Réglages d’une boucle PID

Intuitivement, une boucle PID essaye d’automatiser ce que fait un opérateur muni d’un multimètre et d’un potentiomètre de contrôle. L’opérateur lit la mesure de sortie du procédé, affichée sur le multimètre et utilise le bouton du potentiomètre pour ajuster l’entrée du procédé (l'action) jusqu'à stabiliser la mesure de la sortie souhaitée, affichée sur le multimètre.

Un boucle de régulation est composée de trois parties:

Quand le régulateur lit le capteur, il soustrait la valeur lue à la valeur de la consigne et ainsi, obtient l'«erreur de mesure». Il peut alors utiliser cette erreur pour calculer une correction à appliquer sur la variable d’entrée du procédé (l'action) de sorte que cette correction tende à supprimer l’erreur mesurée en sortie de procédé.

Dans une boucle PID, la correction à partir de l’erreur est calculée de trois façons: P) l’erreur de mesure courante est soustraite directement (effet proportionnel), I) l’erreur est intégrée pendant un laps de temps (effet intégral), D) l’erreur est dérivée pendant un laps de temps (effet dérivé).

Une régulation à PID peut être utilisée dans n’importe quel procédé pour contrôler une variable mesurable, en manipulant d’autres variables de ce procédé. Par exemple, elle peut être utilisée pour contrôler: température, pression, débit, composition chimique, vitesse et autres variables.

Dans certains systèmes de régulation, les régulateurs sont placés en série ou en parallèle. Dans ces cas, le régulateur maître produit les signaux utilisés par les régulateurs esclaves. Une situation courante dans le contrôle des moteurs, la régulation de vitesse, qui peut demander que la vitesse du moteur soit contrôlée par un régulateur esclave (souvent intégré dans le variateur de fréquence du moteur) recevant en entrée une valeur proportionnelle à la vitesse. Cette entrée de l'esclave est alors fournie par la sortie du régulateur maître, lequel reçoit la variable de consigne.

Le PID représente les abréviations des trois actions qu’il utilise pour effectuer ses corrections, ce sont des ajouts d’un signal à un autre. Tous agissent sur la quantité régulée. Les actions aboutissent finalement à des soustractions de l’erreur de mesure, parce que le signal proportionnel est habituellement négatif.

Régler une boucle de régulation consiste à agir sur les paramètres des différentes actions (gain du proportionnel, gain de l’intégral, gain de la dérivée) sur des valeurs optimales pour obtenir la réponse désirée sur la sortie du procédé. Le comportement des procédés varient selon les applications lors d’un changement de consigne. Certains procédés ne permettent aucun dépassement de la consigne. D’autres doivent minimiser l'énergie nécessaire pour atteindre un nouveau point de consigne. Généralement la stabilité de la réponse est requise, le procédé ne doit pas osciller quels que soient les conditions du procédé et le point de consigne.

Régler une boucle est rendu plus compliqué si le temps de réponse du procédé est long; il peut prendre plusieurs minutes, voir plusieurs heures pour qu’une modification de consigne produise un effet stable. Certains procédés ne sont pas linéaires et les paramètres qui fonctionnent bien à pleine charge ne marchent plus lors du démarrage hors charge du procédé. Cette section décrit quelques méthodes manuelles traditionnelles pour régler ces boucles.

Il existe plusieurs méthodes pour régler une boucle PID. Le choix de la méthode dépendra en grande partie de la possibilité ou non de mettre la boucle «hors production» pour la mise au point ainsi que de la vitesse de réponse du système. Si le système peut être mis hors production, la meilleure méthode de réglage consiste souvent à soumettre le système à un changement de consigne, à mesurer la réponse en fonction du temps et à l’aide de cette réponse à déterminer les paramètres de la régulation.