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Mai 2006

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	Truc du mois : À quel rythme doit-on échantillonner les signaux?
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Prochains cours et séminaires

Séminaire sur l'optimisation de procédé et la supervision des performances
les 15-16 mai 2006 à Québec, QC

Méthodes d'analyse, de dépannage et de réglage des boucles de régulation
les 16-18 mai 2006 à Dalhousie, NB (Cours donné en anglais, période de questions bilingue)

Séminaire sur les outils avancés en contrôle de procédé
les 17-19 mai 2006 à Québec, QC

La sélection de vannes de contrôle
les 6-8 juin 2006 à Québec, QC

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Article

À lire dans Control Design, un article de Martin Emond sur l'utilisation des rampes dans les systèmes de contrôle;
" How to tame unruly ramp function behavior "
Cliquez ici pour lire l'article.

Truc du mois : À quel rythme doit-on échantillonner les signaux?

Observer des données à partir d'un historien ou d'un graphique de tendance
Pour analyser les signaux, mesurer les performances, diagnostiquer les problèmes, il est nécessaire que l'échantillonnage soit suffisamment rapide et régulier. Il est aussi essentiel que les algorithmes de compression soient à leur minimum. Si tel n'est pas le cas, les amplitudes observées nous indiquent les excursions des signaux, mais à moins de connaître les détails de l'échantillonnage, les oscillations et les dynamiques vues ne reflèteront pas la réalité.

Exemple : Boucle de débit
Par exemple, si le comportement d'une boucle de débit est analysé ou observé, il faudra s'assurer que l'échantillonnage permet de capter correctement ses mouvements. Le débit bouge rapidement et il est nécessaire d'échantillonner plus rapidement encore pour que les données visualisées représentent fidèlement la réalité. Le contrôleur PID qui maintient ce débit en manipulant l'ouverture de la valve ou la vitesse de la pompe doit exécuter sa fonction à chaque seconde, voire à chaque 100 ms. Il ne serait pas réaliste de manipuler la vanne seulement aux 10 s puisque entre deux exécutions le débit serait « hors contrôle ».

L'observation d'une boucle de débit où les signaux sont échantillonnés aux 10 secondes ou aux 30 secondes ne permet pas d'analyser correctement les oscillations, les perturbations, la qualité du contrôle, les performances, etc. De même qu'il ne sera pas possible de déceler le collage de la vanne, l'hystérésis, le modèle du procédé, etc. On ne décèlera que les amplitudes des variations, sans pour autant en connaître l'allure.

En pratique, il faut donc échantillonner plus rapidement que les phénomènes à observer.

Si les phénomènes sont plus rapides que l'échantillonnage, non seulement il manque de l'information, mais en plus l'information recueillie est faussée. Par exemple, une boucle où il y a des oscillations :

Le signal réel est en rouge.Le signal échantillonné trop lentement apparaît tout autrement que la réalité.

D'ailleurs, il arrive souvent que le système d'échantillonnage ne détecte un changement que si l'amplitude dépasse un certain seuil (rapport par exception); dans ce cas aussi, les informations recueillies seront faussées. Finalement, les algorithmes de compression et de filtration altèrent, eux aussi, les signaux à observer.

Cas 1 : Boucle de débit, avec bruit et oscillations.
Échantillonnage= 1 s	Oscillations de 20s	Bruit, 0.3%

Le premier graphique correspond aux données réelles. Le second graphique est déformé par le rapport d'exception de 1.5%, mais les oscillations restent visibles. Enfin, dans le troisième graphique, l'échantillonnage est suffisamment rapide pour que le signal puisse être interprété correctement.

Cas 2 : Boucle de débit, avec bruit et oscillations; échantillonnée trop lentement.
Échantillonnage= 15 s	Oscillations de 20 s	Bruit, 0.3%

Le premier graphique correspond aux données réelles. Le second graphique est déformé par le rapport d'exception de 1.5% et les oscillations vues sont très loin de la réalité. Enfin, dans le troisième graphique, l'échantillonnage est trop lent et les oscillations vues sont différentes de la réalité.

Cas 3 : Boucle de débit, avec bruit et oscillations; échantillonnée très lentement.
Échantillonnage= 30 s	Oscillations de 20s	Bruit, 0.3%

Le premier graphique correspond aux données réelles. Dans les second et troisième graphiques, l'échantillonnage est très lent et les oscillations ne sont plus détectées.

Conclusion :
Pour utiliser des données échantillonnées :

L'échantillonnage doit être rapide
Le rapport par exception doit être minime
Les filtres et autres algorithmes de compression doivent aussi être à leur minimum.

Recommandations générales :

Boucles de débit et de pression :
Boucles de consistance :
Boucles de niveau et de température :
Autres boucles :

1s
1 à 2 s
5 à 10 s
échantillonnage plus rapide que les phénomènes à observer.

Règle de pouce : le temps d'échantillonnage doit être plus faible que le temps de délai de la boucle.

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