TP - Régulation de Température [PDF]

Zitiervorschau

Université Ferhat Abbas-Sétif 1 Département d’Electrotechnique

Module : Asservissement et régulation

TP N° 06 Régulation de Température Objectif de TP : 1- Le but de cette manipulation est de réguler la température d’un système aérotherme constitué d'une ampoule, d'une enceinte et d'un capteur de température. L'entrée du système est la tension aux bornes de l'ampoule, la sortie est la température mesurée dans l'enceinte. Le processus se compose de : • Une conduite d’air à partir duquel, l’air peut être distribué en utilisant un ventilateur à vitesse réglable. • Un processus de chauffage électrique (ampoule) commandé par une tension variable entre 0 et 10v se trouve à l’entrée de la conduite. • Deux thermistance en platine surveillent la température du processus, une est montée en contact thermique direct avec le radiateur, l’autre est montée sur une entretoise isolante pour introduire l’effet de l’inertie thermique et la variation de la constante du temps dans la boucle d’asservissement, la température est convertie en tension avec un étalonnage de 1v /10°c et peut aller jusqu'à 100°c. • Un volet de fermeture, commandée manuellement, monté à la sortie de la conduite d’air. Ce dernier est utilisé pour introduire une perturbation. Cette étude se divise en deux parties Dans la première partie il vous sera demandé d'identifier cet aérotherme, c'est à dire de déterminer un modèle simple permettant de décrire le fonctionnement du système. La deuxième partie traite de la régulation. Il vous sera alors demandé de réguler la température. Les exigences du réglage sont alors de maintenir une température dans l'enceinte autour d'une valeur de consigne.

Etude expérimentale 

on a réalisé la boucle ouverte ci-dessous avec : - e(t) est une consigne de type échelon de 10v ; -la vitesse de ventilation est fixée à 3.5v ; - le volet de fermeture est entièrement fermé. Commande e(t)

S(p)

Sortie s(t)

le relevé de la réponse se fait par ordinateur à l’aide d’un convertisseur A/N - N/A. 1. Observez et mesurez la sortie du système lorsque la tension appliquée sur la lampe est nulle. Pourquoi la mesure de température n'est elle pas nulle ? …………………………………………………………………………………………………..

I. Identification du modèle par la méthode de BROЇDA : Le modèle proposé pour approcher le comportement du système est un système de premier ordre avec un retard pur. Sa fonction de transfert est : S ( p)  K

1

exp( rP ) (1  P )

Le principe n’est pas de faire coïncider la tangente au point d’inflexion (souvent imprécis) mais d’ajuster les paramètres  et r pour que les courbes de réponse du modèle et du processus aient deux points communs judicieusement choisis. Les points communs C1 et C2 habituellement utilisés correspondent respectivement à 28% et 40% de la valeur finale. Le modèle de Broïda donne les points C1 et C2 comme suit : s (t )  0.28  KE  s (t )  0.40  KE

tr  0.328  tr  0.510 

La méthode d’identification s’appuie sur les résultats précédents. Soient t1 et t2 les temps au bout desquels la réponse expérimentale atteint respectivement 28% et 40% de la valeur finale. On va simplement résoudre le système donné par : t1  r  0.328  t1  r  0.328  t2  r  0.510  t 2  r  0.510  La résolution de ces équations donne :   5.5(t 2  t1 ) r  2.8t1  1.8t 2 Le gain K est déterminé par la valeur finale de la sortie. On a obtenu la réponse suivante :

Donc d’après le graphe : K=8.123 , t1=29.16 s , t2= 7.29s r=68.52 s ,   120.28 s S ( p )  8.123

exp(68.52 P ) (1  120.28 P )

II. Introduire un régulateur 2

II.A- Etude du régulateur Proportionnel (P) Réaliser le montage du système bouclé avec correcteur P donné ci – dessous

W

Premièrement, alimenter le ventilateur par une tension de 3.5V, le volet est entièrement fermé et fixer l’échelon de consigne à 5v. 1- tracer les réponses pour les différentes valeurs de gain proportionnel kp  Kp=2 Kp=7

Tr=……. s

erreur statique = …….. V Kp=10

Tr=……. s

erreur statique = …….. V

Tr=……. s

Tr=……. s

erreur statique = …….. V Kp=15

erreur statique = …….. V

2-Expliquer l’action du gain proportionnel ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………

3

………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………….... -déduire le gain qui indique la limite de la stabilité Kp=……. . 3- après avoir connaître le gain qui donne la meilleure réponse (Kp=…....) et après avoir laisser le système se stabilise, ouvrir le volet de fermeture.

erreur statique = …….. V Qu est ce que vous remarquer………………………………………………………………… Faire une conclusion pour le régulateur P…………………………………………................ ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… .....................................................................................................................................

II.B- Etude du régulateur Proportionnel Intégral (PI) Alimenter le ventilateur par une tension de 3.5v, fermer le volet, et fixer l’échelon de consigne à 5v, fixer Le gain proportionnel à 10, et varier le gain de l’action intégral K i' ={0.01 , 0.02 , 0.03 , 0.07 }ou bien Ti={100 , 50 , 33.33 , 14.3 }( K i 

selon l’équation Kp 

Kp Ti

 K i' 

1 Ti

Ki 1  K d s  K p (1   Td s ) ) s Ti s

1- tracer les réponses pour les différentes valeurs de gain proportionnel intégral (Kp, Ki ) Kp=10, Ti= 100 Kp=10, Ti=50

Tr=……. s

erreur statique = …….. V

Tr=……. s

4

erreur statique = …….. V

Kp=10, Ti= 33.33

Tr=……. s

Kp=10, Ti=14.3

erreur statique = …….. V

Tr=……. s

erreur statique = …….. V

2-Expliquer l’action du gain Intégral ………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… 3- déterminer le couple qui donne la meilleure réponse Kp=………, Ki= ………. Pour un Kp=10 et Ti=33.33 et après avoir atteindre la stabilité, ouvrir le volet de fermeture (création d’une perturbation),

erreur statique = …….. V qu est ce que vous remarquer……………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Faire une conclusion pour le régulateur PI…………………………………………................ …………………………………………………………………………………………………

II.C- Etude du régulateur Proportionnel Intégral Dérivé (PID) Alimenter le ventilateur par une tension de 3.5v, fermer le volet, et fixer l’échelon de consigne à 5v, Fixer les gain kp =10 et ki =0.03(Ti=33.33 ) , et introduit l’action dérivée dans la boucle de régulation. varier le gain de l’action dérivée kd={5, 10,15 }ou bien Td={5,10 ,15 } 1- tracer les réponses pour les différentes valeurs de gain proportionnel intégral dérivé (Kp, Ki, Kd) 5

Kp=10, Ti=33.33, Td=5

Kp=10, Ti=33.33, Td=10

Tr=……. s erreur statique = …….. V Kp=10, Ti=33.33, Td=15

Tr=……. s

Tr=……. s

erreur statique = …….. V

erreur statique = …….. V

2-Expliquer l’action du gain drivé …………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. 3-Faire une conclusion pour le régulateur PID………………………………………................ ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... 4- conclusion générale ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………..

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