Brevet FR2600789A1 — publié le 19871231

L'invention concerne un procédé permettant de déterminer de façon automatique le réglage d'accord d'un régulateur. Le réglage d'accord d'un régulateur peut être défini comme le choix (réglage)des valeurs des grandeurs P (action proportionnelle), I (action intégrale) et D (action par différentiation) du régulateur. De telles grandeurs sont connues des spécialistes de la technique et ne sont pas décrites de façon détaillée. En particulier l'invention concerne un procédé permettant de déterminer de façon automatique le réglage d'accord d'un régulateur à action proportionnelle et intégrale ou régulateur PI ou d'un régulateur à action proportionnelle , intégrale et par différentiation ou régulateur PID. Des régulateurs tels que des régulateurs PID ou PI sont largement utilisés dans des boucles de commande dans des processus industriels et peuvent servir dans différents buts. Par-exemple on peut les utiliser en tant que régulateur de pression ou que régulateur de niveau dans une installation pilote. De telles boucles de commande ne sont habituellement pas bien accordées, étant donné que les réglages du régulateur sont déterminés d'une manière approchée ou bien parce que le processus devant être commandé et son point de fonctionnement peuvent avoir changé depuis que l'on a réalisé le réglage d'accord du régulateur. Les réglages du régulateur peuvent être définis comme étant les valeurs numériques pour les grandeurs P,I et D d'un régulateur. En particulier le réglage d'accord de régulateurs PID requiert un personnel spécialisé et la procédure automatique est assez complexe du point de vu-e mathématique. C'est pourquoi un but de la présente invention est de fournir un procédé permettant de réaliser le réglage d'accord d'un régulateur, par exemple d'un régulateur PI ou PID, qui soit simple et ne requiert pas une augmentation de la main d'oeuvre. Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé pour déterminer des réglages optimaux du régulateur pour une boucle de commande donnée, sur la base d'un essai expérimental exécuté pendant le fonctionnement en boucle fermée. C'est pourquoi l'invention fournit un procédé pour réaliser le réglage d'accord d'un régulateur utilisé dans une boucle de commande d'un processus devant être contrôlé, caractérisé en ce qu'il inclut les phases opératoires consistant à déterminer un signal de perturbation d'essai, à appliquer ce signal d'essai au point de réglage de la variable du processus devant être commandée, à mesurer une première grandeur représentative d'une variable d'entrée prédéterminée du processus et à mesurer une seconde quantité représentative d'une variable prédéterminée de sortie du processus, qui doit être commandée, à tirer,des grandeurs ainsi obtenues, des valeurs des variables respectives, qui sont enregistrées, à tirer des valeurs enregistrées et dudit signal d'essai un modèle ou une estimation de la réponse du processus devant être commandé, à utiliser la réponse estimée du processus ainsi obtenue et desperforanoesde commande prédéterminées pour obtenir les réglages désirés du régulateur, et à appliquer lesdits réglages désirés au régulateur. Une variable d'entrée du processus est par exemple la position d'une soupape, tandis que des variables de sortie du processus sont par exemple une pression ou une température. Des exemples de performances de commande sont un temps de montée, un dépassement de capacité des exigences de spécif-ications d'utilisateurs et analogues. L'estimation de la réponse du processus peut être la réponse en fréquence, tandis que le modèle peut être considéré comme une suite de nombres (modèle non paramétrique). Dans le cas d'un tel procédé utilisant le domaine des fréquences non paramétriques,l' utilisateur n'a pas besoin de spécifier par avance le type du modèle, et on peut effectuer une estimation directe de la fonction de réponse en fréquence du processus. Le procédé conforme à l'invention peut s'appliquer dans toutes les industries et à toutes les opérations utilisant des processus continus (pétrole, chimie, papier et analogues), qui doivent utiliser des régulateurs automatiques. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prises en référence au dessin annexé, qui représente un organigramme de mise en oeuvre de l'invention. En se référant maintenant à la figure , un processus s'y trouve représenté chématiquement par le bloc 1. Le processus est commandé par un régulateur 2,tel aue par exemple un régulateur PI ou PID placé dans une boucle de réaction 3. Le point de réglage du régulateur 2 est représenté par A.. En outre on a représenté un dispositif d'enregistrement et de contrôle 4. Ce dispositif 4 peut être par exemple un ordinateur. A titre de simplification, on a représenté uniquement la boucle de réaction, et en outre on ne décrira pas le processus et ses détails. Le fonctionnement de la commande de réaction en tant que tel est connu des spécialistes de la technique et ne sera pas décrit de façon détaillée. Le fonctionnement de l'invention est le suivant Conformément à l'invention , un signal d'essai approprié, à savoir un signal de perturbation de faible amplitude de valeur moyenne nulle (représenté par la ligne formée de tirets 5) est appliqué, par addition, de n'importe quelle manière appropriée, au point de réglage A du régulateur, par le dispositif 4. Dans un mode d'exécution avantageux de l'invention, le signal d'essai est un signal formé d'une suite binaire pseudo-aléatoire. L'expression "signal formé d'une suite binaire pseudo-aléatoire" est connue des spécialistes de la technique et ne sera pas décrite de façon détaillée. La procédure de réglage d'accord du régulateur est exécutée avec la mise en oeuvre des phases opératoires suivantes a) pendant l'intervalle de temps pendant lequel le signal de perturbation d'essai est appliqué au point de réglage A, la variable d'entrée du processus (action variable) (représentée par la ligne formée de tirets 6) et la variable de sortie du processus (variable devant être commandée) (représentée par la ligne formée de tirets 7) sont échantillonnées par le dispositif d'enregistrement et de contrôle 4, et les valeurs échantillonnées sont enregistrées dans ce dispositif b) à partir du signal d'essai et des données d'entrée et de sortie, le dispositif 4 délivre un modèle ou une estimation de la réponse du processus devant être commandé Dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention, on réalise une estimation de la réponse en fréquence ; l'estimation de la réponse en fréquence du processus peut être exécutée de la manière suivante la suite des valeurs pour chaque variable en fonction du temps est divisée en m blocs successifs de n valeurs, n étant une puissance de 2. On suppose que z (I,J),u, (I,J) et y (I,J) désignent respectivement - le signal de perturbation de la valeur réglée - l'entrée échantillonnée du processus, - la variable commandée échantillonnée, I étant l'indice relatif aux blocs et J l'indice relatif aux mesures dans un bloc. On suppose que Z (I,J), U (I,J) et Y (I,J) désignent les coefficients complexes de la transformée de Fourier rapide des séquences respectives de z (I,J), u (I,J) et y (I,J) pour chaque bloc I. On suppose que L désigne un nombre entier et U, Y désignent des conjuguées complexes respectivement d U,Y. Alors la réponse en fréquence du processus est estimée par Le calcul de T est exécuté de façon itérative en temps réel ; ilest .mis à jour chaque fois que l'on dispose de nouveaux blocs de n valeurs pour z, u et y. D'autres caractéristiques du système sont - un filtrage passe-bas numérique des mesures de u et y, -le calcul de fonctions de cohérence entre z et y et entre z et u de manière à valider l'estimation de la fonction de transfert, -le rejet des blocs pour lesquels la séquence de u et y n'est pas fixe c) Ultérieurement, la réponse estimée du processus, ainsi obtenue, (avantageusement la réponse en fréquence du processus) et des performances prédéterminées de commande sont utilisées pour calculer les réglages (valeurs numériques) désirés du régulateur (PI et/ou PID), qui sont appliquées au régulateur. La détermination des réglages PI et PID peut être effectuée de la manière suivante On suppose que K désigne un nombre entier re présentatif de la fréquence f = K-1 dans laquelle S dé NS signe la période d'échantillonnage et désigne une mar- ge de phase. Les valeurs K et doivent être choisies par l'utilisateur et déterminent le temps de réponse et le dépassement de course, que l'on veut respectivement obtenir dans la boucle fermée. On suppose que C désigne la réponse en fréquence d'un régulateur PID C(f) = P(1 + j [2# f Td dans laquelle P est la grandeur proportionnelle, Ti est la grandeur intégrale, Td est la grandeur dérivée. Les réglages PI fournissent la marge de phase pour la fréquence f et sont donnés par le système suivant d'équations Xn + Jy, = Y &alpha; = -Xn Ti = - 2Ba f 2Tt f Les réglages PID fournissent la marge de phase pour la fréquence f et en outre réduisent le dépassement de course dans la boucle fermée. Ces réglages sont fournis par les équations suivantes ~ 3+7T 2 Xw + j w = e T(Kr = A + jB T'(K) = A' + jB' = N24 CT-(K+1) - (A' - &alpha;B' ) Xw - (B' + &alpha;A') Yw A Yw + BXw P = comme pour les réglages PI 2 Ti = 2#f(2#fss-&alpha; Td = 2 ( + +f3). Les performances désirées de commande peuvent être exprimées directement comme par exemple au moyen d'un temps de réponse et d'un dépassement de course en réponse à une modification de l'échelon point de réglage. Dans des modes d'exécution avantageux de l'invention, on peut utiliser un micro-ordinateur portatif et on peut l'accrocher au régulateur dont le réglage d'accord doit être exécuté. En outre on peut utiliser un système distribué de commande de processus, dans lequel les données du processus situées dans un ordinateur de contrôle sont disponibles et dans lequel il existe une possibilité de commandedu point de réglage. On notera que la présente invention n'est pas limitée à l'application de régulateurs PI ou PID, mais peut être utilisée pour déterminer de façon automatique le cadencement de n'importe quel régulateur approprié. Différentes modifications de la présente invention apparaîtront à l'évidence aux spécialistesde la technique à partir de la description précédente et du dessin annexé, de telles modifications faisant partie du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Procédé pour réaliser le réglage d'accord d'un régulateur (2) utilisé dans une boucle de commande (3) d'un processus devant être contrôlé, caractérisé en ce qu'il inclut les phases opératoires-consistant à déterminer un signal de perturbation d'essai, à appliquer ce signal d'essai au point de réglage de la variable du processus devant être commandée, à mesurer une première grandeur représentative d'une variable d'entrée prédéterminée du processus et à mesurer une seconde quantité représentative d'une variable prédéterminée de sortie du processus, qui doit être commandée, à tirer des grandeurs ainsi obtenues, des valeurs des variables respectives, qui sont enregistrées, à tirer,des valeurs enregistrées et dudit signal d'essai un modèle ou une estimation de la réponse du processus devant être commandé, à utiliser la réponse estimée du processus ainsi obtenue et des performancesde commande prédéterminées pour obtenir les réglages désirés du régulateur, et à appliquer lesdits réglages désirés au régulateur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal d'essai est un signal de perturbation de faible amplitude, d'une valeur moyenne nulle. 3. Procédé selon I'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le signal d'essai est un signal formé d'une séquence bianire pseudo-aléatoire. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé encre que le modèle du processus est non paramétrique. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé-en ce que le modèle du processus se situe dans le domaine des fréquences. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les rendements de commande désirés sont exprimés sous la forme du temps de réponse et du dépassement de course réponse à une modification de l'échelon du point de réglage. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'enregistrement des valeurs mesurées, l'estimation de la réponse du processus et le calcul des réglages du régulateur (2) sont exécutés dans un micro-ordinateur portatif (4) qui est accroché au régulateur dont le réglage d'accord doit être exécuté. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il inclut la phase opératoire consistant à mesurer les variables d'entrée et de sortie du processus au moyen d'un échantillonnage de ces variables.