Principes fondamentaux des processus d'intégration ou d'autorégulation

Un processus de nature intégrative a tendance à produire une sortie proportionnelle au total cumulé des valeurs d'entrée qui se sont accumulés au fil du temps. Si l'entrée devient négative, le processus entraînerait une diminution proportionnelle de son amplitude, abaissant la sortie. Par exemple, pour un réservoir d'eau, l'entrée serait la quantité de liquide entrant tandis que la sortie est le niveau d'eau que le réservoir a maintenu. Tant que l'entrée reste positive, le niveau d'eau continuera d'augmenter, mais lorsque l'entrée devient négative (plus de sortie que d'entrée), le niveau de sortie va baisser.

Considérons maintenant le fonctionnement d'un servomoteur. La tension d'entrée aux bornes du moteur détermine son couple, qui accélère alors la charge. La rotation est continue tant que la tension d'entrée est non nulle et la position de la charge dépend des rotations accumulées. Si la tension d'entrée devient négative, l'arbre commence à tourner vers l'arrière et la position de sortie diminue. Le comportement du réservoir d'eau et du servomoteur est similaire car les deux entités maintiendraient leur niveau de sortie tant que l'entrée n'est pas négative.

Tous les processus d'intégration se comportent de cette manière. Les apports sont accumulés et dispersés dans les environnements environnants. La vitesse à laquelle ces deux processus se produisent dépend de la machine contrôlée ainsi que de facteurs physiques tels que la friction, la traînée et l'inertie. Mais une fois qu'une entrée est ajoutée au système, elle existe jusqu'à ce qu'une valeur négative l'annule.

Processus non intégrateurs

Considérez un réservoir d'eau qui fuit. Il continuera à perdre de l'eau quel que soit l'apport. De même, un servomoteur qui tourne contre un ressort de torsion continuera à perdre sa position quelle que soit la valeur de la tension. De tels processus peuvent atteindre un point d'équilibre où les ajouts peuvent être compensés par des pertes imprévisibles. Par exemple, il serait impossible qu'un réservoir avec plusieurs fuites ait un niveau de sortie au-delà d'un certain point. Ces processus sont non intégratifs, accumulant leurs entrées mais n'atteignant qu'un certain point qui est un équilibre entre l'entrée et la sortie.

Il faut noter qu'il n'y a que quelques processus intégrateurs qui ne possèdent pas de pertes spontanées, tandis que certains processus non intégrateurs ont des constantes de temps assez longues, ce qui rend difficile pour eux d'atteindre le point d'équilibre. Cela brouille la frontière entre les deux.

Sélectionner un contrôleur

Le travail d'un ingénieur de contrôle consiste à identifier la nature du processus et à quelle extrémité du spectre il appartient. Cela lui permet de choisir une stratégie de contrôle adaptée au processus. La régulation d'un processus non intégrateur est plus facile car le point d'équilibre impose une limite naturelle à la sortie. Le contrôleur n'a pas à passer par le processus fastidieux de trouver la bonne entrée.

C'est pour cette raison que les processus non intégrateurs sont parfois appelés autorégulateurs en raison de leur capacité à atteindre un état stable sans nécessiter l'intervention du contrôleur. Néanmoins, les efforts d'un contrôleur de rétroaction sont toujours nécessaires pour augmenter/diminuer l'entrée du processus si nécessaire.

Régulateurs PI et PID traditionnels sont conçus pour fonctionner à la fois avec des processus d'intégration et d'autorégulation ; la configuration cependant diffère. La plupart des règles de réglage tiennent compte de ces deux processus, fournissant des formules permettant de calculer les paramètres P, I et D du contrôleur.

Parfois, même un simple contrôleur P peut répondre aux exigences d'un processus d'intégration en raison de l'accumulation qui se produit. Cela donne au régulateur les mêmes caractéristiques que l'intégrateur d'un régulateur PI ou PID. De plus, si l'objectif du contrôleur est d'identifier l'amplitude de l'entrée requise pour forcer la sortie à correspondre à un point de consigne spécifique, alors un contrôleur P est bien adapté.

On ne peut pas en dire autant des processus non intégrateurs, car un contrôleur P peut abandonner avant que la sortie ne s'approche du point de consigne. Cela conduira à une erreur d'état stable qui se maintiendra même si le contrôleur essaie de compenser la perturbation de la charge. Ces erreurs peuvent également affecter les processus d'intégration et sont dues à des paramètres physiques tels que la densité variable du fluide.

Principaux défis de l'Industrie 4.0 Interconnexion IT/OT