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Stop the Madness: la méthode de réglage du contrôleur Zeigler-Nichols

ingénieur de salle de contrôle de l'usine

Si vous êtes un ingénieur de contrôle ou de processus, vous avez probablement passé plus de temps que vous ne le souhaitez à admettre le réglage des boucles PID, j'en ai une! Je frémis en me rappelant certaines des différentes méthodes que j'ai essayées - un mélange de procédures de test et de test transmises d'un travail à l'autre. Heureusement, j'ai été initié aux techniques appropriées avant d'endommager quoi que ce soit ... ou n'importe qui!

Le plus souvent, Process Control est enseigné à l'université dans le cadre du programme de génie chimique. Alors que la majorité des ingénieurs sont diplômés avec un autre diplôme tel que électrique ou mécanique, une bonne partie de ces mêmes étudiants rencontrent éventuellement un contrôleur PID. Ce contrôle peut faire toute la différence, car il permet de définir un éventail de méthodes pour effectuer des tests efficaces, calculer un modèle de processus et ajuster un objectif de contrôle spécifique. Ces méthodes ont tendance à être très calculées et ne sont pas centrées sur les processus réels. Zeigler-Nichols (ZN) est une approche qui me semble toujours particulière.

Il est curieux de voir comment la méthode ZN apparaît régulièrement dans les discussions entre ingénieurs de processus et entre eux, comme s’il s’agit de leur approche de base pour chaque boucle. Pour de bonnes raisons, certaines très évidentes, il ne devrait pas être la méthode de choix, même si les étapes sont simples, les résultats sont rarement suffisants. Considérez ces trois raisons (3) pour expliquer pourquoi:

  • Quarter Decay Challenge

    Le plus souvent, les praticiens se réfèrent à la méthode ZN en termes de résultat objectif - 1/4 décadence. Essentiellement, la méthode ZN commence par un dépassement, ce qui signifie qu’elle accepte le dépassement comme point de départ. Ce n'est qu'à ce moment-là qu'il cherche à réduire le niveau de dépassement, en le diminuant de 25% à chaque cycle.

    Pour de nombreux processus, le dépassement n'est tout simplement pas acceptable. À titre d'exemple, considérons les procédés de bioréacteur dans lesquels les organismes en culture sont susceptibles de subir des pics de température importants. ZN ne satisfait pas à l'exigence de rejet de perturbations associée à ces processus et à d'autres processus sensibles. Trop souvent, j'ai assisté à une baisse trimestrielle en réponse à un processus: ce n'est plus suffisant car tout dépassement gaspille une combinaison d'énergie, de temps et de matériaux et gaspille chaque réponse, aussi petite soit-elle!
zeigler nichols gourou du contrôle

La tendance ci-dessus montre le doublage répété du Gain du contrôleur de la boucle, de manière à induire des oscillations qui finissent par se heurter à l’instabilité. Une telle approche d'essai et d'erreur peut être coûteuse.

  • Frais d'essai et d'erreur

    Lors du calcul des paramètres du modèle à l'aide de ZN, il faut d'abord identifier le point d'inflexion le long d'une courbe de réponse. En utilisant ce point, une ligne tangente représentant la pente maximale de la variable de processus est utilisée pour estimer la valeur du gain de processus (KP). Ensuite, le gain de contrôle associé (KC) doit être augmenté méthodiquement pour induire un comportement oscillatoire presque instable.

    Compte tenu de l'état de l'art actuel en matière de processus et de logiciels, il semble paradoxal que les praticiens s'appuient sur une pratique d'essais et d'erreurs comme celle-ci. Lorsqu'une méthode détermine l'attente de plusieurs tentatives, cela signifie qu'un technicien ou un ingénieur doit commencer à rechercher d'autres options. Cela devrait être particulièrement vrai lorsque des processus lents interviennent car les essais et les erreurs peuvent être coûteux
  • Instabilité ou démence

    Revenons à cette dernière: pour mettre au point une boucle, la méthode ZN demande aux praticiens de mettre leurs processus au bord de l’instabilité. Avec une compréhension du point de basculement entre la stabilité et l'instabilité, ces mêmes praticiens doivent alors ajuster la valeur du KP afin que les oscillations diminuent progressivement et que le processus finisse par atteindre un état stable.

    Permettez-moi simplement de demander: quel pourrait être le problème? Bien que la méthode cherche à établir le point de rupture entre un processus stable et un processus instable, mettre en péril un processus - ou même l’ensemble de la plante - n’est pas une pratique acceptable. Ce qui peut aller mal va et ... Normalement! Laisser un processus à l'écart de son point de basculement de stabilité nécessite une bonne justification et une bonne compréhension de son emplacement dans le processus global, et pas seulement parce qu'il est "dans la méthode"

Faites une recherche rapide sur Internet pour trouver des articles sur ZN et vous constaterez que la plupart commencent par des avertissements. N'appliquez pas la méthode ZN si le processus a tendance à osciller lorsque la boucle est utilisée manuellement. N'appliquez pas la méthode ZN pour les boucles de température ou autres qui peuvent être considérées comme instables. N'appliquez pas ZN si l'élément de contrôle final associé est sujet à Stiction. Ce que vous ne trouverez probablement pas, c'est un article préconisant l'utilisation de ZN. Tenter d’appliquer une méthode qui génère tant d’indicateurs rouges devrait être utilisé avec une extrême prudence, en comprenant et en prenant en compte ses impacts.

Dans les messages précédents, j'ai écrit sur l'importance de bonnes données lors du réglage des PID et j'ai esquissé une méthode simple et reproductible pour régler les PID. Avant d’endommager quelque chose - ou quelqu'un - considérez cette approche!

Damien Munroe

http://www.controlstation.com

Damien donne son point de vue sur le contrôle des processus et l'automatisation, fruit de ses expériences dans l'aviation militaire, le pétrole et le gaz offshore, la pharmacie de précision et la fabrication de semi-conducteurs. Son éducation à la

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