CNCLoisirs | Technique / Boucle d'asservissement PID

Catégories: Servomoteurs

Une boucle d’asservissement est réalisée le plus couramment en utilisant la méthode dite ‘PID’. Dans une boucle d’asservissement, on a une CONSIGNE, qui est l’objectif à atteindre, dans notre cas une position. On a aussi une MESURE, qui retourne une information à partir d’un capteur. A partir de la différence entre ces éléments (différence à un moment donné, mais aussi dans le temps), il faut qu’on décide d’une commande, en général un niveau d’action (courant, tension, niveau de pression, etc.). Il faut aussi une commande de base, sans laquelle aucune régulation n’est possible. Historiquement, on a utilisé une commande dite proportionnelle, c’est a dire qu’on exerce une action qui est PROPORTIONNELLE à l’écart entre la mesure et la consigne. C’est le P du PID. Ca a longtemps été réalisé par des moyens mécaniques ou pneumatiques. Pour des systèmes simples, ça peut fonctionner correctement, mais il y a toujours, vu le principe, un écart entre la mesure et la consigne, sinon il n’y a pas de commande….

Avec les régulateurs pneumatiques, on a pu introduire un nouvel élément de la commande, qui totalise les écarts entre la consigne et la mesure. Autrement dit, si ça fait longtemps que la mesure est ‘à la traîne’ de la consigne, le total de ces écarts dans le temps augmente. On effectue donc une intégration dans le temps de l’écart, et un certain pourcentage de commande dépend de de cette intégration, c’est le paramètre INTEGRALE. La précision de la régulation en est considérablement améliorée et selon le procédé qui est régulé, on peut ramener l’écart entre la consigne et la mesure à des valeurs faibles. Sur les régulateurs pneumatiques, ceci était réalisé par le remplissage d’un petit réservoir, et l’augmentation de la pression du réservoir modulait une partie de la commande.

Ceci ne suffit cependant pas pour les procédés dans lesquels il y a des transitoires rapides, la commande proportionnelle n’étant pas suffisante pour répondre et l’intégrale n’ayant pas le temps de se ‘remplir’. Par contre, une transitoire rapide peut se détecter parce que justement, l’écart entre la mesure et la consigne varie rapidement. Pour obtenir l’information de vitesse de transition, on effectue une dérivée (d’un point de vue mathématique) sur l’écart, une partie du signal de commande est donc fonction de cette DERIVEE. Pour mettre en oeuvre ce paramètre, il a fallu attendre la généralisation de l’électronique, analogique, puis numérique.

Les paramètres P, I et D, pondérés chacun par un coefficient, sont additionnés algébriquement.

Régler le paramètre P empiriquement est relativement facile, et on arrive aussi à régler à peu près le paramètre intégrale. Pour régler le paramètre dérivée, il faut un peu d’expérience. On fait donc aussi ces réglages par des calculs estimatifs ou en utilisant des méthodes basées sur la ‘réponse’ du système à des ordres définis (ceci est parfois fait de manière automatique dans les régulateurs auto-réglants). On peut aussi faire varier en continu les paramètres PID en fonction de la réponse du système, dans des régulateurs dit auto-adaptatifs (à ne pas confondre avec les auto-réglants).

Quand certains affirment qu’ils ne règlent pas le PID, c’est simplement qu’ils se contentent du réglage de base du système (en général seulement un coefficient proportionnel). Ca peut suffire, tout dépend du système et de la précision qu’on est prêt a accepter.

Il existe encore des régulateurs pneumatiques, fiables, mais ils s’encrassent (avec l’huile contenue dans l’air) et plus personne ne sait aujourd’hui les entretenir. La régulation avec des régulateurs numériques est aujourd’hui largement généralisée. Ces régulateurs sont soit un équipement physique ou plus simplement une boucle de calcul dans un programme.

Il existe d’autres méthodes de régulation pour des procédés aux réponses complexes (en chimie par exemple), mais c’est hors sujet dans l’usage des CNC et je ne les maîtrise pas du tout…