Tool2Tune - PID
T2T-PID est un simulateur puissant qui vous permet de modéliser vos procédés et de visualiser les effets des changements des paramètres du régulateur PID sur les performances de la boucle de régulation.
Pour bien fonctionner, le simulateur doit être paramétré avec les caractéristiques de votre procédé. Vous les connaissez peut-être, ou vous pouvez les estimer à l'aide d'un fichier CSV de données et de mesures enregistrées. Un outil graphique vous assistera dans la définition du procédé.
Ensuite vous passez à l'espace PID où vous pouvez essayer des configurations diverses des paramètres du régulateur PID et observer les performances. Différentes structures de régulateurs et des paramètres avancés (tel que le bruit et son filtre) vous permettront de simuler de façon réaliste vos procédés.
Les éléments déterminant du procédé stable sont le gain, et le retard de l'action sur la mesure ainsi que le temps de réponse. Vous pouvez saisir directement ces valeurs. Mais vous pouvez également établir le gain en indiquant de façon visuelle quel gain de mesure on obtient avec tel écart de commande...
L'opération est similaire pour un procédé intégrateur. À part son retard inhérent, il faut également préciser son gain. Là aussi, vous pouvez graphiquement l'obtenir en spécifiant le gain de mesure obtenu sur une durée déterminée et pour une variation de commande précisée.
Dans les deux cas, vous pouvez également indiquer la période échantillonnage que vous souhaitez pour la simulation et l’horizon de simulation.
Il est possible d'importer des données industrielles, captées sous format CSV, dans T2T-PID. Cela permet de retrouver les paramètres déterminants du procédé en les comparant avec le comportement réel du procédé. Essayez de rapprocher la courbe d'une mesure simulée au plus proche de la courbe des mesures du fichier.
Afin de pouvoir utiliser cette fonction, le fichier doit contenir au moins des données pour la mesure et la commande, (optionnellement pour la valeur de la consigne), avec une période d’échantillonnage fixe.
Le fichier indique également :
Vous pouvez ainsi ouvrir des annexes courriel ou des liens dans Safari avec T2T-PID. Un jeu de fichiers-exemples est offert ici
L'approche recommandée est de commencer par le procédé. Faites une copie d'un de vos procédés ou d'un des 2 types de procédés brouillon fournis.
Le but des 2 procédés-type est simplement de servir de modèle. Ainsi il n'est pas possible de changer leur titre, ni de multiplier les réglages PID y associés. Faites aussitôt une copie et donnez- lui un titre approprié. Vous ne pouvez les supprimer par inadvertance : ils vont réapparaitre dans la liste automatiquement.
Pour changer le titre, il suffit de le toucher un bref instant. Le clavier proposera le cas échéant quelques boutons contextuels, permettant d'insérer par exemple le nom du fichier CSV, le nom de la valeur, la date.
Il est possible de continuer avec une nouvelle copie d'un élément grâce à l'icône 'copie' à droite dans la barre-titre. Il vous sera proposé de donner immédiatement un nouveau titre ou d'annuler l'opération.
Une copie d'un jeu de réglages PID sera toujours classée sous son procédé. Le procédé est donc le parent de tous ces réglages. Quand un procédé a lui-même été défini grâce à un fichier CSV, ses copies, également, ressortiront toutes de ces données CSV. Une copie d'une interprétation de CSV est, elle, autonome.
Notez toutefois que la copie d'un objet ne créera pas de copies des objets dépendants. Ainsi une copie de procédé commencera sa vie sans aucun réglage PID, même si l'original en disposait.
Dans les listes principales, ainsi que dans les listes intermédiaires entre deux écrans, vous pouvez librement supprimer des éléments. Il suffit de les glisser vers la droite. Une confirmation sera demandée. La suppression de certains éléments entrainera la suppression d'autres : supprimer un procédé supprimera ainsi également ses réglages PID. Dans le cas où cette suppression 'en cascade' impliquera 2 ou plus d'éléments dépendants, un avertissement supplémentaire sera présenté.
Pour retrouver vos données CSV, procédés et réglages, des listes alphabétiques sont accessibles à partir du menu principal. Sous forme d'une icône, des courbes représentants vos données vous serviront d'aide visuelle.
Une fois un élément ouvert, un bouton sur la barre-titre donnera accès à la suite logique : pour le CSV suivra le procédé, pour le procédé suivra le réglage PID. Dans le cas où plusieurs éléments existent pour la suite, une liste intermédiaire sera proposée.
La navigation en retour est adaptée à la situation. Le retour à partir d'un réglage vous mène à son procédé, le procédé remonte au fichier CSV s'il existe.
Cette navigation flexible permet par exemple de choisir un réglage PID dans la liste principale et de remonter directement à son procédé pour y apporter des modifications ou pour retrouver les autres réglages associé à ce procédé.
Plusieurs éléments d'interface sont communs à tous les écrans, nous les présentons ici.
La partie supérieure des écrans contiendra l'affichage de la commande, la partie inférieure celle des mesures et consigne. Un élément fléché à droite vous permet de repartir l’espace occupée par chacune de ces parties. Il suffit de glisser cet élément.
Notez que dès qu'une zone devient trop petite pour être affichée, elle disparaitra entièrement. Dans cette situation vous pouvez également alterner entre les zones affichées en touchant la flèche. (Cette dernière approche est imposée sur l'iPhone en orientation horizontale.)
La grande puissance de T2T-PID réside dans la convivialité de son interface tactile. Touchez les lignes, déplacez-les et observez comment les valeurs et les courbes évoluent. Des contraintes automatiques limiteront des valeurs impossibles (telle une fin avant début, un maximum plus petit qu'un minimum etc.)
Si vous avez besoin d'introduire une valeur précise, tapez plutôt sur le label avec la valeur numérique. Un petit outil s'ouvrira.
Cet outil est à la fois clavier et glisseur. Alternez avec le mode qui vous convient en double-tapant son titre.
Si des valeurs minimales / maximales sont de mises, elles seront affichées et imposées.
Il est souvent nécessaire de déplacer l'outil, pour mieux observer l'opération en cours. C'est possible : il suffit de le prendre par son titre et de le déposer où vous voulez !
En mode 'glisseur', l'outil présente également des boutons <, >, <<, >>. Ceux-ci permettent de modifier la valeur avec des petits pas (notamment de la précision de la valeur) ou des grands pas (10 x cette précision). On gardant le doigt dessus, l'opération sera répétée.
Les valeurs min, incrément, max du curseur sont affichées en bas. Vous pouvez les changer en appuyant dessus pour un instant. Sauvegardez vos préférences pour ce cas précis, mettez-les en défaut pour tout curseur du même type, ou revenez sur les défauts. Notez que les contraintes min/max de la valeur en question seront toujours imposées, indépendamment de vos choix.
En mode numérique, un clavier est présenté. Utilisez les flèches et la touche <X (backspace) pour vous positionner.
Astuce : un double-toucher sur la touche point décimal positionnera le curseur juste après ce point décimal.
La touche 'C' effacera la valeur.
Astuce : si une valeur minimale est imposée, un double-toucher sur la touche 'C' mettra la valeur à ce minimum.
Astuce : pour fermer l'outil, vous pouvez utiliser le petit x rouge, mais il suffit de taper n'importe où en dehors de l'outil.
Déplacez le curseur (initialement à temps=0) pour découvrir les valeurs des différentes courbes affichées à un temps choisi.
L'horizon est l'échelle de l'étendu de l'affichage. Comme il reste forcément à droite, le faire glisser a comme effet de réduire la durée de la zone affichée. Pour élargir l'horizon, toucher plutôt sa valeur et modifiez-la avec l'outil.
Pendant que vous expérimentez avec les valeurs diverses, vous allez vous retrouver avec un affichage incomplet. Avec un simple double-toucher sur l'affichage, vous le remettez en état de zoom optimal.
Astuce : A chaque fois que vous sélectionnez un élément, il revient en premier plan. Pratique pour retrouver des valeurs qui se cachent derrière d'autres valeurs.
Astuce : quand deux lignes se retrouvent exactement au même endroit, l'une ou l'autre sera sélectionnée, en alternance. Si les valeurs sont très proches, mais pas exactement identiques, il suffit de taper du bon côté de la paire.
Dans l'espace CSV, vous préparez les données du fichier CSV pour servir à la définition du procédé. Tapez sur les labels commande, mesure ou consigne pour sélectionner dans un menu la colonne correspondante du fichier. La courbe pour la consigne n'est pas obligatoire, elle peut donc rester vide.
Ensuite il faut indiquer s'il s'agit d'un procédé stable ou intégrateur. Sélectionnez l'option qui vous convient en tapant sur « procédé : inconnu »
Seulement après ces choix, l'icône 'procédé' deviendra opérationnel, à droite sur la barre-titre.
Note : Le temps échantillonnage, déterminé dans le fichier, est seulement repris à titre indicatif.
Note : Bien qu'il reste possible de corriger le type du procédé, cela risque de perturber des procédés associés antérieurement. Un avertissement vous sera toutefois présenté quand vous accéder à ces procédés ainsi modifiés.
Des lignes verticales « Début » et « Fin » permettent de limiter la zone du fichier utilisée pour établir le procédé. Vous pouvez donc sélectionner la zone qui vous paraît la plus utile.
Il est possible de faire une copie de l'élément CSV. Ceci peut-être utile, par exemple pour exploiter un fichier contenant des données pour des variables multiples, permettant de définir des procédés différents, ou encore dans le cas où le procédé se comporte différemment au cours des enregistrements disponibles dans le fichier et où vous souhaitez traiter ces comportements séparément.
L'espace Procédé se présente sous deux déclinaisons différentes, adaptées aux spécificités du procédé stable ou intégrateur.
Dans les deux cas, vous pouvez saisir une variation de commande et de mesure respectivement, ainsi que le retard du procédé.
Pour le procédé stable, vous pouvez également, en haut de l'écran, choisir l'ordre de la modélisation numérique. La valeur par défaut est ordre 2
Pour connaître le procédé stable il faut également spécifier le temps de réponse, c.à.d. Le temps observé avant que la mesure s'approche de la valeur finale souhaitée.
Pour les procédés intégrateurs, il faut indiquer le temps nécessaire pour observer l'écart spécifié de la mesure pour la variation de commande spécifiée. La durée de cette pente est indépendante du retard du procédé. (Vous pouvez donc librement modifier ce retard, la durée de la pente ne sera pas affectée)
Si vous optez pour modifier directement la valeur du gain, affichée en bas à gauche, la valeur de la commande finale sera modifiée automatiquement.
Quand la définition du procédé est effectuée à l'aide de données CSV, les courbes du fichier seront affichées. La mesure sera simulée avec vos paramètres et la commande issue du fichier. Un élément delta, en bas à droite, vous donnera la valeur moyenne de la différence absolue entre cette mesure simulée et la mesure réelle du fichier.
Note : en utilisant un fichier, vous ne pouvez pas afficher un horizon plus large que la durée de la plage définie par le fichier.
Au premier accès, des valeurs par défaut seront proposées pour le régulateur, en fonction des caractéristiques du procédé. Ces valeurs ne sont pas nécessairement optimales.
La simulation s'effectuera :
Vous pouvez ensuite modifier les paramètres P, I et D du régulateur pour observer une simulation de la commande et la mesure.
Dès que le procédé simulé devient stable, au point où la mesure restera dans un zone de +/- 5% de la consigne souhaitée, une ligne verte indiquera ce temps de réponse. (Entre parenthèses sera donné, à titre informatif, le nombre d'oscillations éventuelles avant ce temps)
Toute l'expertise de la régulation consiste à retrouver les paramètres P, I et D qui permettent de réduire ce temps de réponse, tout en obtenant un comportement raisonnable du système. Pendant vos recherches, vous pouvez avoir besoin de modifier l'horizon, afin de mieux observer la situation.
Il est possible de contraindre le régulateur en imposant une limite minimale et maximale sur la commande.
Un paramètre de bruit, accompagné d'un paramètre de filtre vous permettent de d’apprécier l'impact du bruit sur la mesure sur la commande calculée par vos régulateurs. Une fonction de filtrage réglable permettra alors de s’affranchir des effets négatifs du bruit de mesure. Vous devrez alors modifier les paramètres PID pour déterminer le nouveau jeu de réglage optimal.
Vous pouvez aussi choisir la structure de régulation qui correspond à votre régulateur :
Les unités par défaut sont les unités absolues dites 'engineering units'. Si le régulateur calcule l’écart en pourcentage de l’étendue d’échelle de la mesure, il est possible de définir l'échelle minimale/maximale.
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