Un exercice récapitulatif sur les asservissements avec son corrigé. Cet exercice, donné à mes étudiants en guise d'interrogation écrite à réaliser en 1h30, fait intervenir un asservissement de vitesse basique réalisé avec un moteur DC. Cet exercice est faisable après avoir lu le chapitre III du livre (Les correcteurs).

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Asservissement de température d'un mini four domestique à résistances chauffantes de 1600 W, modifié pour être équipé d'un régulateur PID bon marché (MyPin TA6). On utilise la méthode d'AutoTune (AT) ou la méthode d'essai d'oscillations en mode TOR (Relay Tuning Method) pour déterminer les paramètres, P, Ti et Td du régulateur. Les performances, en terme de poursuite (temps de réponse) et de régulation (écart statique), sont comparées à celles obtenues en mode bilame.

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Un mini four domestique à résistances chauffantes de 1600 W est modélisé à l'aide de plusieurs essais expérimentaux et présenté sous forme de blocs fonctionnels (schéma canonique normalisé) et sous forme de schéma structurel. On se rend compte des difficultés à obtenir un "bon" modèle. La structure du four muni d'un régulateur de température MyPin TA6 est testée à l'aide du logiciel Psimdemo téléchargeable dans la rubrique Schémas > Simulations de ce site.

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Motovariateurs : les variateurs de vitesse actuels (variateurs de moteur DC ou variateurs à contrôle vectoriel) sont des systèmes asservis. Ce document présente leur théorie dans la rubrique En savoir Plus > Moteurs électriques.

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A l'attention des professeurs qui souhaitent monter une séance de Travaux Pratiques rapide et peu coûteuse concernant les asservissements (asservissement de la température de surface du verre d'une ampoule de lampe à incandescence, infrarouge ou halogène).

 

Une manipulation peu coûteuse (environ 50 Euros en février 2017, hors coût de la douille) consiste à réguler / asservir la température de surface d'une ampoule halogène (montée rapide en température, de l'ordre de 4 min seulement). La séance peut tenir en 1 heure seulement.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Matériel : un boîtier plastique de marque Teko Cover CP/3 à 9 Euros, de dimension 160 x 96 x 67 mm3 (mais la dimension supérieure Teko Cover CP/4 215 x 130 x 83 mm3 est préférable), un ensemble "régulateur Rex-C100 type FK02-V*AN DA,+ thermocouple type K + relais statique 40 A" (on n'utilisera pas le relais statique qui est remplacé par le gradateur Velleman désigné par la suite) : 10 euros l'ensemble sur internet, un gradateur à angle de phase 750 W contrôlé en tension ("dimmer") : kit Velleman K8064 (environ 20 euros), une cellule de lissage constituée essentiellement d'une résistance de 4,7 kOhm 1/4 W et d'un condensateur 2200 µF / 10 V (1 euro), du mastic ou de la colle réfractaire pour foyer de cheminée (pour coller le thermocouple sur l'ampoule, 8 euros le pot ou cartouche), une lampe halogène (60 W au minimum pour que le gradateur fonctionne, 750 W maximum) ou à incandescence colorée pour éviter l'éblouissement des yeux (par exemple Philips softone terracotta 60 W), mais surtout pas de DEL ou de lampes fluocompactes à économie d'énergie qui ne chauffent pas et non compatibles avec le gradateur. Avec une lampe infrarouge on n'est pas ébloui mais on a du mal à apprécier la tension de commande par simple visualisation de l'éclat.

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Montage : le document asservissement de la température de surface donne le détail de l'ensemble. Un Autotune est normalement disponible pour ce régulateur, mais, bien qu'il soit annoncé sur les sites internet et sur la notice jointe, il n'est pas toujours accessible en réalité sur le régulateur : le matériel est mal développé, fabriqué par plusieurs entreprises (le fabricant  "Berme" ne le rend pas disponible alors qu'il l'est pour le fabricant "RKC"), les documents joints mal renseignés et ne correspondant pas forcément au modèle acheté), mais pour ce prix je ne m'attendais pas à un miracle...​L'utilisation du régulateur MyPin TA4-VNR à la place du REX-C100 est plus cher à l'achat mais évite l'utilisation d'une cellule de lissage, l'Autotune devient disponible et la régulation plus fiable (le REX-C100 "décroche" parfois, sans que j'ai pu en identifier la cause).

 

Etude : avec ce montage on peut étudier l'influence du gain proportionnel (mais pas en mode "proportionnel seul" car le mode proportionnel du REX-C100 ou du MyPin est un mode à hystérésis dont la sortie du correcteur ne dépend pas uniquement de l'écart à la consigne : son algorithme m'est inconnu et je n'ai pas réussi à le "déchiffrer"), l'influence de l'action intégrale (absence d'écart statique) ou l'influence de la valeur du condensateur sur le temps de réponse en température face à une consigne indicielle (aspect "second ordre" du système plus ou moins prononcé). L'éclat de la lampe permet de visualiser en temps réel l'action de la commande sans nécessiter d'appareil de mesure encombrant ou coûteux. Cette manipulation a le mérite également de montrer qu'on peut asservir n'importe quoi, pourvu que l'on ait le capteur qui convient (et l'actionneur nécessaire). Bonus : on peut, en régime stationnaire, étudier les harmoniques de courant développés au réseau puisqu'on utilise un gradateur à angle de phase et non le relais statique. On peut également boucler le câble du thermocouple (longueur de 1 m) autour du triac et constater que dès que le gradateur fonctionne l'afficheur affiche des températures fantaisistes : il y a apparition d'un problème de CEM par voie rayonnée. On peut également étudier le modèle thermique de l'ampoule (munie de sa sonde) et en profiter pour en déduire sa capacité calorifique et le coefficient d'échange thermique global (voir le document à télécharger ci-dessus).

En pratique ce montage peut servir à une couveuse pour poussins (avec ampoule infrarouge) ou servir à éviter le gel d'un compteur d'eau en période d'hiver, si on place l'ampoule à proximité du compteur.

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