CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 20081 Hervé COPPIER ESIEE-Amiens De L’Identification et de la Modélisation au Contrôle : le Multicontrôleur,

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1 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 20081 Hervé COPPIER ESIEE-Amiens coppier@esiee-amiens.fr De L’Identification et de la Modélisation au Contrôle : le Multicontrôleur, une stratégie pour les boucles de régulation en contrôle avancé dans les Systèmes Cryogéniques au CERN

2 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 20082 Plan  Introduction UNICOS pour les systèmes Cryogéniques Stratégies de contrôle avancé pour UNICOS  L’Objet MultiContrôleur Présentation Les algorithmes de contrôle avancé  Le ‘ Kit d’outils d’automatique ’ Identification et modélisation Validation Simulation  Résultats Expérimentaux Le ‘kit d’outils de contrôle avancé’ L’ Object MultiContrôleur  Conclusion

3 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 20083 Introduction  UNICOS pour la Cryogénie Pour avoir un accélérateur à hautes énergies, les équipes du service cryogénie du CERN créent des conditions extrêmes de température sur les détecteurs et le LHC au moyen d’un système de contrôle efficace. A cet effet les concepteurs ont crée un “framework” (cadre de travail) industriel appelé UNICOS (UNified Industrial COntrol System). UNICOS a été développé suivant le concept orienté objet pour les technologies de contrôle de procédés industriels basé sur des solutions mixtes automates -SCADA.

4 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 20084 Introduction  Stratégies de contrôle avancé pour UNICOS La première version d’UNICOS n’utilisait que des boucles de régulation standard PID. Pour les systèmes cryogéniques les correcteurs PID sont souvent inefficaces pour résoudre des problèmes critiques (réponse inverse, temps morts longs, systèmes non-linéaires). L’Objet MultiContrôleur introduit ces stratégies de contrôle avancée

5 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 20085 L’Objet Multicontrôleur  Présentation Objet développé pour automates et les systèmes de supervision Une simple interface pour tous les algorithmes de régulation Un seul ensemble de paramètres de réglages pour tout type de commande Une conception flexible pour ajouter d’autres algorithmes de boucles de régulation Une procédure de réglage efficace Une Interface Homme Machine (IHM) avec différentes vues de tendances Il permet le contrôle global de la boucle de régulation via une unique représentation objet centralisée à travers différentes vues utilisées dans l’interface homme machine

6 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 20086 L’Objet Multicontrôleur  Presentation PLC representation SCADA representations

7 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 20087 L’Objet Multicontrôleur  Les Algorithmes de Contrôle Avancé Prédicteur de Smith(Systèmes stables et instables) Correcteur PFC (Predictive Function Control) Correcteur GPC (Global Predictive Control ) Le contrôleur RST

8 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 20088 L’Objet Multicontrôleur  Les Algorithmes de Contrôle Avancé Prédicteur de Smith (Systèmes stables et instables) Smith Predictor functional view Smith Predictor principle: “from a real to a fictive structure”

9 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 20089 L’Objet Multicontrôleur  Les Algorithmes de Contrôle Avancé Prédicteur de Smith (Systèmes stables et instables) Matausek Modified Smith Predictor for integrator system

10 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 200810 L’Objet Multicontrôleur  Les Algorithmes de Contrôle Avancé PFC: Predictive Function Control

11 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 200811 L’Objet Multicontrôleur  Les Algorithmes de Contrôle Avancé PFC: Predictive Function Control  Application à un premier ordre  La loi de commande est la suivante :  PFC Généralisée  La loi de commande est la suivante :

12 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 200812 L’Objet Multicontrôleur  Les Algorithmes de Contrôle Avancé GPC: Global Predictive Control  L’idée de la GPC est de calculer une future séquence de loi de commande de façon à minimiser la fonction de coût sur un horizon de prédiction.  Le système CARIMA

13 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 200813 L’Objet Multicontrôleur  Les Algorithmes de Contrôle Avancé GPC: Global Predictive Control  Le Prédicteur y(t+j)  Les Equations Diophantines  La Fonction de coût

14 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 200814 L’Objet Multicontrôleur  Les Algorithmes de Contrôle Avancé GPC: Global Predictive Control  L’incrément de la loi de commande est calculé par:  avec et

15 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 200815 L’Objet Multicontrôleur  Les Algorithmes de Contrôle Avancé Le contrôleur RST

16 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 200816 L’Objet Multicontrôleur  Les Algorithmes de Contrôle Avancé Le contrôleur RST RST form of the GPC controller

17 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 200817 Le ‘Kit d’outils de contrôle avancé’  Identification du modèle méthode des moindres carrés récursifs(RLS) méthode des moindres carrés étendus ( RELS) méthode Recursive Maximum Likehood (RML)

18 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 200818 Le ‘Kit d’outils de contrôle avancé’  Simulation et Validation Validation du Premier Ordre :Tests RDI et RN Test de blancheur (pour RLS, RELS, RML) Simulation du modèle

19 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 200819 Résultats Expérimentaux  Le ‘Kit d’outils de contrôle avancé’ Identification en ligne d’une régulation de pression décrit par un modéle ARMAX (système instable du 1 Er ordre avec un temps mort de 4 secondes ): 2 protocoles expérimentaux sont étudiés :  Matlab software (offline)  Schneider PLC avec UnityV2 software (online)

20 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 200820 Résultats Expérimentaux  Le ‘Kit d’outils de contrôle avancé’ Evolution des paramètres suivant les protocoles expérimentaux  b1 (RELS) Matlab offline identification Schneider PLC online identification

21 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 200821 Résultats Expérimentaux  Le ‘Kit d’outils de contrôle avancé’ Evolution des paramètres suivant les protocoles expérimentaux  b1 (RML) Matlab offline identification Schneider PLC online identification

22 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 200822 Résultats Expérimentaux  Le ‘Kit d’outils de contrôle avancé’ Evolution des paramètres suivant les protocoles expérimentaux  c1 (RELS) Matlab offline identification Schneider PLC online identification

23 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 200823 Résultats Expérimentaux  Le ‘Kit d’outils de contrôle avancé’ Evolution des paramètres suivant les protocoles expérimentaux  c1 (RML) Matlab offline identification Schneider PLC online identification

24 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 200824 Résultats Expérimentaux  Le ‘Kit d’outils de contrôle avancé’ Résultats des Tests

25 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 200825 Résultats Expérimentaux  L’ Object MultiContrôleur Exemple du second ordre Réglages du Multicontrôleur

26 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 200826 Résultats Expérimentaux  L’ Object MultiContrôleur Control signal

27 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 200827 Résultats Expérimentaux  L’Object MultiContrôleur Process output

28 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 200828 Conclusion  Le ‘Kit d’outils de contrôle avancé’ Permet de trouver d’identifier le bon modèle Sous environnement automates (traitement en temps réels ) Valable pour plusieurs types de d’identification  L’Object MultiContrôleur Efficacité de l’objet pour la commande de procédés Algorithmes de contrôle avancé pour boucles de regulation Une seule approche globale Une interface unique Homme Machine ( SCADA)

29 CEA Dapnia Saclay 24 Janvier 200829 Bibliographie  Cabaret, S.., Coppier, H., ”From Identifying and Modeling to Control: the MultiController, an advanced control loop strategy for Cryogenic systems at CERN”, 6th Eurosim Congress on modeling and Simulation, EUROSIM 07, Ljubljana,Slovénie,September9-13 Pezzetti S.., Coppier, H., Rachid A., Chadli M. ” Process Identification Through Test on Cryogenic System”, 6th Eurosim Congress on modeling and Simulation, EUROSIM 07, Ljubljana, Slovénie, September 9-13, 2007 Moraux A., Pezzetti M., Coppier, H., Chadli M., Rachid A. ”Modeling Workstation for a Krypton Condenser System ”, 6th Eurosim Congress on modeling and Simulation, EUROSIM 07, Ljubljana, Slovénie, September 9-13, 2007.