Contrôleur de procédé PID

Pour réaliser un contrôleur de procédé PID (proprotionel-intégral-dérivatif) simple, totalement analogique, à la bonne vieille façon. Il vous suffit de 5 amplis opérationnel (AOP) comme ce bon vieux 741 pour construire un contrôleur de base. Ceci n'est sans doute pas la seule façon de procéder mais elle à l'avantage de découper le circuit en unité fonctionnelle (une approche composant) qui facilite l'entretiens du contrôleur.

Évidemment la précision du système dépendra de la qualité des composants utilisé, des résistances et des potentiomètres de précisions fournirons un contrôle plus fin et précis que des résistance à 200% d'incertitude 'made in china'...

La première unité fonctionnelle est celle qui s'occupe du gain proportionnel. Il s'agit d'un simple amplificateur don le gain est ajustable par R2 (schémas 1). Le gain peut être calculé par l'équation suivante: G= -( R2 / R1).

R3 = R1*R2 / (R1 + R2)

La seconde unité fonctionnelle est celle qui s'occupe du dérivatif. Elle intègre un condensateur C qui avec le potentiomètre R2 servira à déterminer le temps du dérivatif. La période T peut être calculée par l'équation suivante: T = CR2 où,

R1 = R2/10

R2 = T / C ou C = T / R2

La troisième unité fonctionnelle s'occupe de la portion intégrale du contrôleur. Elle intègre comme l'unité dérivative un condensateur C qui avec le potentiomètre R2 servira à établir le temps d'intégration. La période peut être calculé par l'équation T = CR2 où

R1 = 10*R2

R2 = T/C ou C = T/R2

R3 = R1*R2 / (R1 + R2)

La quatrième unité fonctionnelle est un sommateur qui additionne la valeur de chacune des trois unité fonctionnelle, proportionnelle, intégrale, dérivative et au besoin une valeur constante de décalage (offset) via l'entrée Vdec. C'est un simple amplificateur sommateur. Les résistances sont toutes de même valeur sauf celle relier à l'entrée + de l'amplificateur opérationnel. Cette dernière est 1/10 de la valeur des autres.

Vsortie = -( Ve1+Ve2+Ve3 [+Vdec ] )

La cinquième unité fonctionnelle est pour sa part charger de 'calculer' la différence entre la mesure et la consigne. Il s'agit en fait d'un amplificateur de différence avec un gain unitaire (égal à 1).

Vsortie = Ve1-Ve2

Le schémas complet de toute les unités fonctionnelles réunis est illustré ci plus bas. Les valeurs données sont celles utilisées avec des 741 dans mon implantation.

/!\ Attention, les tensions d'entrée ne doivent en aucun cas dépasser (en positif ou négatif) celle de l'alimentation des amplis-op. Pour se prémunir contre ce problème, une amélioration simple consistant à installer un limiteur de tension sur les entrées peut aisément être réalisé.

Il s'agit là d'un contrôleur de base, il est possible de lui ajouter des raffinements. Par exemple un filtre passe-bas pour éliminer les variations rapides de la mesure. Ou encore pour éviter des changement brusque de la sortie pour ne pas endommager l'équipement contrôlé par des changement trop rapide. Il est aussi possible d'ajouter des potentiomètres pour calibrer les amplificateur opérationnel. Etc.

L'auteur n'assume AUCUNE responsabilité consernant les conséquences pouvant découler de l'usage des circuits ou de toute erreur de conception. Ces informations sont fournies tel quel sans aucune garantie.

(c)2010