Principe de Régulation


Inroduction
La régulation de procédés est une partie essentielle du fonctionnement d’une centrale. Par exemple, les évaporateurs doivent contenir suffisamment d’au pour fonctionner comme puits de chaleur, mais l’eau qu’ils contiennent ne doit pas déborder vers la turbine. Ainsi, on doit conserver le niveau d’eau dans l’évaporateur dans les limites précises. La pression de transport de la chaleur est un autre paramètre dont la régulation est cruciale. Si elle est trop élevée, le système éclatera, si elle est trop basse, l’eau se vaporisera. Trop ou trop peu de pression réduit la capacité du système de transport de la chaleur de refroidir le combustible.
Dans ce chapitre, nous considérerons les fondements de la régulation.
Nous traiterons des éléments fondamentaux de la régulation proportionnelle, intégrale et différentielle et leur application à certains systèmes simples.  


PRINCIPES DE LA RÉGULATION 

Considérons un système typique de régulation d’un procédé : le cas d’une cuve ouverte qui alimente un procédé, disons une pompe. La cuve doit être elle-même alimentée pour conserver un niveau constant (et préserver la charge d’aspiration positive pour la pompe). Ce niveau préétabli est la valeur de consigne, c’est la grandeur contrôlée du système.
Évidemment si les débits massiques de l’amenée et de l’écoulement sont égaux, le niveau restera constant. Toute différence dans les débits relatifs conduira à une variation du niveau. Comment peut-on commander efficacement ce système pour assurer la constance du niveau ? La première étape consiste en l’identification des variables. Tout système comporte évidemment plusieurs variables, mais les deux variables (ou grandeurs) qui nous préoccupent sont : 


•  la grandeur commandée (ou réglée), dans notre cas, le niveau;
•  la grandeur de commande (ou réglante), le débit entrant ou sortant du système.
Examinons notre cas type en détail (figure 1). Si le niveau est au point de consigne, les débits d’entrée et de sortie du système sont équilibrés.
Aucune action corrective ne sera requise, tant que la situation demeure stationnaire. Les actions correctrice ne seront nécessaire que si un écart apparaissait entre le point de consigne et le niveau mesuré. On devra effectuer la commande appropriée pour ramener le procédé à sa valeur de consigne selon que l’erreur est positive ou négative.
Dans la suite du texte, l’erreur aura toujours la même forme :
    Erreur = valeur de consigne – grandeur mesurée  


Ou

La correction consistera à varier le débit entrant ou le débit sortant du système afin de conserver le niveau à la valeur de consigne. Considérons une approche générale pour atteindre ces objectifs. 
À la figure 2, le procédé est représenté par une boucle fermée. La sortie mesurée du procédé (le niveau) est lue par un capteur du procédé qui aliment le signale de mesure à un comparateur à l’entrée du système. La deuxième entrée du comparateur est la valeur de consigne, et sa sortie le signal d’erreur. L’amplificateur —pour le moment, une « boîte noire » — calcule la correction appropriée pour conserver le procédé au point de consigne quelques soient les perturbations qui pourraient l’affecter. On comprend facilement que si ce système était sous commande manuelle, la boucle d’asservissement ne serait pas nécessaire. L’opérateur effectuerait cette rétroaction en apportant lui-même les corrections nécessaires au système tout en observant les effets sur la grandeur commandée. C’est ce que l’on appelle une boucle ouverte. 

 Schéma fonctionnel de l’asservissement 



1. L’asservissement (ou rétroaction) 


Il existe plusieurs synonymes pour cette notion. En effet on parle de boucle d’asservissement, de rétroaction, de contre-réaction, de réaction négative ou de correction. Le terme le plus employé, « boucle de rétroaction » se justifie de trois façons : 

•  Le retour du signal mesuré de la sortie à l’entrée du système, l’information se déplace de façon rétrograde par rapport au procédé (c’est la définition de la rétroaction).
•  La correction s’effectue dans le sens contraire de l’erreur, puisquequ’elle doit corriger un écart, non l’aggraver. 
•  Une erreur doive se manifester avant que s’applique une correction, la correction est rétroactive.
Dans la prochaine sous-section, nous étudierons en détail les méthodes utilisées pour appliquer les commandes de correction nécessaires.
 

2. Régulation par commande prédictive 

Si nous désirons réguler notre procédé sans attendre qu’une erreur se produise au préalable, nous devons corriger les perturbations qui causeraient l’apparition d’une erreur dans le procédé. C’est ce que l’on appelle la régulation par commande prédictive. La régulation par commande prédictive est rarement utilisée seule, mais on l’intègre dans la régulation par rétroaction pour améliorer la réponse de la régulation aux perturbations subies par le procédé. 


3. Points saillants 

•  Variable contrôlée : grandeur produite par le système (niveau, température etc.)
•  Variable de contrôle : grandeur utilisée pour maintenir la variable contrôlée à la valeur de consigne..
•  Signal d’erreur : l’écart entre la valeur de consigne et la grandeur mesurée. (e = VC – M).
•  Valeur de consigne : le valeur désirée pour le procédé (VC)
•  Mesure : la grandeur réelle (mesurée) du procédé (M)
•  Boucle fermée ou boucle d’asservissement : boucle de régulation automatique. 

•  Boucle ouverte : régulation par l’opérateur.
•  Régulation par rétroaction : correction d’une erreur à la suite de perturbation
•  Régulation par commande prédictive : la régulation des perturbations qui pourraient causer une erreur dans le procédé.  


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