|
Les technologies clés |
Energie
| Contrôle-commande des grands systèmes |
Fiche Technologie-clé n : 95
VERSION 3
|
|
Les technologies clés |
Energie
| Contrôle-commande des grands systèmes |
Fiche Technologie-clé n : 95
VERSION 3
![[100tc]](Puce1.gif)
Définition
La mise en oeuvre de ces technologies nécessite dans un premier temps une étude approfondie du système à commander, avant de faire un choix entre un principe de contrôle-commande fonctionnant en boucle ouverte ou en boucle fermée. Dans la très grande majorité des cas, les commandes en boucle fermée sont utilisées préférentiellement aux commandes en boucle ouverte, car elles sont plus fiables et plus souples d'utilisation.
Commande en boucle ouverte : On applique une valeur de commande à l'entrée du système considéré, et on suppose que sa sortie réagira de façon connue en fonction de cette valeur, sans effectuer aucun contrôle sur le bon déroulement de cette réaction.
Un exemple représentatif de ce principe est l'ensemble composé de la pédale d'accélération et du système de carburation d'une voiture. Plus la pédale d'accélération est enfoncée, plus la valeur de commande (représentée par le volume d'essence à consommer) envoyée au système de carburation est grande. Mais, lorsqu'un problème tel que l'obturation partielle d'une conduite survient, c'est à l'utilisateur de compenser le problème en accélérant plus qu'il ne faudrait pour arriver à une vitesse donnée, le système n'effectuant pas cette compensation de lui-même.
Commande en boucle fermée : On applique une consigne de commande à l'entrée du système, consigne traduite sous forme de valeur de sortie à atteindre à l'aide d'une modélisation mathématique du processus. Le système de contrôle-commande compare la valeur de sortie effective à la valeur de sortie désirée, et agit sur la commande instantanée à appliquer au système pour arriver à une parité entre ces deux valeurs.
Techniques mises en oeuvre
La première étape nécessaire à la mise en oeuvre de cette technologie sur un système industriel est la modélisation de ce système. Cela consiste à décrire son fonctionnement sous forme mathématique, de façon à pouvoir calculer une valeur de sortie théorique en fonction d'une valeur d'entrée donnée, ou inversement de calculer la valeur d'entrée théorique correspondante à une valeur de sortie donnée. La précision à apporter aux paramètres de ce modèle est directement fonction de la précision désirée dans la réponse du système. Plus les paramètres seront précis, plus la plage de valeurs possibles de la sortie pour une même commande sera réduite, et plus la précision obtenue sera élevée (Par exemple, un chauffage d'intérieur sera précis à plus ou moins un degré alors que des températures caractérisant certaines réactions chimiques seront régulées au dixième de degré près. ).
On peut désirer qu'un système réponde le plus rapidement possible à une commande, ou encore qu'il consomme le moins d'énergie possible lorsqu'il fonctionne. Ces contraintes doivent être prises en compte lors de l'établissement du modèle mathématique afin d'optimiser le contrôle appliqué.
Il faut ensuite implanter ce modèle sur un calculateur, installer les différents capteurs et actionneurs nécessaires au fonctionnement du système de contrôle-commande, puis interconnecter ces différents éléments entre eux. Enfin, une période de tests progressifs est absolument nécessaire, car bien que cette technologie soit parfaitement maîtrisée, une erreur non détectée sur l'un des paramètres peut se révéler catastrophique pour le système, (rupture des actionneurs, surtensions, surintensités, etc...)
Contexte concurrentiel et économique
La technologie du contrôle-commande est actuellement utilisée dans la quasi-totalité des systèmes industriels, petits ou grands. De fait, un système de contrôle-commande peut être plus ou moins
sophistiqué selon le but recherché et selon l'importance de l'installation concernée.
Les techniques liées au contrôle-commande des grands systèmes sont des techniques éprouvées, utilisées et mises en oeuvre depuis déjà plusieurs dizaines d'années. Malgré cela, une réflexion approfondie reste nécessaire pour identifier précisément quelles parties d'un système doivent être commandées, quelle précision cette commande devra avoir, et surtout quelle sera la répercussion économique sur l'entreprise d'une telle implantation. Selon que l'on cherche une rentabilité à court ou à long terme, la complexité, la qualité et l'étendue du système de commande ne seront pas les mêmes et devront être fixés après une phase de réflexion.
Théoriquement, deux grandes possibilités existent lors de la mise en oeuvre de cette technologie : le contrôle-commande en boucle ouverte ou le de contrôle-commande en boucle fermée.
En pratique, pour les grands systèmes, seule la dernière méthode est utilisée car elle présente une grande fiabilité de fonctionnement. Son coût de mise en oeuvre varie en fonction de l'importance du système et des performances de commande désirées, allant de quelques dizaines de milliers de francs pour un système peu complexe à plusieurs millions de francs pour un très gros système à commander suivant certaines contraintes : optimisation du temps de réponse, minimisation de l 'énergie consommée, etc.
Fonctions remplies :
Toutes fonctions de contrôle-commande de processus industriels, de systèmes mécaniques, de systèmes électriques ou électroniques, de réseaux de transport d'énergie ou de communications.
Le contrôle-commande joue également un rôle dans le maintien de la qualité, en assurant la reproductibilité des caractéristiques finales d'un bien de production quelconque.
Technologies concurrentes :Il n'existe pas de technologie concurrente au contrôle-commande. Les techniques de détection et de localisation de défauts permettent de faire du contrôle-commande d'excellente qualité car elles imposent une modélisation très pointue du système considéré. Toutefois, elles ne peuvent être considérées comme technologies concurrentes car elles ne répondent pas à un même besoin et leur mise en oeuvre est nettement plus onéreuse que la mise en oeuvre d'un système de contrôle-commande.
Evolutions technologiques :
Les évolution technologiques visent essentiellement à augmenter la robustesse des systèmes de contrôle-commande, c'est à dire à leur permettre de continuer à fonctionner dans le cas d'une dégradation physique d'un ou de plusieurs éléments constitutifs du processus commandé.
Pour ce faire, le but est d'établir des principes de commande robuste, aussi appelée commande adaptative, prenant en compte les variations possibles d'un modèle établi. Ceci est rendu possible grâce à l'utilisation des systèmes experts, de technique à base de logique floue ou encore à l'aide de réseaux de neurones en modifiant en temps réel les paramètres du modèle utilisé.
Programmes de recherche :
Plusieurs programmes de recherche internationaux sont en cours dans ce domaine et portent essentiellement sur les points suivants :
