Régulation numérique

Le cours de Régulation numérique (UE4 « Régulation et automatisation », semestre 6) apprend à maintenir automatiquement une grandeur physique (température, pression, niveau, débit, vitesse) à une valeur de consigne malgré les perturbations, à l’aide d’un calculateur numérique : automate programmable, régulateur industriel, microcontrôleur. Ces boucles sont partout dans l’industrie nigérienne : température des fours de cimenterie et des chaudières, pression des réseaux d’eau et d’air comprimé, niveau des bâches et châteaux d’eau, vitesse et fréquence des groupes électrogènes, dosage dans les unités agroalimentaires, pompage solaire à variateur. Le technicien supérieur doit comprendre la structure d’une boucle, régler un PID, choisir une période d’échantillonnage et programmer ou paramétrer un régulateur numérique.

Le cours part des notions de système asservi et de performances, étudie le régulateur PID et ses réglages empiriques, puis passe au numérique : échantillonnage, conversion, transformée en z, équations de récurrence et algorithmes PID discrets. La dernière leçon traite la mise en œuvre sur automate et microcontrôleur et la simulation, avec des TP guidés.

Objectifs d’apprentissage

• Représenter un système de régulation par un schéma-bloc et distinguer boucle ouverte et boucle fermée.
• Identifier un procédé du premier ordre (avec ou sans retard) à partir d’une réponse indicielle.
• Expliquer l’effet des actions P, I et D et régler un PID par les méthodes de Ziegler-Nichols.
• Choisir une période d’échantillonnage, discrétiser un modèle et écrire un algorithme PID numérique.
• Mettre en œuvre et simuler une régulation sur automate, microcontrôleur ou logiciel (Scilab/Xcos, Python, MATLAB/Simulink).

Prérequis

Automatique de base (fonction de transfert, transformée de Laplace, réponse indicielle), notions de capteurs et d’automates programmables, mathématiques : exponentielle, suites récurrentes, nombres complexes.

Plan du cours

1. Systèmes asservis : boucle ouverte, boucle fermée et performances
2. Le régulateur PID et ses méthodes de réglage
3. Régulation numérique : échantillonnage, transformée en z et algorithmes
4. Mise en œuvre industrielle, systèmes embarqués et simulation (TP guidés)

Modalités d’évaluation

Volume horaire : 10 h de CM, 20 h de TD, 30 h de TP et 60 h de travail personnel (TPE), 6 crédits. Évaluation : contrôle continu (TD, comptes rendus de TP de simulation et sur maquette, quiz en ligne) et examen terminal écrit.

Bibliographie

• Gene F. Franklin, J. David Powell, Michael Workman, Digital Control of Dynamic Systems, Addison-Wesley.
• Gene F. Franklin, J. David Powell, Abbas Emami-Naeini, Feedback Control of Dynamic Systems, Pearson.
• Karl J. Åström, Tore Hägglund, Advanced PID Control, ISA.
• Patrick Prouvost, Instrumentation et régulation en 30 fiches, Dunod.