en terme de variation de debit que de pourcentage d'ouverture.

C'est la valeur de la mesure (numérique) qui doit être de la même unité et échelle que la valeur (numérique) de la consigne.

ai je dis le contraire?
au font on est d'accord. je dis juste qu'il faut tout rammener à une seule unité

[invite2313209787891133]

C'est la valeur de la mesure (numérique) qui doit être de la même unité et échelle que la valeur (numérique) de la consigne.

Entre deux, le calculateur doit traduire la valeur de la correction en échelle et unité utilisable par la vanne, soit des % d'ouverture.

A+

En effet, c'est ce que je me tue à dire depuis plusieurs posts.
Pour un echellon de -10% tu as une augmentation de temperature de 29.4 à 34.4°C, soit +5°C.

Pour calculer K il faut convertir cette valeur de temperature en valeur d'echelle de mesure en %.
Pour avoir une 1ere approximation de K il suffit alors de calculer Δx/Δy avec Δx= variation de la vanne et Δy = variation de la mesure.

Pour calculer Ti et Td il faut connaitre l'échelle de temps; ici il n'y a que des "nombres d'acquisition".

Tu peux alors faire une determination theorique; par la methode Victor Broïda par exemple, puis affiner en auto par la methode du gain critique.
Toutefois avant chercher à calculer des parametres il serait bon de tenter plusieurs echellons.
Tu peux commencer par effectuer un echellon de -10% comme tu l'as fais, puis +10% quand la mesure est stabilisée. Cette operation permet de verifier la presence d'un "dur" (un "hysteresis mécanique").
Tu peux ensuite faire un essai avec un échellon de -1%, -5%,-20% afin de verifier si les calculs donnent toujours les mêmes resultats, ce qui ne sera pasforcement le cas si la vanne est mal dimensionnée.

Qu'est ce que le calcul du Kv?

Il s'agit du coefficient de la vanne, concretement c'est le débit en m3/h qu'elle laisse passer pour une ouverture de 100% avec une pression differentielle de 1 bar.