Modélisation du procédé thermique Synthèse du régulateur numérique Commande du procédé thermique

1. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
/
Formation : Arduino ↔ Matlab/Simulink
Commande d’un système thermique
à l’aide de la carte ARDUINO UNO
Hammamet 3/4 Mai 2014
CHELLY Nizar et CHARED Amine
CHELLY Nizar et CHARED Amine Formation Arduino↔ Matlab/Simulink FAM 2014 1 / 26

2. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Plan de l’exposé
1 Modélisation du procédé thermique
Exploitation de l’outil “System identification”
2 Synthèse du régulateur numérique
Exploitation de l’outil “PID tuning”
3 Commande du procédé thermique
Implémentation de la commande sous Simulink
Implémentation de la commande sur la carte Arduino
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3. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Plan de l’exposé
1 Modélisation du procédé thermique
Exploitation de l’outil “System identification”
2 Synthèse du régulateur numérique
Exploitation de l’outil “PID tuning”
3 Commande du procédé thermique
Implémentation de la commande sous Simulink
Implémentation de la commande sur la carte Arduino
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4. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Plan de l’exposé
1 Modélisation du procédé thermique
Exploitation de l’outil “System identification”
2 Synthèse du régulateur numérique
Exploitation de l’outil “PID tuning”
3 Commande du procédé thermique
Implémentation de la commande sous Simulink
Implémentation de la commande sur la carte Arduino
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5. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Exploitation de l’outil “System identification”
Plan de l’exposé
1 Modélisation du procédé thermique
Exploitation de l’outil “System identification”
2 Synthèse du régulateur numérique
Exploitation de l’outil “PID tuning”
3 Commande du procédé thermique
Implémentation de la commande sous Simulink
Implémentation de la commande sur la carte Arduino
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6. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Exploitation de l’outil “System identification”
Acquisition de la réponse indicielle du système
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7. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Exploitation de l’outil “System identification”
Détermination de la fonction de transfert G(z)
1/8
Emplacement de l’outil System identification
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8. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Exploitation de l’outil “System identification”
Détermination de la fonction de transfert G(z)
2/8
Ouvrir l’outil System identification Tool
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9. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Exploitation de l’outil “System identification”
Détermination de la fonction de transfert G(z)
3/8
Cliquer sur import data et choisir Time domain data.
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10. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Exploitation de l’outil “System identification”
Détermination de la fonction de transfert G(z)
4/8
Entrer le nom de la variable Input et la variable Output ainsi
que tempsde starting time et sample time qu’on a utiliser lors
de l’identification avec Simulink.Enfin cliquer sur Import.
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11. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Exploitation de l’outil “System identification”
Détermination de la fonction de transfert G(z)
5/8
Cliquer sur Estimate et choisir Transfer Function Models
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12. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Exploitation de l’outil “System identification”
Détermination de la fonction de transfert G(z)
6/8
Entrer le nombre de pôle et de zéro et cliquer sur
Discrete-Time ensuite cliquer sur Estimate.
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13. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Exploitation de l’outil “System identification”
Détermination de la fonction de transfert G(z)
7/8
Revenir à l’interface System Identification Tool et cliquer
deux fois sur tf1.
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14. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Exploitation de l’outil “System identification”
Détermination de la fonction de transfert G(z)
8/8
Une fenêtre apparait dans laquelle vous trouvez G(z).
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15. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Exploitation de l’outil “PID tuning”
Plan de l’exposé
1 Modélisation du procédé thermique
Exploitation de l’outil “System identification”
2 Synthèse du régulateur numérique
Exploitation de l’outil “PID tuning”
3 Commande du procédé thermique
Implémentation de la commande sous Simulink
Implémentation de la commande sur la carte Arduino
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16. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Exploitation de l’outil “PID tuning”
Détermination des paramétrés du régulateur
1/6
Emplacement de l’outilPID tuning
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17. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Exploitation de l’outil “PID tuning”
Détermination des paramétrés du régulateur
2/6
Ouvrir l’outil PID Tuner
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18. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Exploitation de l’outil “PID tuning”
Détermination des paramétrés du régulateur
3/6
Cliqueur sur Import new plant, une nouvelle fenêtre apparait.
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19. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Exploitation de l’outil “PID tuning”
Détermination des paramétrés du régulateur
4/6
Une nouvelle fenêtre apparait dans laquelle vous allez
sélectionner tf1 ensuite cliquer sur import puis close.
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20. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Exploitation de l’outil “PID tuning”
Détermination des paramétrés du régulateur
5/6
Revenir à la fenêtre PID Tuner, vous pouvez choisir le type
de régulateur à implémenter et les objectifs de la commande
en boucle fermé et voir la réponse de la sotie du système.
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21. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Exploitation de l’outil “PID tuning”
Détermination des paramétrés du régulateur
6/6
Cliquer sur la flèche de show parameter pour voir les
paramétrés utilisés de votre régulateur ainsi que les
performances du système en boucle fermé.
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22. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Implémentation de la commande sous Simulink
Implémentation de la commande sur la carte Arduino
Plan de l’exposé
1 Modélisation du procédé thermique
Exploitation de l’outil “System identification”
2 Synthèse du régulateur numérique
Exploitation de l’outil “PID tuning”
3 Commande du procédé thermique
Implémentation de la commande sous Simulink
Implémentation de la commande sur la carte Arduino
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23. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Implémentation de la commande sous Simulink
Implémentation de la commande sur la carte Arduino
Implémentation de la commande sous Simulink
1/3
La boucle d’asservissement à implémenter sur Simulink
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24. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Implémentation de la commande sous Simulink
Implémentation de la commande sur la carte Arduino
Implémentation de la commande sous Simulink
2/3
L’asservissement de notre procédé est assuré par le modèle
Simulink suivant :
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25. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Implémentation de la commande sous Simulink
Implémentation de la commande sur la carte Arduino
Implémentation de la commande sous Simulink
3/3
L’appui deux fois sur le bloc PID(z) permet d’introduire les
paramétrés Kp Ki Kd.
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26. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Implémentation de la commande sous Simulink
Implémentation de la commande sur la carte Arduino
Plan de l’exposé
1 Modélisation du procédé thermique
Exploitation de l’outil “System identification”
2 Synthèse du régulateur numérique
Exploitation de l’outil “PID tuning”
3 Commande du procédé thermique
Implémentation de la commande sous Simulink
Implémentation de la commande sur la carte Arduino
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27. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Implémentation de la commande sous Simulink
Implémentation de la commande sur la carte Arduino
Implémentation de la commande sur la carte Arduino
1/2
Schéma synoptique de l’asservissement à implémenter
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28. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Implémentation de la commande sous Simulink
Implémentation de la commande sur la carte Arduino
Implémentation de la commande sur la carte Arduino
2/2
L’équation temporelle du correcteur PID
UP ID(t) = Kp × e(t) + Ki × t
0 e(τ)dτ + Kd ×
d
dt
e(t)
L’équation de contrôle PID numérique
PID = Kp × erreur + Ki × (erreur × ∆t) + Kd ×
(erreur − erreurprecedente)
∆t
L’implémentation du régulateur PID sur la carte Arduino
PID: Error = Setpoint - Actual
Integral = Integral + (Error*dt)
Derivative = (Error - Previous_error)/dt
Drive = (Error*kP) + (Integral*kI) + (Derivative*kD)
Previous_error = Error
wait(dt)
GOTO PID
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29. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Implémentation de la commande sous Simulink
Implémentation de la commande sur la carte Arduino
Implémentation de la commande sur la carte Arduino
2/2
L’équation temporelle du correcteur PID
UP ID(t) = Kp × e(t) + Ki × t
0 e(τ)dτ + Kd ×
d
dt
e(t)
L’équation de contrôle PID numérique
PID = Kp × erreur + Ki × (erreur × ∆t) + Kd ×
(erreur − erreurprecedente)
∆t
L’implémentation du régulateur PID sur la carte Arduino
PID: Error = Setpoint - Actual
Integral = Integral + (Error*dt)
Derivative = (Error - Previous_error)/dt
Drive = (Error*kP) + (Integral*kI) + (Derivative*kD)
Previous_error = Error
wait(dt)
GOTO PID
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30. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Implémentation de la commande sous Simulink
Implémentation de la commande sur la carte Arduino
Implémentation de la commande sur la carte Arduino
2/2
L’équation temporelle du correcteur PID
UP ID(t) = Kp × e(t) + Ki × t
0 e(τ)dτ + Kd ×
d
dt
e(t)
L’équation de contrôle PID numérique
PID = Kp × erreur + Ki × (erreur × ∆t) + Kd ×
(erreur − erreurprecedente)
∆t
L’implémentation du régulateur PID sur la carte Arduino
PID: Error = Setpoint - Actual
Integral = Integral + (Error*dt)
Derivative = (Error - Previous_error)/dt
Drive = (Error*kP) + (Integral*kI) + (Derivative*kD)
Previous_error = Error
wait(dt)
GOTO PID
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31. Modélisation du procédé thermique
Synthèse du régulateur numérique
Commande du procédé thermique
Implémentation de la commande sous Simulink
Implémentation de la commande sur la carte Arduino
Implémentation de la commande sur la carte Arduino
2/2
L’équation temporelle du correcteur PID
UP ID(t) = Kp × e(t) + Ki × t
0 e(τ)dτ + Kd ×
d
dt
e(t)
L’équation de contrôle PID numérique
PID = Kp × erreur + Ki × (erreur × ∆t) + Kd ×
(erreur − erreurprecedente)
∆t
L’implémentation du régulateur PID sur la carte Arduino
PID: Error = Setpoint - Actual
Integral = Integral + (Error*dt)
Derivative = (Error - Previous_error)/dt
Drive = (Error*kP) + (Integral*kI) + (Derivative*kD)
Previous_error = Error
wait(dt)
GOTO PID
CHELLY Nizar et CHARED Amine Formation Arduino↔ Matlab/Simulink FAM 2014 26 / 26