Projet Arduino: La Commande Incrémentale – Version 1 [TUTO]

Objectifs

Savoir implémenter une boucle de régulation
Savoir le principe de la Commande Incrémentale
Savoir implémenter une moyenne glissante
Savoir asservir un signal PWM

Applications

Asservissement de la vitesse
Systèmes de régulation automatique
Convertisseurs AC/DC, DC/AC, DC/DC, etc. Asservis
Asservissement de la température, humidité, etc.
Et , d’autres applications!

Principe de fonctionnement

Le mini projet consiste à mettre en pratique le principe de fonctionnement d’une commande incrémentale avec Arduino. On utilise dans l’exemple un bouclage unitaire d’un signal PWM. L’objectif du programme est de maintenir la tension DC à la borne de la charge constante en faisant varier le rapport cyclique du signal PWM. La consigne est définit par le programme. Le concept d’incrémentation consiste à faire incrémenter (ou décrémenter) le rapport cyclique jusqu’à l’obtention de la consigne. Le programme extrait la valeur moyenne du signal PWM avant de décider si on incrémente ou décrémenter la commande. La qualité du filtrage ainsi le pas d’incrémentation sont définit dans le programme.

Voir le tuto pour plus de détails techniques.

Notes sur le programme

Les paramètres du programme

#define Out         9

#define In          A0

#define Consigne    4.0       // Tension de la consigne

#define N           100       // Filtrage de l'entrée

#define Step        1E-3      // Erreur sur la consigne (Epsilon)

#define StepCyc     1E-1      // Pas d'incrémentation du Rapport Cyclique / Cycle

Initialisation

Le pin 9 est utilisé pour générer le signal PWM. Il est rebouclé dans le pin analogique A0. On initialise aussi le tableau avec le contenu de l’entrée A0. Le port série sera utilisé afin d’observer en temps réel la valeur moyenne, le rapport cyclique ainsi le signal PWM.

void setup() 
{
  // Pinout 
  pinMode(Out, OUTPUT);
  analogWrite(Out, 180); 

  // Init Vin 
  for (int i=0; i<N; i++) vinTab[i]=analogRead(A0); 

  // Affichage 
  Serial.begin(115200); 
}

La boucle principale

Lecture de l’entrée A0

Vin_A0=analogRead(A0);

vinTab[I]=Vin_A0;

Mise à jour de l’indice

I=I+1;

if (I==N) I=0;

Filtrage: Calcul de la Moyenne Glissante

  for (int i=0; i<N; i++)
  {
    vin_volat=(float)vinTab[i]*5.0/1023.0; 
    somme+=vin_volat; 
  }
  v_fil=(somme/(float)N); 
  somme=0.0;

Mise à jour de la sortie

Consigne Atteinte

  if ((v_fil>=Consigne -1.5*Step) && (v_fil<=Consigne +1.5*Step))  
    return; // Ne rien  faire!

Incrémentation

  if ((v_fil<Consigne))  
  {
    OutPWM+=StepCyc; 
    if (OutPWM>=255.0) OutPWM-=StepCyc; 
  }

Décrémentation

  if ( (v_fil>Consigne))  
  {
    OutPWM-=StepCyc; 
    if (OutPWM<=0.0) OutPWM+=StepCyc; 
  }

Génération de la commande PWM

analogWrite(Out, (unsigned int)OutPWM);

Affichage

Serial.print((float)Vin_A0*5.0/1023.0);

Serial.print(",");

Serial.print(Consigne);

Serial.print(",");

Serial.print(v_fil);

Serial.print(",");

Serial.println((float)OutPWM*5.0/255.0);

Programme complet

#define Out         9       
#define In          A0       

#define Consigne    4.0       // Tension de la consigne        
#define N           100       // Filtrage de l'entrée 
#define Step        1E-3      // Epsilon  
#define StepCyc     1E-1      // Pas d'incrémentation du Rapport Cyclique / Cycle 



float v_fil=0.0; 
float somme =0.0;
float vin_volat=0.0; 
int   vinTab[N];
int   Vin_A0=0; 
int   I=0; 
float OutPWM=180.0; 


void setup() 
{
  // Pinout 
  pinMode(Out, OUTPUT);
  analogWrite(Out, 180); 

  // Init Vin 
  for (int i=0; i<N; i++) vinTab[i]=analogRead(A0); 

  // Affichage 
  Serial.begin(115200); 
}

void loop() 
{
  
  // 1. Lecture de l'entrée A0
  Vin_A0=analogRead(A0); 
  vinTab[I]=Vin_A0; 

  // 2. Mise à jour de l'indice 
  I=I+1; 
  if (I==N) I=0; 

  // 3. Filtrage: Calcul de la Moyenne Glissante 
  for (int i=0; i<N; i++)
  {
    vin_volat=(float)vinTab[i]*5.0/1023.0; 
    somme+=vin_volat; 
  }
  v_fil=(somme/(float)N); 
  somme=0.0; 
  
  /*4. Mise à jour de la sortie */ 
  // 4.1: Consigne Atteinte 
  if ((v_fil>=Consigne -1.5*Step) && (v_fil<=Consigne +1.5*Step))  
    return; // Ne rien  faire!  

  // 4.2: Incrémentation  
  if ((v_fil<Consigne))  
  {
    OutPWM+=StepCyc; 
    if (OutPWM>=255.0) OutPWM-=StepCyc; 
  }
    
  // 4.3: Décrémentation  
  if ( (v_fil>Consigne))  
  {
    OutPWM-=StepCyc; 
    if (OutPWM<=0.0) OutPWM+=StepCyc; 
  } 

  //5. Génération de la commande PWM
  analogWrite(Out, (unsigned int)OutPWM); 
   

  // 6. Affichage 
  Serial.print((float)Vin_A0*5.0/1023.0);  
  Serial.print(","); 
  Serial.print(Consigne); 
  Serial.print(","); 
  Serial.print(v_fil); 
  Serial.print(","); 
  Serial.println((float)OutPWM*5.0/255.0); 
}

On verra prochainement la version améliorée du code. N’oublie pas de laisser un commentaire, ça nous encourage pour continuer à partager des projets 🙂