La régulation pid pour les nuls est conçu pour ceux qui cherchent à avoir une meilleure compréhension de la régulation PID sans se retrouver noyés dans les concepts techniques complexes.
Que vous soyez un technicien ou un étudiant dans le domaine de l’instrumentation, cet article se veut être une ressource qui vous guidera vers la connaissance du régulateur pid.
Vous découvrirez la genèse de la régulation, les mécanismes de fonctionnement du PID, l’importance de la régulation PID dans différentes industries, et des conseils pour une optimisation de votre process.
Il est difficile de discuter de la régulation PID sans toucher à son histoire. Au début du 20e siècle, Nicolas Minorsky observa que les navires ne parvenaient pas à maintenir un cap constant malgré les efforts continus du personnel de pilotage.
M. Minorsky mis alors au point une solution au besoin : l’utilisation d’un contrôleur automatique, qui, par exploitation des écarts entre la direction désirée et le cap réel, pouvait ajuster le gouvernail pour assurer une navigation plus fluide.
Ce fût la base de la naissance de la régulation PID, et son effet sur le contrôle des processus industriels a été majeur.
Pour comprendre facilement le fonctionnement d’un régulateur PID, considérons un exemple simple et courant de boucle de régulation – un four de poterie.
La température à l’intérieur du four doit être maintenue à une valeur de consigne constante, disons une valeur de consigne de 800 °C.
Au lieu d’un simple système de régulation tout ou rien (le four est soit allumé, soit éteint), le régulateur de température PID va maintenir cette température constante pour éviter un écart qui pourrait détériorer la qualité du produit à l’intérieur du four.
Voici comment cela fonctionne.
Le début du processus de régulation implique une sonde de température thermocouple qui surveille la température à l’intérieur du four.
Cette mesure de température est comparée à la consigne de température (800 °C dans cet exemple).
L’écart entre ces deux valeurs, appelé erreur, est envoyé au contrôleur PID qui formule une action de correction sur la sortie pour atténuer cette erreur.
Cette correction est le produit de trois fonctions ou grandeurs : Les termes Proportionnelle (P), Intégrale (I) et Dérivée (D) forment ensemble l’acronyme PID (Proportionnelle Intégrale Dérivée).
L’action de bande proportionnelle équivaut à multiplier l’erreur par un coefficient proportionnel (Kp). Cette action provoque l’ajustement de la sortie du régulateur de manière à être proportionnelle à l’erreur. Ainsi, si l’erreur ou la perturbation est grande, la correction sera également importante, et vice versa.
L’action intégrale vise à éliminer l’erreur persistante en accumulant les erreurs passées et en les intégrant dans le temps. Cette action amène le système progressivement plus près de la consigne en ajustant la sortie en fonction de l’erreur intégrée. Le coefficient intégral (Ki) détermine l’influence de cette composante.
L’action dérivée concerne le taux de changement de l’erreur. Cette action prédictive permet au système de réagir à des événements futurs en se basant sur les tendances observées. Le coefficient dérivé (Kd) ajuste l’influence de cette action pour un meilleur contrôle.
Le réglage d’un régulateur Proportionnelle Intégrale Dérivée peut sembler intimidant, mais il est essentiel pour garantir le bon fonctionnement de votre processus. Chacun des paramètres de réglage, P, I et D, impacte la manière dont le contrôleur réagit aux variations de valeur du process.
Des réglages adéquats peuvent améliorer sensiblement la stabilité et les performances de votre système.
Cependant, des réglages mal effectués peuvent au contraire entraîner des oscillations, des surexcitations et des sous-réactions, détériorant la qualité du contrôle du processus.
La méthode de Ziegler-Nichols est une approche bien connue pour régler les paramètres d’un régulateur PID.
Cette méthode consiste à amener le système ou le procédé à osciller en ajustant le gain proportionnel (Kp) jusqu’à ce qu’il atteigne la limite de stabilité.
La période d’oscillation et le gain critique sont ensuite utilisés pour déterminer les coefficients proportionnel (Kp), intégral (Ki) et dérivé (Kd) optimaux.
Bien que cette méthode soit pratique pour un premier réglage des paramètres PID, il est important de noter que l’optimisation du système de régulation peut nécessiter des ajustements supplémentaires. Ces ajustements dépendront de la réponse souhaitée et des contraintes spécifiques du processus.
Si votre système a une instabilité inhérente, ou si d’autres problèmes prévalent comme des retards, des perturbations, des pressions externes, etc., alors un régulateur P, I, D, ne peut que les tempérer et non les éliminer complètement. Il est parfois utile de revoir la conception du procédé.
Dans une boucle fermée, les informations sur l’état actuel du processus sont constamment renvoyées au contrôleur PID.
Il utilise ces informations pour apporter une correction à sa sortie et maintenir ainsi le processus aussi proche que possible de la valeur de consigne.
Ce mécanisme améliore considérablement la précision dans la gestion des variables de processus, permettant ainsi une régulation plus stricte et une meilleure stabilité.
De plus, des systèmes en boucle fermée contribuent efficacement à contrer les perturbations externes, minimisant les fluctuations indésirables.
Tout ou rien désigne un mode de contrôle dans lequel le système est soit à 100 % en marche, soit entièrement éteint. Il n’y a pas de niveaux de fonctionnement intermédiaires.
En somme, la régulation Tout ou rien peut être adaptée pour des applications simples et moins exigeantes. Cependant, pour une maîtrise précise et efficace de la température, particulièrement dans des environnements industriels ou pour des processus critiques, la régulation PID offre des avantages significatifs en termes de stabilité, efficacité énergétique et protection des équipements.
La bande proportionnelle est la plage de valeurs à l’intérieur de laquelle le régulateur passe de son état éteint à son état pleine puissance (et inversement) dans un réglage proportionnel. Elle est la partie de la régulation PID qui réagit en fonction de l’écart entre la valeur que l’on souhaite obtenir et la valeur actuelle. Plus cet écart est grand, plus la correction apportée est importante.
La bande intégrale est la partie de la régulation PID qui s’accumule dans le temps. Si l’écart persiste, même s’il est petit, cette correction va continuer à augmenter jusqu’à ce que l’écart soit corrigé.
L’action dérivée en régulation PID est la partie qui réagit à la vitesse de changement de l’écart. Elle tente de prévoir l’avenir de cet écart et d’apporter une correction préventive pour minimiser les variations trop rapides.
Les régulateurs PID sont largement utilisés dans diverses industries telles que l‘industrie pharmaceutique, l’industrie agroalimentaire (ex : fours de boulangerie, ou fours à pizza), l’industrie automobile (ex : cabines de peinture) dans les laboratoires (ex : essais des matériaux automobiles), dans les machines spéciales telles que les machines d’emballage ou la plasturgie, notamment pour :
Et bien d’autres applications et systèmes de régulation de température
Chez Fuji Electric, nos experts en régulation de température industrielle sont prêts à vous accompagner pour sélectionner les régulateurs PID idéaux pour systèmes. Nous vous assistons durant la mise en service des régulateurs afin d’affiner les réglages des paramètres.
Que vous soyez un professionnel chevronné ou un novice dans le domaine, notre équipe est là pour transformer la régulation PID en un atout maîtrisable et performant pour votre activité.
