Régulateur PID analogique

[Styliest]

Bonjour

Alors je suis étudiant à la faculté de Nice ingénieur biomédical, j'ai fais un peu d'électronique et d'automatisme avant mais c'était que de la théorie.
Aujourd'hui j'ai un petit projet mais je bloque sur la partie asservissement.

Le projet est le suivant:
Créer une carte électronique qui a pour but d'activer des peltiers pour refroidir un laser.
Le fait est que j'ai réalisé le projet avec un tout ou rien ( 0-24V ), c-a-d si je veux refroidir les peltiers j'utilise la tension max.
Or d'après mon prof, cette technique n'est pas très fiable car elle consomme beaucoup de puissance et elle chauffe trop l'autre face du peltier.
Il m'a donc recommandé de faire une régulation PID qui va dépendamment de ma température envoyer un "courant" pour activer les peltiers à 25% ou 50% etc.
d'après quelques recherches j'ai compris le principe et le fonctionnement d'un PID, ce qui m'échappe c'est la partie pratique.
j'ai trouvé plusieurs schéma de PID mais qui fonctionnent en +/- 15V, moi je dois utiliser du 0 - 24V.
Note: Le PID doit être analogique ( pas de programmation pas de microcontrolleur)

Ma 1ère question est donc la suivante: Est il préférable d'utiliser un montage PID qui fonctionne en +15V/-15V et le transformer pour l'utiliser en 0 - 24V.
Ou créer mon propre montage avec un AOP non inverseur/ AOP integrateur/AOP dérivateur.
La 2ème question est: après que le montage est fait du PID il me suffira de passer à la partie calculs de la fonction de transfert et trouver les parametres Kp Ti Td qui feront en sorte que ma régulation soit bonne. Comment pourrais je tester les paramètres ?

J'éspère que mes questions sont claires. Je vous remercie d'avance

Cordialement
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[paulfjujo]

bonjour,

il est tout à fait possible de faire le PID avec des Ampli OP alimentes en +15 -15
et de garder la partie puissance en 0 -24V reglable en PWM 0 à 100%
en fonction de la sortie du PID ..

De meme , de nos jours, l'usage d'ampli rail to rail, peut eviter d'utiliser une alim Symetrique des AOP .

[DAUDET78]

Bonjour Styliest et bienvenue sur FUTURA

Or d'après mon prof, cette technique n'est pas très fiable car elle consomme beaucoup de puissance et elle chauffe trop l'autre face du peltier.

réponse du prof sibylline ....

Un Peltier fonctionne mal avec le mode On/Off et donc aussi en PWM. En effet, durant la coupure de courant, la face chaude réchauffe la face froide. Il faut l'alimenter avec une alimentation DC à découpage dont on règle la valeur de la tension (ou du courant) en fonction du besoin énergétique

Ma 1ère question est donc la suivante: Est il préférable d'utiliser un montage PID qui fonctionne en +15V/-15V et le transformer pour l'utiliser en 0 - 24V.

C'est de la philosophie masturbatoire ! Ce qui compte, c'est la fonction de transfert et pouvoir piloter l'alimentation à découpage. Peu importe les tensions d'alimentation

après que le montage est fait du PID il me suffira de passer à la partie calculs de la fonction de transfert et trouver les parametres Kp Ti Td qui feront en sorte que ma régulation soit bonne. Comment pourrais je tester les paramètres ?

Sauf que la fonction de transfert du Peltier, tu ne pourras pas la mettre en équation. Donc, seul l'expérimentation pourra valider les paramètres PID

[Styliest]

Merci pour vos réponses rapides M paulfjujo et M DAUDET78.
Je vais approfondir mes recherches sur ce que vous m'avez proposé.
Cordialement

[A voir en vidéo sur Futura]

[DAUDET78]

De meme , de nos jours, l'usage d'ampli rail to rail, peut eviter d'utiliser une alim Symetrique des AOP .

Ouais .....
Il y a 40 ans, j'ai utiliser des 741 avec une alim asymétrique ! faut simplement en comprendre les limites .

[Antoane]

Bonjour,

Sauf que la fonction de transfert du Peltier, tu ne pourras pas la mettre en équation. Donc, seul l'expérimentation pourra valider les paramètres PID

Tu pourras cependant linéariser les données fournies dans la datasheet autour du/des points de fonctionnement intéressants et t'en servir pour paramétrer le correcteur.

Il est également possible de mener une étude de sensibilité : comment se comporte le correcteur système si la fonction de transfert du peltier s'écarte du modèle ? ou si le point de fonctionnement s'éloigne de celui où le composant a été linéarisé ?

[DAUDET78]

Tu pourras cependant linéariser les données fournies dans la datasheet autour du/des points de fonctionnement intéressants et t'en servir pour paramétrer le correcteur.

Mais ça dépend tellement des échanges thermiques, des inerties thermiques, du radiateur , du ventilateur ... et de l'âge du capitaine !
C'est mission impossible.

[micka_ch]

Bonjour,

il me suffira de passer à la partie calculs de la fonction de transfert

Comme mentionné par DAUDET78 calculer la fonction de transfert de ton système n'est pas envisageable. Tu devra soit utiliser une méthode d'identification paramétrique pour tenter de modéliser ton système ou une méthode de réglage empirique pour ajuster les paramètre du régulateur.

Salutations

[Styliest]

Bonjour à tous, j'espère que vous passez un bon weekend.

J'ai une question, elle peut vous paraître évidente mais si je savais la réponse je n’aurais pas demandé haha.
Enfait c'est à propos de ma boucle de retour de mon système d'asservissement, je ne sais pas comment relier la sortie du PID à l'entrée de mon système pour que mon système soit bouclé.
vous pouvez voir mon schéma sur ce lien: http://tinyurl.com/ydgs9wo9 (je vous ai abrégé le lien avec tinyurl).
il y 'a 2 ponts diviseurs de tensions reliés dans chaque entrée de l'AOP soustracteur et la sortie du soustracteur est reliée au PID qui est en série. les 3 derniers AOP.
J'avais pensé à les relier directement avec une résistance dans la borne - du soustracteur, mais je ne sais pas si ca va le faire.

[DAUDET78]

C'est illisible et incompréhensible .

[Styliest]

Vous pouvez zoomer pour mieux voir.
En gros , il y 'a deux entrées qui sont comparées grâce au soustracteur ( 1 er AOP )
A la sortie du soustracteur, on retrouvera alors l’erreur ( le fameux epsilon ) qui sera régularisée par le PID qui est en série dans le montage, (les 3 derniers Aop ).
Ce qui compte c'est que je puisse fermer ma boucle du régulateur ( sortie du PID à l'entrée (-) du soustracteur ).

[DAUDET78]

Vous pouvez zoomer pour mieux voir.

Non, moi, je ne me fatigue jamais, je suis paresseux.
Tu mets un schéma lisible en pièce jointe de préférence en noir sur fond blanc. Sinon, je laisse tomber .

[antek]

- les trois termes (P-I-D) doivent être sommés
- c'est la grandeur à asservir qu'on envoie sur l'entrée du soustracteur

[Styliest]

Bonjour Antek merci pour votre réponse.
Il me semble que quand les P-I-D sont en parrallèle qu'il faut les sommer, mais quand ils sont en série non .. ?
voici l'image fond noir c'est plus lisible je trouve

[Styliest]

My bad antek, vous avez raison, merci pour la correction.

[antek]

Avec quoi tu fabriques des images aussi pourries ??? . . .

[Styliest]

Simulateur en ligne Falstad.
As tu une idée si la résistance est suffisante pour faire le rebouclage après avoir sommé les PID ?
Merci

[antek]

Simulateur en ligne Falstad.
As tu une idée si la résistance est suffisante pour faire le rebouclage après avoir sommé les PID ?

Hé bé . . .
Pourquoi tu veux reboucler la sortie sur l'entrée, ça va faire le chien qui court après sa queue . . . ?!
J'en dirai pas plus, je les fais en numérique.

[Styliest]

Le but du PID si on le compare à un chien c'est de courir après sa queue.
Je l'aurais fais en numérique aussi, contrôlé par un pic, mais dans le cadre de mon projet je dois suivre le cahier de charge.
merci pour ton aide.

[antek]

Le but du PID si on le compare à un chien c'est de courir après sa queue.

L'allégorie serait plutôt que la distance chien-lapin doit tendre vers zéro !

Reboucler la sortie sur l'entrée n'a pas de sens, ton système se stabilise toujours avec signal de sortie (S) = consigne
Il faut comparer la consigne avec la grandeur à asservir (A), donc dans ton schéma introduire la fonction A=f_(S).
Ou bien représenter le mécanisme sur lequel agit S.

[Styliest]

Merci pour ta réponse Antek.

Enfait les deux diviseurs de tension en entrée de mon soustracteur sont la consigne et la mesure. Une des résistances dans le diviseur de tension qui rentre à la borne - du soustracteur est une thérmistance (valeur qui changera suivant la régulation ).
et le deuxieme pont diviseur aura la résistance de consigne dans la borne +. et donc je veux comparer ma consigne à la grandeur à asservir qui sera le petlier mais qui aura un effet sur la valeur de thermistance.
Donc logiquement ma rétroaction devrait se faire entre la Sortie (S) de mon système et la borne (-) du comparateur qui est dans mon cas un soustracteur.
D'où ma question comment relier ma sortie à l'entrée (-) du comparateur pour que l'équation A= f(S) soit établie ?

[antek]

Enfait les deux diviseurs de tension en entrée de mon soustracteur sont la consigne et la mesure.

Tu peux refaire ton schéma avec un logiciel un peu moins "Science-fiction", ou scanner un schéma papier correctement renseigné ?
Il y a ici des gens qui maîtrisent l'électronique analogique (ce n'est pas mon cas), mais Falstad fait fuire tout le monde . . .
Bonne continuation.

[DAUDET78]

mais Falstad fait fuire tout le monde . . ..

C'est mon cas ....

[Styliest]

Bon, ce n'est pas grave je vous remercie tout de même, vous m'avez suffisamment aidé je vais continuer à creuser.
Ce que je veux faire en pratique est plus simple que ce que j’essaie de simuler sur falstad. Mais si j'ai voulu tester ce circuit sur falstad c'était pour savoir si le P-I-D que j'ai choisi fera l'affaire.

[antek]

Tu auras toujours des soucis avec ton truc bizard et illisible, apprend à utiliser un logiciel de dessin électronique.

[Styliest]

Bonjour, je relance cette discussion, parce que j'aimerai savoir quel signal envoyer à un système bouclé pour avoir des oscillations ( point critique = limite de stabilité ). Un signal carré ? un signal continu ? un échelon unitaire ?
Merci

[jiherve]

Bonjour
avec un carré en BF (période >> temps de réponse) cela devrait le faire car l’échelon unitaire c'est très théorique et ne permet pas vraiment l'observation sauf à disposer d'un oscilloscope à mémoire ayant une profondeur suffisante à la résolution temporelle nécessaire.
JR

[Styliest]

Avec un carré en BF (période >> temps de réponse).
JR

Bien, merci pour ta réponse.
Pour créer des oscillations, il faut modifier la température du capteur de mesure au maximum ?

Rappel: Ce que je veux réguler c'est des "peltier" et le capteur de température est relié à l'appareil à refroidir.

[plumele]

Bonjour, je relance cette discussion, parce que j'aimerai savoir quel signal envoyer à un système bouclé pour avoir des oscillations (point critique = limite de stabilité ). Un signal carré ? un signal continu ? un échelon unitaire ?
Merci

A mon avis, il n'y a que deux possibilités:
Soit on veut vérifier son modèle en faisant de la simulation
soit on calibre son modèle
mais faire les deux en même temps n'est pas possible

Dans le 1er cas (simulation) :
le but est ici de vérifier si la boucle de régulation fonctionne correctement.
iI faut alors créer un deuxième modèle qui simule la partie hardware de la boucle (capteur, partie refroidissement, échauffement du laser avec des)
On peut alors modifier le signal d'entrée et vérifier la réaction de son système.
Ce n'est pas la solution la plus simple car la réalisation du simulateur est aussi délicate que le reste. Elle ne se justifie pas ici.
Le fait de modifier la valeur du capteur d'une manière ou d'une autre permet éventuellement de tester son système mais surtout pas de faire une calibation des paramètres du PID.

Dans le 2eme cas (calibration):
comme déjà mentionné par DAUDET78 tout doit est en ordre de marche car il est impossible de calibrer une boucle de régulation sans inclure tous les éléments en font partie: temps de réponse du capteur de t°, les inerties thermiques, le temps de réponse des Peltier etc etc

Il va donc falloir définir une méthode pour les tests par mise en route et arrêt du laser et mesure simultanée des différentes valeurs: t° de consigne et t° lue par le capteur, mesure du signal de sortie qui permet le refroidissement ....

Pour la calibration, on annule d'abord l'influence de la partie intégtateur et différentielle.
La partie proportionnelle est à calibrer en 1er de façon à ce que les oscillations de t° soient les plus faibles possibles lors d'une sollicitation.
Ensuite on passe à la calibration de la partie intégrale, puis à la différentielle si elle est nécessaire.
Si lors des tests une différence se crée entre la t° de consigne et la t° lue par le capteur, il sera nécessaire d'agir sur la partie intégrale.

Je ne connais pas le modèle utilisé, je ne m'aventurerai pas davantage, mais pour faire de bonnes calibrations il est nécessaire de pouvoir mesurer séparément la partie proportionnelle, intégrale et différentielle du PID.

[Styliest]

A mon avis, il n'y a que deux possibilités:
Soit on veut vérifier son modèle en faisant de la simulation
soit on calibre son modèle
mais faire les deux en même temps n'est pas possible

Mon but c'est de calibrer les valeurs du PI avant de faire les mesures du système de régulation.
Mais je demandais juste pour la calibration du proportionnel, quel signal devrais je mettre en entrée, et puis je pensais à utiliser la méthode Ziegler Nichols qui consiste à mettre le système dans sa limite de stabilité et puis grâce au tableau de Z-N, je retrouverai les paramètres pour calibrer mon PI.