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RÉPUBLIQUE ALGÉRIÈNNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUP

RÉPUBLIQUE ALGÉRIÈNNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE MOHAMED BOUDIAF - M’SILA FACULTE DE TECHNOLOGIE DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE MÉMOIRE DE FIN D'ÉTUDES EN VUE DE L'OBTENTION DU DIPLÔME DE MASTER EN GÉNIE ÉLECTRIQUE Spécialité : Electromécanique THÈME ___________________________________________________________________________ Etude comparative de la commande PID classique et la commande 'ordre fractionnaire Application à un moteur à courant continu ___________________________________________________________________________ Proposé et dirigé par : Présenté par : IDIR Abdelhakim LAHOUAR khalid KHATIR Khettab SILINI Abdelbasset Année universitaire : 2019/2020 N° d’ordre : MÉMOIRE DE FIN D'ÉTUDES EN VUE DE L'OBTENTION DU DIPLÔME DE MASTER EN GÉNIE ÉLECTRIQUE SPÉCIALITÉ : INGÉNIERIE DES SYSTÈMES ÉLECTROMÉCANIQUE Proposé et dirigé par : Mr. IDIR Abdelhakim , Mr. KHATIR Khettab Présenté par : LAHOUAR khalid , SILINI Abdelbasset THÈME Etude comparative de la commande PID classique et la commande 'ordre fractionnaire Application à un moteur à courant continu Résumé : Ce travail est consacré à la conception d’un système de compensation de l’énergie réactive d’une installation industrielle HTA/BTB. Cependant, une étude préalable est effectuée sur les différents points de consommation de l’énergie réactive ainsi que les différentes périodes de consommation, afin de pouvoir dimensionner les batteries de compensation et choisir une stratégie optimale de compensation de l’énergie réactive. Enfin, ce système de compensation permettra en premier lieu de réduire les pertes d’énergie dans le réseau, améliorer la qualité d’énergie, éviter le surdimensionnement des appareillages électriques ainsi que les câbles, et diminuer notamment la facture de consommation d’énergie. Mots Clés : régulateur PID, d’ordre Fractionnaire , moteur courant continu , , , Avant tout, mes remerciements vont à Allah le tout puissant qui m'a aidé à faire ce travail et qui m'a donné le courage, la patience et la santé durant toutes ces longues années d’étude afin que je puisse arriver à ce niveau. Ce travail de recherche a été effectué au sein de l’université de Mohamed Boudiaf -M'SILA , sous la direction scientifique de Monsieur le Idir A/Hakim que je tiens à remercier très vivement pour son enthousiasme envers mon travail, sa disponibilité et son soutien scientifique et humain. Je le remercie, également, pour la confiance qu’il m’a accordée, ses encouragements et ses précieux conseils. Je tiens à exprimer ma gratitude envers les membres de jury pour leur disponibilité : Monsieur OOOOO, Maitre de conférence ‘A’ à l’Université de Mohamed Boudiaf -M'SILA qui m’a fait l’honneur de présider ce jury. J'adresse mes remerciements à mes collègues enseignants KhettabKhatir ainsi que Idir A/Hakim pour leurs soutiens et conseils tout au long de ma formation. J'adresse un grand merci à tous ceux qui m'ont aidé de près ou de loin durant ces années de recherche et d'études. Je ne peux conclure sans un mot de remerciement à tous mes enseignants tout le long de ma formation. Enfin, un grand merci à mes parents, et à toute ma famille pour leur amour et leur soutien surtout durant les deux dernières années. Je dédie ce travail : A mon binôme pour tout le travail qu’on a accompli À ma mère Mon père Mon frère Rahim Mon frère Bilal À ma famille À toute la famille de tous mes amis et toute la promotion 2020 et en particulier la promotion d’ ÉLECTROMÉCANIQUE Sommaire Remerciement Dédicace Sommaire Liste des figures ..................................................................................................................... I Liste des tableaux ................................................................................................................... IV Liste des symboles et abréviations ......................................................................................... V Chapitre I : I.1 Introduction ................................................................................................................................... 3 I.2 Principe général de la régulation......................................................................................... 3 I.2.1 I.3 Le correcteur ............................................................................................................ 4 I.4 But de la correction............................................................................................................ 4 I.5 La commande PID classique........................................................................................................ 5 I.5.1 Paramètres d’un régulateur PID...................................................................................... 5 I.5.2 Aspects fonctionnels du régulateur PID.......................................................................... 5 I.5.2.1 Action proportionnelle (P)........................................................................................... 6 I.5.2.2 Action Proportionnel intégrale (PI).............................................................................. 6 I.5.2.3 Action proportionnelle dérivée (PD) .......................................................................... 6 I.5.2.4 Action Proportionnelle intégrale Dérivée (PID).......................................................... 6 I.4.2Instabilité de la Action Dérivée................................................................................................ 6 I.5.3 Différentes structures de régulateurs PID...................................................................... 7 I.5.3.1 Le type série.......................................................................................................................... 7 I.5.3.2 Le type parallèle ....................................................................................................... 8 I.5.3.3 Le type standard........................................................................................................ 9 I.5.3.4 Comparaison entre les trois types............................................................................. 10 I.5.4 Réglage des paramètres............................................................................................... 10 I.5.4.1 Méthode de Ziegler &Nichols................................................................................. 11 I.5.4.1.1 Méthode de la réponse indicielle.................................................................................... 13 I.5.4.1.2 Méthode du point critique.............................................................................................. 13 I.5.5 Domaine d’application et limites du régulateur PID................................................... 13 I.5.6 Les avantages et les inconvénients du régulateur PID......................................................... 14 I.10 Conclusion ............................................................................................................................ 15 Chapitre II : II.1 Introduction ............................................................................................. 27 II.2................................................................................................................... 28 II.2.1................................................................................................................ 28 II.2.2................................................................................................................ 28 II.2.3................................................................................................................ 29 II.2.4................................................................................................................ 30 II.3................................................................................................................... 31 II.4....................................................................................................................31 II.5................................................................................................................... 32 II.6................................................................................................................... 32 II.6.1................................................................................................................ 32 II.6.2................................................................................................................ 33 II.6.2.1............................................................................................................. 33 II.6.2.2............................................................................................................. 33 II.7 Conclusion ............................................................................................... 34 Chapitre III : III.1 Introduction ............................................................................................ 35 III.2 Constitution d’un moteur à courant continu......................................................... 35 III.2.1 Induit (rotor).................................................................................................. 35 III.2.2 Inducteur (stator)........................................................................................... 35 III.2.3 Les Balais...................................................................................................... 37 III.2.4 Le Collecteur................................................................................................. 37 III.3 Principe de fonctionnement et réversibilité....................................................... 39 III.4 Les différents types de moteurs........................................................................ 40 III.4.1 Moteur à excitation shunt........................................................................................ 42 III.4.2 Moteur à excitation série............................................................................... 43 III.4.3 Moteur à excitation Composé (Compound)........................................................... 44 III.4.4 Moteur à excitation séparée..................................................................... 44 III.5 Modélisation du MCC à excitation séparée........................................................ 45 III.5.1 Mise en équations............................................................................................ 46 III.5.2 Modèle mathématique de la réponse en vitesse............................................... 47 III.11 Conclusion ............................................................................................. 53 Chapitre IV : IV.1 Introduction.............................................................................................. 54 IV.2................................................................................................................... 54 IV.3................................................................................................................... 54 IV.3.1.............................................................................................................. 54 IV.3.1.1........................................................................................................... 54 IV.3.1.2........................................................................................................... 55 IV.3.1.3........................................................................................................... 56 IV.3.2.............................................................................................................. 56 IV.3.2.............................................................................................................. 57 IV.4................................................................................................................. 58 IV.5................................................................................................................. 58 IV.5.1.............................................................................................................. 58 IV.5.2.............................................................................................................. 59 IV.6................................................................................................................. 61 IV.6.1.............................................................................................................. 61 IV.6.2.............................................................................................................. 63 IV.7................................................................................................................. 64 IV.8................................................................................................................. 71 IV.9................................................................................................................. 74 Conclusion générale .................................................................................... 75 Liste des figures Figure I.1 Système de commande à retour unitaire classique............................................. 7 Figure I.2 Schéma électronique du correcteur proportionnel....................................................... 8 Figure I.3 Schéma électronique du correcteur proportionnel Intégral................................. 8 Figure I.4 Schéma électronique du correcteur proportionnel Intégral Dérivé...................... 9 Figure I.5 Régulateur PID de type série........................................................................................ 10 Figure I.6 Régulateur PID de type parallèle.................................................................................. 15 Figure I.7 Régulateur PID de type standard.................................................................................. 16 Figure I.8 Réponses corrigées avec PID série, parallèle et mixte................................................. 16 Figure I.9 La sortie d’un système stable et apériodique à une entrée en échelon......................... 17 Figure I.10..................................................................................... 18 Figure I.11..................................................................................... 18 Figure I.12..................................................................................... 19 Figure I.13..................................................................................... 19 Figure I.14..................................................................................... 20 Figure I.15..................................................................................... 21 Figure I.16..................................................................................... 23 Figure I.17..................................................................................... 25 Figure II.1...................................................................................... 29 Figure II.2...................................................................................... 30 Figure II.3...................................................................................... 30 Figure II.4...................................................................................... 31 Figure III.1 Schéma équivalent d’un moteur à courant continu................................................. 36 Figure III.2 Induit (rotor)............................................................................................................ 38 Figure III.3 Inducteur (stator)......................................................................................................39 Figure III.4 Les Balais................................................................................................................ 40 Figure III.5 Le Collecteur........................................................................................................... 40 Figure III.6 Les différents types de MCC.................................................................................. 42 Figure III.7 Schéma équivalent d’un moteur à courant continu................................................ 43 Figure III.8 Schéma bloc du Modèle de moteur électrique en vitesse....................................... 44 Figure III.9 Schéma bloc de la fonction transfert du moteur électrique en vitesse................... 45 Figure III.10 Modélisation sous Matlab de la réponse de vitesse............................................. 46 Figure III.11 Modélisation sous Matlab de la réponse de position......................................... 47 Figure IV.1...................................................................................... 55 Figure IV.2...................................................................................... 56 Figure IV.3...................................................................................... 60 Figure IV.4...................................................................................... 61 Figure IV.5...................................................................................... 62 Figure IV.6...................................................................................... 62 Liste des Tableaux Tableau I.1 – Paramètres PID obtenus à partir de la méthode du réponse indicielle (ZNf )...............5 Tableau I.2 – Paramètres PID obtenus à partir du point critique (ZNf ).......................................5 Tableau II.1 – Titre du tableau...................................................................................................8 Tableau III.1 – Titre du tableau................................................................................................11 Tableau IV.1 – Titre du tableau...............................................................................................14 Symboles et abréviations symboles symbole Signification u(t) u0 Kc Yc(t) Y(t) La sortie du contrôleur. La valeur d’offset. Le gain du contrôleur. La consigne. La mesure de la variable à réguler. Abréviations symbole Signification MCC PID Moteur à Courant Continu Proportionnel Intégral Dérivé INTRODUCTION GENERALE De nos jours, l'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la modélisation, de l'analyse, de la commande et de la régulation des systèmes dynamiques. Elle a pour fondements théoriques les mathématiques, la théorie du signal et l'informatique théorique. L'automatique permet l'automatisation de différentes tâches de fonctionnement des machines et des chaines industrielles. On parle alors de système asservi ou régulé, Dans la plupart des processus industriels, en particulier les moteurs électriques, il est indispensable de maîtriser certains paramètres physiques (vitesse, position, angle...etc.), il est donc très souvent nécessaire d’avoir recours à une commande. L’objectif de notre thème est d’implémenter deux types de commande : une commande PID et une autre dite commande d’ordre Fractionnaire pour un moteur à courant continu afin de comparer les résultats et les performances de chacune. Notre travail est présenté dans un mémoire organisé en quatre chapitres : Dans le premier chapitre, nous présenterons des généralités sur le régulateur PID, ses aspects fonctionnels, ses différentes structures, ainsi que des méthodes de synthèse de ses paramètres, ses domaines d’applications, et enfin les avantages et les inconvénients de son utilisation. Le second chapitre sera consacré à la présentation du fondement théorique de la commande d’ordre Fractionnaire dont ses principes, la constitution d’un système d’ordre Fractionnaire , et quelques domaines d’utilisations. Les principes de la machine à courant continu, ses éléments principaux, les différents types de moteurs, la modélisation de MCC, et le modèle mathématique d’une réponse en vitesse et en position feront l’objet du troisième chapitre. Les effets des paramètres PID (P, PI et PID), l’application de la commande PID ainsi que la commande d’ordre Fractionnaire en vitesse et uploads/Litterature/ 3chap.pdf