régulation de niveau d eau dans un réservoir assisté par
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PROJET DE FIN D’ETUDESSpécialité : GENIE ELECTRIQUE-AUTOMATIQUE
Régulation de niveau d’eau dans un réservoir assisté par
le logiciel LabVIEW
Réalisé par
MOUADH SAKLY
Encadré par
ANIS SAKLY & RAHMA BOUCETTA
Année Universitaire : 2006/2007
1
E.N.I.GE.N.I.M
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Introduction
Régulateur PID
Régulateur flou
Description du système de régulation de niveau
Description de la carte d’interfaçage
Environnement LabVIEW & résultats
Conclusions et perspective
2
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Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
Notre projet consiste à :
❖Réguler le niveau d’eau dans un réservoir en utilisant un
Logiciel muni d’une interface graphique
❖ Création d’une carte d’interfaçage à base de PIC16F877
pour la communication série entre le système et le PC
❖ Utilisation du Logiciel LabVIEW pour commander le
système en temps réel
❖Minimiser la période d’échantionnage
3
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Introduction
Régulateur PID
Régulateur flou
Description du système de régulation de niveau
Description de la carte d’interfaçage
Environnement LabVIEW & résultats
Conclusions et perspectives
4
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Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
5555
Correcteure(t)
Actionneur
²
Capteur
_
+
m(t)
Comparateur
Régulateur
u(t) s(t)
Chaîne d’action
Chaîne de
réaction
( )t
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Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
6
• Loi de commande
• Algorithme de commande
6
Le régulateur P influe sur la rapidité du système. Ilest généralement utilisé lorsque la précision n'estpas importante.
( ) . ( )pu t K t=
( ) . ( )pu k K k=
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Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
7
• Loi de commande
• Algorithme de commande
7
▪ L’action D intervient uniquement sur la variation del’erreur ce qui augmente la rapidité du système.
▪ Elle introduit aussi un déphasage de +90° ce qui augmente la stabilité du système.
( )( ) d
d tu t T
dt
=
( ) .( ( ) ( 1))d
e
Tu k k k
T = − −
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Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
8
• Loi de commande
• Algorithme de commande
8
Le terme I permet d’améliorer la précision mais ilintroduit un déphasage de -90° ce qui risque derendre le système instable du fait de la diminution dela marge de phase.
0
1( ) ( ).
t
i
u t t dtT
=
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Introduction
Régulateur PID
Régulateur flou
Description du système de régulation de niveau
Description de la carte d’interfaçage
Environnement LabVIEW & résultats
Conclusions et perspectives
9
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Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
10101010
Opérateurs de base
1010
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Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
111111
Bases de
règles
Interface de fuzzification
Interface de défuzzification
Mécanismed’inférence
𝜇(𝑋)𝑋res𝑋
𝜇(𝑋res)
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Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
121212
NZ P
N: Négative
Z: Zéro (nulle)
P: Positive
➢ Cette étape consiste à attribuer à la valeur réelle de
chaque entrée, au temps t, sa fonction d’appartenance,
donc à transformer l’entrée réelle en sous ensembles
flous
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Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
13
Mécanisme d’Inférence
SI e (erreur) est Négative ET Δe (d_erreur) est Négative ALORS
la commande Δu est Négative
➢ On utilise dans ce bloc l’ensemble des règles et les sous
ensembles flous provenant de la fuzzification pour
calculer les sous ensembles flous relatifs à la
commande.
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Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
141414
Base des règles
e/Δe N Z P
N N N Z
Z N Z P
P Z P P
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Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
151515
Défuzzification
✓ La méthode de
centre de gravité
✓ La méthode de
maximum
➢ Le but de cette étape est de transformer une information
floue en une grandeur de commande précise
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Introduction
Régulateur PID
Régulateur flou
Description du système de régulation de niveau
Description de la carte d’interfaçage
Environnement LabVIEW & résultats
Conclusions et perspectives
16
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Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
17
Présentation de la maquette
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Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
181818
Adaptation Ampli de puissance
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Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
19
PIC 16F877Alimentation
DAC0808
AOP LF351
Port sérieMax232
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Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
202020
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Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
21
Le 16F877 comprend aussi un convertisseuranalogique/numérique (8 canaux) qui permet un
échantillonnage sur 10 bits.
➔ Le signal numérique peut prendre 1024 valeurs
possibles.
21
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Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
22222222
Organigramme d’acquisition de mesure
Cet organigramme représente les étapes d’acquisition d’un signal analogique appliqué sur les pins du CAN
Début
Fin
Sélectionner les pins analogiques du CAN
Saisir la valeur donné du CAN et l’enregistrer
Déterminer si l’oscillateur est interne ou externe
Sélectionner le canal qu’on va utilisé
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Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
23
La conversion numérique analogique est réalisée par le DAC
0808 associé à un amplificateur LF351
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Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
2424
La transmission série nécessite au moins 2 fils de communication, l’un
pour la transmission (Tx) et l’autre pour la réception (Rx) et un fil de
masse
La liaison RS232 est une liaison asynchrone, elle ne transmet pas le signal
d’horloge
Système
numérique 1
Adaptation
ligne
Adaptation
ligne
Système
numérique 2
Liaison
RS232
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Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
25
Organigramme de transmission sérieRécepteur
Fin
Configuration format,
bit de stop, parité
Identique à l’émetteur
Octet
reçus ?
Lire le buffer de réception
oui
non
Emetteur
Fin
Configuration format,
bit de stop, parité
Identique au récepteur
Buffer
d’émission
disponible
?
Emettre un code ASCII
oui
non
Organigramme d’une réception série
Organigramme d’une emission série
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Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
2626
Description de la carte d’alimentation stabilisée
Transformateur Redressement Filtrage RegulationVe Vs
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Introduction
Régulateur PID
Régulateur flou
Description du système de régulation de niveau
Description de la carte d’interfaçage
Environnement LabVIEW & résultats
Conclusions et perspectives
27
![Page 28: Régulation de niveau d eau dans un réservoir assisté par](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062411/62ace9bf07fb260fad1b6687/html5/thumbnails/28.jpg)
Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
2828
LabVIEW utilise un langage graphique basé sur la notion flot de donnés
Le diagramme flot de données est un graphe acyclique qui peut
être composé de 3 éléments suivants :
1- Des terminaux
2-Des Nœuds3-Des arcs orientés
A
B
C
D
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Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
29
LabVIEW est centré autour du principe d’instrument virtuel (Virtual
Instrument ). Il se décomposer en deux parties :
Principe d’un VI
1. La première partie : elle contient l’algorithme du programme
2. La seconde partie : elle est constituée de l’interface utilisateur
Face Diagramme Face utilisateur
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Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
3030
palette d’outils
palette de commandes
palette de fonctions
Palettes de LabVIEW
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Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
31
Bibliothèques de commande
bibliothèque de commande PID
bibliothèque de commande floue
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Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
3232
![Page 33: Régulation de niveau d eau dans un réservoir assisté par](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062411/62ace9bf07fb260fad1b6687/html5/thumbnails/33.jpg)
Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
3333
Régulation PID dans LabVIEW
Réponse du système à une consigne
de 10 cm
Réponse du système après une
perturbation sur la vanne
![Page 34: Régulation de niveau d eau dans un réservoir assisté par](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062411/62ace9bf07fb260fad1b6687/html5/thumbnails/34.jpg)
Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
3434
![Page 35: Régulation de niveau d eau dans un réservoir assisté par](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062411/62ace9bf07fb260fad1b6687/html5/thumbnails/35.jpg)
Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
353535
application de la régulation floue dans LabVIEW
Réponse du système à une consigne de
10 cm
Réponse du système après une
perturbation sur la vanne
![Page 36: Régulation de niveau d eau dans un réservoir assisté par](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062411/62ace9bf07fb260fad1b6687/html5/thumbnails/36.jpg)
Introduction
Régulateur PID
Régulateur flou
Description du système de régulation de niveau
Description de la carte d’interfaçage
Environnement LabVIEW & résultats
Conclusions et perspectives
36
![Page 37: Régulation de niveau d eau dans un réservoir assisté par](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062411/62ace9bf07fb260fad1b6687/html5/thumbnails/37.jpg)
Conclusion➢ Réalisation d’une carte d’interfaçage pour la régulation du niveau d’eau dans un réservoir
➢ Réalisation une interface graphique à l’aidedu logiciel LabVIEW pour gérer les différentstypes de commande (PI et flou)
➢ Résultats satisfaisants des essais expérimentaux
élaborés avec le système réel
37
Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
![Page 38: Régulation de niveau d eau dans un réservoir assisté par](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062411/62ace9bf07fb260fad1b6687/html5/thumbnails/38.jpg)
Perspectives
➢L’aspect modulaire de la maquette permet d’utiliser
d’autres types et d’autres formes de régulation
38
Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
➢On peut améliorer le fonctionnement de la
commande pour travailler en temps réel en utilisant un
port USB au lieu d’une transmission série
➢Une électrovanne peut remplacer la vanne d’évacuation
manuelle pour permettre d’effectuer des perturbations
avec précision
![Page 39: Régulation de niveau d eau dans un réservoir assisté par](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062411/62ace9bf07fb260fad1b6687/html5/thumbnails/39.jpg)
Introduction Régulateur
PID
Régulateur
flou
Système à
commander
Carte
d’interfaçage
LabVIEW
et résultats
Conclusion
et perspective
39
Système commandéCarte d’interfaçage
![Page 40: Régulation de niveau d eau dans un réservoir assisté par](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062411/62ace9bf07fb260fad1b6687/html5/thumbnails/40.jpg)
40
⚫ MERCI
⚫ POUR VOTRE ATTENTION