iREG
PROGICIEL interactif « tout en un » pour
l’IDENTIFICATION DE MODELES DE PROCEDES et le
CALCUL DE REGULATEURS NUMERIQUES PID et RST ROBUSTES
PRESENTATION GENERALE
iREG est composé d’un module « Identification » et d’un module « Régulation » ( régulation RST et régulation
PID ), chacun pouvant être utilisé en mode Manuel ou Automatique .
iREG est le résultat de l’évolution des logiciels WinPIM et WinREG, tant sur le plan informatique que sur le plan
méthodologique. Ce logiciel prend en compte les développements les plus récents dans les domaines de l’identification et de la commande robuste, qui ont fait leur preuve en pratique.
iREG est utilisé dans des domaines variés parmi lesquels : pétrochimie, papeterie, métallurgie, sidérurgie,
cristallogénèse, moteurs à explosion, machines-outils, asservissements de précision, thermique, agro-alimentaire,
systèmes hydrauliques, forages, aérospatial, bancs d’essais, cimenterie, robotique, nucléaire énergétique,
périphériques d’ordinateur, économie d’énergie, analyse spectrale de signaux, recherche, enseignement…
L’interactivité et les performances du logiciel représentent sans aucun doute un saut technologique dans ce type
de produit. La possibilité d’une identification «automatique» et d’une synthèse de régulateurs «automatique» sont
les conséquences des progrès significatifs sur le plan méthodologique aussi bien qu’informatique.
Le module « Identification »
permet d’identifier les modèles
paramétriques (modèles en Z) (*1)
de procédé à partir de données
expérimentales, réalisées en Boucle
Ouverte ou en Boucle Fermée.
Celles-ci peuvent être d’amplitude très
faible, permettant ainsi de réaliser cette
identification sans perturber le
fonctionnent normal du procédé.
Le module « Régulation RST » et « Régulation PID »
calcule et valide les paramètres optimaux d’un régulateur
numérique RST (ou PID) (*2) à partir d’un modèle
paramétrique du procédé.
Ce modèle peut être identifié avec le module Identification,
ou déduit de la fonction de transfert continue.
Les spécifications des dynamiques souhaitées en régulation
ainsi que les spécifications de robustesse sont traduites en
termes de placement interactif des pôles de la fonction de
transfert mesure/consigne et de gabarits pour les fonctions de
sensibilité perturbation/mesure et perturbation/commande.
Module IDENTIFICATION DE MODELES PARAMETRIQUES
L’identification peut être réalisée en mode Automatique (mode de Base) ou en mode Manuel (mode Avancé ).
Fonctions disponibles en
mode Manuel :
— Gestion des fichiers de mesures
Mesures d’Entrées/Sortie recueillies sur
le procédé sous forme d’un fichier .txt
(avec WinTRAC ou tous systèmes
d’acquisitions), à partir de séquences
d’excitation SBPA.
- saisie de la valeur de la période
d’échantillonnage Te.
- visualisation des données
- sélection de tout ou partie du fichier
— Prétraitement des données
- retrait de la composante continue
- ajout d’un offset
- mise à l’échelle
- différentiation des mesures
- intégration des mesures
- filtrage
ADAPTECH
iREG
— Estimation de complexité du modèle
Estimation des degrés de chaque polynôme du
modèle et du retard pur, directement à partir des
données d’entrées/sorties expérimentales, avec
indication du risque de surestimation.
— Identification avec choix de la structure de bruit
Mise en oeuvre de 6 types de structures de modèles
récursives d’identification (pré-sélectionnées pour
chaque type de structure choisie): 4 en Boucle
ouverte, 2 en Boucle fermée.
— Validation du modèle
Test de la qualité du modèle identifié permettant le choix de
la meilleure structure et de la meilleure méthode
d’identification pour un procédé donné.
Test statistique, plus fiable qu’une simple superposition
visuelle.
— Analyse temporelle et fréquentielle
des modèles identifiés : réponse indicielle et
fréquentielle, densité spectrale, calcul des pôles et
zéros et de leurs équivalents continus.
— Simulation
Pour créer des fichiers de données entrée/sortie
à partir de modèles de processus et signaux, en présence
de perturbations simulées.
Le profil de commande peut être choisi parmi différents
types de signaux : échelon, sinusoïde, créneau, SBPA, ou
lu dans un fichier.
— Sauvegarde du modèle
au format WinPIM et Matlab
AFFICHAGE
———————————————————————
Calcul d’un modèle en Z à partir des paramètres
d’un modèle continu :
- gain, constante de temps et retard pur pour un modèle du
1er ordre,
- temps de montée et dépassement pour un modèle du
2ème ordre
————————————————————————
En mode Automatique, identification en 2 étapes :
Affichage des courbes, avec grille, position et échelles
ajustables :
Mesures entrées y(t) , sorties u(t)
Critère de complexité
Estimation de l’ordre de A et B, du retard d
Test et critère de validation
Erreur de prédiction
Réponse indicielle
Réponse fréquentielle
Marges et Gabarits de robustesse
Lieu des pôles et zéros
— Sélection du fichier de mesures process
et période d’échantillonnage
— Démarrage de l’identification
(*1) STRUCTURE DU MODELE EN Z
Sont alors automatiquement réalisées les opérations de
filtrage, mise à l’échelle, estimation de complexité, identification selon 3 méthodes, et validation.
La fonction de transfert échantillonnée en Z
calculée par iREG est de la forme :
Si le modèle est validé, il est alors transmis au module
« Régulation » pour démarrage du calcul d’un régulateur,
en mode Automatique ou Manuel.
y(t)
b1*z-1+ b2*z-2 + b3*z-3+…
B
-d
—- = q x ——————————— = q-d x —
u(t)
1 + a1*z-1+ a2*z-2+…
A
Si le modèle identifié n’est pas validé, une nouvelle identification est lancée avec un ordre supérieur, et les résultat de
cette nouvelle identification sont affichés.
Avec y(t) : mesure, u(t) : commande, d : retard
aiiet bi : paramètres du modèle
z-1*y(t) = y(t-1)
ADAPTECH
iREG
Module CALCUL DE REGULATEURS RST / PID ROBUSTES
(*2) STRUCTURE RST
iREG calcule et valide les paramètres optimaux ri, si et ti
du régulateur numérique RST (et aussi PID numérique à structure RST, ou PID continu) :
R = r0 + r1*z-1 + r2*z-2 + r3*z-3 + r4*z-4 + r5*z-5 + ...
S = s0 + s1*z-1 + s2*z-2 + s3*z-3 + ...
T = t0 + t1*z-1 + t2*z-2 + t3*z-3 + t4*z-4 + ...
Le régulateur est calculé à partir d’un modèle paramétrique du
procédé. Ce modèle peut être identifié avec le module
«Identification» de iREG, ou déduit de la fonction de transfert
continue.
PID : RST avec R = T
La robustesse est évaluée à l’aide de gabarits dans lesquels les fonctions de sensibilité mesure /
perturbation et commande / perturbation doivent s’inscrire.
Elle est quantifiée par les marges de robustesse affichées.
La méthode de calcul utilisée ( Placement des Pôles avec Calibrage des Fonctions de Sensibilté ) assure
une bonne robustesse de régulateur vis-à-vis des variations de la dynamique du procédé.
CALCUL INTERACTIF DU REGULATEUR RST
Après lecture du modèle paramétrique, iREG calcule automatiquement un premier régulateur
correspondant à des spécifications de dynamiques et robustesse « moyennes »
Si besoin, il est alors possible d’affiner ce 1er calcul selon 2 modes :
Mode Automatique
Calcul rapide d’un régulateur à partir des
seules spécifications de temps de montée
et dépassement souhaités en poursuite et
régulation ( 4 paramètres saisis avec le
curseur d’un potentiomètre virtuel ).
Possibilité d’ajouter très simplement 1
intégrateur, 1 filtre passe bas à 0.5 f/fe,
et/ou les pôles dominants du modèle.
Mode Manuel
Possibilité d’ajouter (curseur ou édition)
tous pôles et zéros paramétrables, simples
ou complexe, fixant les dynamiques de
réjection de perturbation et de suivi de
consigne, et assurant la robustesse
spécifiée.
Les dynamiques souhaitées de la boucle fermée en poursuite (asservissement) et en réjection de perturbation (régulation) sont spécifiées chacune par 1 temps de montée et 1 dépassement ajustable à l’aide du
curseur de potentiomètres virtuels. ( modèles de référence du 2ème ordre )
L’affichage et la visualisation des performances du régulateur calculé (réponses indicielles, marges de
robustesses, Nyquist,), s’effectuent en temps réel et suivent de manière interactive le placement des pôles
effectué avec les curseurs. Le réglage des pôles est ainsi facilité.
Calcul d’un régulateurs PID
La fonction de réduction de l’ordre du régulateur met en œuvre un algorithme (CLIM/CLOE) simplifiant
le régulateur RST calculé. Un régulateur PID numérique à structure RST peut aussi et ainsi être obtenu.
De même, iREG peut calculer les paramètres Kp, Ti, Td et N d’un régulateur PID continu, à partir d’un modèle
en Z ou d’un modèle continu.
ADAPTECH
iREG
ROBUSTESSE
Il est possible de quantifier le rejet des différentes
perturbations, ou l’influence de bruits de mesure sur le
comportement de la boucle fermée.
La robustesse du régulateur est mesurée dans le
domaine fréquentiel par le tracé en temps réel de la
représentation de Nyquist et le calcul des marges de
robustesse : marge de module, de gain, de retard et de
phase.
L’analyse des fonctions de sensibilité permet d’une part
d’étudier la robustesse, et d’autre part de mesurer
l’influence des perturbations selon leur bande de
fréquence. Des gabarits pour les fonctions de sensibilité
sont affichés.
FONCTIONNALITES
Utilisation conjointe de la souris et de l’affichage pour
placement interactif des pôles.
Affichage
Affichage interactif en temps réel des courbes, en fonction
du placement des pôles :
- Réponse indicielle, réjection de perturbation
- Diagramme de Bode des fonctions de sensibilité Syp,
Sup et Syb avec gabarit de robustesse
- Diagramme de Nyquist et marges de robustesse
- Lieux des pôles de la boucle fermée et du correcteur
Filtres de robustesse
Possibilité d’ajouter des filtres paramétrables sur les fonctions
de sensibilité Syp et Sup.
Paramètres : atténuation/amplification, fréquence propre,
Amortissement.
Ces filtres permettent de placer Syp et Sup dans le gabarit
assurant la robustesse requise.
Environnement de travail
Sauvegarde et chargement de l’ environnement de travail
et d’un modèle paramétrique.
Sauvegarde et chargement d’un correcteur RST aux formats
Matlab, WinREG, et NX-RST pour transfert des paramètres
RST sur automate programmable.
FOURNITURES iREG
iREG fonctionne sous Windows XP, 7
Fournitures :
1 CD-Rom contenant le programme d’installation, le manuel d’utilisation, un support
de formation à la méthodologie WinPIM+TR (*), 1 clé USB activation licence
ADAPTECH
(*) iREG est un élément de notre méthodologie WinPIM+TR de calcul de régulateurs
numériques robustes, constituée de 2 progiciels :
- iREG progiciel d’identification de modèles de procédés et de calcul de régulateurs
PID / RST robustes
- WinTRAC progiciel de régulation numérique PID / RST temps réel
4, rue du Tour de l’Eau
F-38400 Saint Martin d’Hères
Tél : (33) 04 76 51 52 77
Fax : (33) 04 76 42 84 16
e-mail : adaptech@adaptech.com
Web : www.adaptech.com
">
