SIC^2 : Logiciel de Simulation Intégrée des Canaux et de leur Contrôle

La méthode PLOT

Pierre-Olivier Malaterre — 2017-02-10T10:43:56Z

En cours ...

La méthode BOLST

Pierre-Olivier Malaterre — 2016-10-12T15:06:37Z

La méthode BOLST est une méthode permettant d'imposer des modifications de commandes U à partir d'un fichier texte .txt (format texte ASCII ou ANSI par exemple). Ces modifications sont indiquées en fonction du temps auquel elles sont désirées. Le temps n'est pas forcément à pas de temps régulier. Les valeurs seront ensuite utilisées en mode échelon (visible au pas de temps suivant, comme pour une loi fonction du temps rentrée aux interfaces : on l'applique à l'instant T et elle est visible dans les résultats à l'instant T+DT, donc si on veut la voir à l'instant T il faut la décaler de DT, avec Tlag par exemple) ou rampe (interpolation linéaire, dans ce cas les valeurs seront visibles dans les résultats aux instants indiqués). Ce sont donc des modifications de type Boucle Ouverte, puisque non calculées à partir de variables contrôlées Y ou de variables mesurées Z.

Créer un fichier de commande .txt au format texte ASCII ou ANSI ou autre

Le fichier texte .txt produit devra contenir les temps d'application de la commande dans les premières colonnes et la valeur des différentes commandes U dans la dernière colonne. Les formats du temps et de la commande sont relativement libres, ou en tout cas peuvent être indiqués avec un format non figé (cf ci-dessous) mais doivent être indiqués au format Fortran dans un fichier de paramétrisation BOLST.TXT. Ce temps est indiqué cependant en jours, mois, année, heure, minute, seconde, même si le format peut être choisi. Attention, la lecture au format Fortran est relativement stricte, il faut respecter les colonnes indiquées dans le format, et les points décimaux de préférence. Si vous n'êtes pas habitués à ces formats, il est préférable le lire une documentation sur le sujet. Sinon le module peut avoir des plantages, ou des comportements non souhaités.

On peut avoir divers régulateurs BOLST, chacun monovariable, et donc agissant sur une seule commande U, mais le fichier de paramétrisation BOLST.TXT est commun à tous ces régulateurs BOLST, avec une ligne de configuration pour chaque régulateur BOLST.

Un exemple est fourni sous dat/ex8_bolst, avec 2 modules BOLST. Un des 2 fichiers agissant sur une commande U en débit (fichier QPRISE_02092001.TXT) contient 4 changements de valeurs :

02:09:2001:00:00:00:0.000 

02:09:2001:05:00:00:-.100 

02:09:2001:15:00:00:0.100 

02:09:2001:21:00:00:0.300

Attention à ne pas laisser de lignes vides en bas de ce fichier, car sinon ces lignes seront lues comme si tous les nombres sont à 0, ce qui donnera T=0 et a-priori créera un message d'erreur selon lequel les temps ne sont pas croissants (ou ligne vide).

Le format des dates et heures est ici JJ:MM:AA:HH:MM:SS, et la variable U en format F10.3, comme indiqué sur la ligne correspondante du fichier BOLST.TXT avec les notations de format classiques en FORTRAN : (2(I2,1X),I4,1X,3(I2,1X),F10.3)

Ce fichier doit être enregistrée dans un fichier nommé avec un nom de son choix, qui sera indiqué dans le fichier BOLST.TXT. Dans l'exemple fournit on a 2 fichiers : QPRISE_02092001.TXT et HCRUE_G_02092001.TXT situés par défaut dans le même dossier que le fichier XML du projet. Mais quitte à l'indiquer dans le fichier BOLST.TXT ces fichiers peuvent aussi être situés ailleurs, dans un ou plusieurs autres sous-répertoires, avec la commande "DIR=" :

% Cette ligne est optionnelle et ignorée si elle débute par DIR=DEF

DIR=DEFAUT

Mais si on indique un sous-répertoire avec le code "DIR=", alors les fichiers suivants lus plus bas dans le fichier BOLST.TXT seront cherchés dans cet autre sous-répertoire. Il faut mettre le nom complet C :\..., ou il est possible qu'il accepte également les chemins relatifs par rapport au sous-répertoire des données ..\DAT2 ! Il est possible aussi que sous certains OS il faille doubler les \. A tester si besoin ... On peut mettre autant de commande "DIR=" que l'on veut dans un fichier BOLST.TXT, et ainsi les fichiers suivants seront cherchés et lus dans ce ou ces sous-répertoires.

% Dans ce cas les fichiers de données des modules BOLST (QPRISE_02092001.TXT et HCRUE_G_02092001.TXT) seront cherchés dans le sous répertoire C:\DATA\SICBOLST

DIR=C:\DATA\SICBOLST

Ce dernier cas permet d'avoir plusieurs projets SIC situés dans des sous-répertoires différents qui vont lire les même fichiers de données pour des modules BOLST dans un ou plusieurs sous-répertoires communs à ces divers projets SIC.

Attention : pour les versions des programmes Fluvia et Sirene compilés avec le compilateur Digital, le même fichier .TXT ne peut pas être ouvert simultanément plusieurs fois par plusieurs modules. Dans ce cas il faut le dupliquer avec des noms différents utilisés par les modules BOLST correspondants (ou utiliser une version de Fluvia ou Sirene compilée en Intel, cela est indiqué dans la sélection de la version souhaitée).

Configuration du module BOLST dans SIC

Pour configurer un module BOLST dans SIC, il faut :

Choisir le module BOLST dans la fenêtre d'édition des modules de régulation,
Choisir la (une seule, sinon les autres seront identiques à la première et seule lue sur le fichier .txt correspondant) commande U. Les variables Y, YT et Z ne sont pas utilisées dans ce module, car c'est un module de type Boucle Ouverte,
Définir les paramètres spécifiques de la méthode BOLST.

Paramètres spécifiques du module BOLST

Les paramètres spécifiques sont les mêmes que ceux de la méthode BOMAT ou BOSCI :

Facteur de mise à l'échelle "a" (facteur multiplicatif, ou encore appelé homothétie)
Constante additive "b" (on aura alors U=ax+b)
Mode Rampe ou Échelon
Ecriture ou non des données du fichier .txt lues sur le fichier Nom_Sirene.lst

Paramètre de mise à l'échelle

C'est un coefficient multiplicateur qui sera appliqué aux valeurs présentes dans le fichier .txt avant application de la commande.
Un second coefficient multiplicateur peut être ajouté dans le fichier BOLST.TXT qui se multipliera à celui-là pour obtenir un facteur modifié global. Ces coefficients seront écrits et indiqués sur le fichier Nom_Sirene.lst

Constante additive

Cette constante additive sera ajoutée à la valeur lue, éventuellement modifiée par le facteur multiplicatif évoqué ci-dessus. La variable U injectée dans le modèle sera donc de la forme U=ax+b où a est le facteur multiplicatif, b la constante additive et x la valeur lue sur le fichier .TXT (ou plutôt interpolée pour le temps courant en mode rampe).

Méthode d'interpolation

Les deux méthodes d'interpolation disponibles sont les mêmes que celles des lois fonction du temps.

Ecriture sur fichier LST

Les données lues sur les fichiers .TXT peuvent être écrites sur le fichier Nom_Sirene.lst, pour vérifier si elle sont bien lues correctement. Dans ce cas, le format est le suivant :

Numéro du BOLST T-Tlag Tavant Taprès U(1)

BOLST n° 1 -3000. 0. 3600. 2.500

BOLST n° 2 -13800. -3600. 14400. 0.000

Le Numéro du BOLST est celui lu dans le fichier BOLST.TXT décrit ci-dessous en bout de ligne.
Tavant et Taprès sont les 2 temps lus dans le fichier .TXT sur 2 lignes consécutives qui encadrent ou encadreront le temps courant éventuellement décalé du temps de retard Tlag : T-Tlag

Restriction

On peut avoir plusieurs régulateurs de ce type (BOLST) pour une simulation. Chaque BOLST est monovariable. Toutes les méthodes BOLST récupèrent le nom du fichier et certains paramètres sur un fichier commun BOLST.TXT :

% We can put comment, with lines beginning by %, ! or /

DIR=DEFAUT % This line is optionnal and ignored if starts by DIR=DEF

TLAG=3600. % This line is optionnal. It gives a time shift (in s) to apply to the times (in F15.3)

% From version 5.38c3 the scaling factor format changes from 4.1 to 7.3

% The format is then : FORMAT(A20,1X,A36,1X,F7.3,1X,2(I2,1X),I4,1X,3(I2,1X),I2)

HCRUE_G_02092001.TXT (2(I2,1X),I4,1X,3(I2,1X),F10.3) 1.000 02/09/2001 00:00:00 1

% Time Lag can be different for each BOLST module (as DIR also)

TLAG=14400. % This line is optionnal. It gives a time shift (in s) to apply to the times (in F15.3)

QPRISE_02092001.TXT (2(I2,1X),I4,1X,3(I2,1X),F10.3) 1.000 02/09/2001 01:00:00 2

TLAG= permet de décaler dans le temps les valeurs lues. Si TLAG > 0 on ajoute un retard. Si TLAG < 0 on anticipe. On peut avoir plusieurs lignes de définition de Tlag qui s'appliqueront alors aux fichiers des BOLST indiqués à la suite de cette ligne.

Dans le fichier BOLST.TXT il y a également autant de lignes de que modules BOLST utilisés de définition des paramètres de ces modules. Il faut respecter le format de ce fichier. En particulier on doit y trouver sur chaque ligne (illustré sur l'exemple fourni) :

Cette ligne est lue au format : (A20,1X,A36,1X,F7.3,1X,2(I2,1X),I4,1X,3(I2,1X),I2)

QPRISE_02092001.TXT : le nom du fichier sur 20 caractères maximum

(2(I2,1X),I4,1X,3(I2,1X),F10.3) : le format de lecture sur 36 caractères maximum

1.000 : un facteur de scaling supplémentaire qui se multipliera à celui éventuel des paramètres spécifiques de ce module BOLST, au format F7.3

02/09/2001 01:00:00 : un temps de référence, qui sera soustrait aux temps lus sur les lignes du fichier .TXT, au format 2(I2,1X),I4,1X,3(I2,1X)

2 : le numéro du module BOLST, puisqu'on peut en avoir plusieurs, au format I2.

Le numéro du module BOLST est celui dans l'ordre des modules de régulation défini dans les interfaces de SIC. Ils peuvent être dans l'ordre naturel 1 à n, ce qui est le plus classique ou dans un ordre quelconque si pour une raison ou pour une autre c'est plus simple ainsi. On peut également mettre le numéro 0, pour tous, dans ce cas ils seront appliqués dans l'ordre des lignes lues.

Dans le fichier BOLST.TXT on peut mettre des lignes de commentaires qui commencent par les caractères %, ! ou / en première colonne.

La version de Fluvia et/ou Sirene utilisée est libre hormis la remarque ci-dessus sur Digital ou Intel pour avoir la possibilité d'utiliser le même fichier .TXT plusieurs fois par différents modules BOLST.

Le format du fichier BOLST.TXT ainsi que des fichiers contenant les données doivent etre respectés de manière stricte, car ils seront lus ensuite par des programmes Fortran Fluvia ou Sirene.

Prochainement le format des dates et heures pourra être plus largement choisi, dans une liste de formats standards, avec par exemple les formats de Matlab :

Table 1 : Standard MATLAB Date format definitions

Number String Example
=======================================
0 'dd-mmm-yyyy HH:MM:SS' 01-Mar-2000 15:45:17
1 'dd-mmm-yyyy' 01-Mar-2000
2 'mm/dd/yy' 03/01/00
3 'mmm' Mar
4 'm' M
5 'mm' 03
6 'mm/dd' 03/01
7 'dd' 01
8 'ddd' Wed
9 'd' W
10 'yyyy' 2000
11 'yy' 00
12 'mmmyy' Mar00
13 'HH:MM:SS' 15:45:17
14 'HH:MM:SS PM' 3:45:17 PM
15 'HH:MM' 15:45
16 'HH:MM PM' 3:45 PM
17 'QQ-YY' Q1-96
18 'QQ' Q1
19 'dd/mm' 01/03
20 'dd/mm/yy' 01/03/00
21 'mmm.dd,yyyy HH:MM:SS' Mar.01,2000 15:45:17
22 'mmm.dd,yyyy' Mar.01,2000
23 'mm/dd/yyyy' 03/01/2000
24 'dd/mm/yyyy' 01/03/2000
25 'yy/mm/dd' 00/03/01
26 'yyyy/mm/dd' 2000/03/01
27 'QQ-YYYY' Q1-1996
28 'mmmyyyy' Mar2000
29 (ISO 8601) 'yyyy-mm-dd' 2000-03-01
30 (ISO 8601) 'yyyymmddTHHMMSS' 20000301T154517
31 'yyyy-mm-dd HH:MM:SS' 2000-03-01 15:45:17

Table 2 : Free-form date format symbols

Symbol Interpretation of format symbol
=======================================
yyyy full year, e.g. 1990, 2000, 2002
yy partial year, e.g. 90, 00, 02
mmmm full name of the month, according to the calendar locale, e.g.
"March", "April" in the UK and USA English locales.
mmm first three letters of the month, according to the calendar
locale, e.g. "Mar", "Apr" in the UK and USA English locales.
mm numeric month of year, padded with leading zeros, e.g. ../03/..
or ../12/..
m capitalized first letter of the month, according to the
calendar locale ; for backwards compatibility.
dddd full name of the weekday, according to the calendar locale, eg.
"Monday", "Tueday", for the UK and USA calendar locales.
ddd first three letters of the weekday, according to the calendar
locale, eg. "Mon", "Tue", for the UK and USA calendar locales.
dd numeric day of the month, padded with leading zeros, e.g.
05/../.. or 20/../..
d capitalised first letter of the weekday ; for backwards
compatibility
HH hour of the day, according to the time format. In case the time
format AM | PM is set, HH does not pad with leading zeros. In
case AM | PM is not set, display the hour of the day, padded
with leading zeros. e.g 10:20 PM, which is equivalent to 22:20 ;
9:00 AM, which is equivalent to 09:00.
MM minutes of the hour, padded with leading zeros, e.g. 10:15,
10:05, 10:05 AM.
SS second of the minute, padded with leading zeros, e.g. 10:15:30,
10:05:30, 10:05:30 AM.
FFF milliseconds field, padded with leading zeros, e.g.
10:15:30.015.
PM set the time format as time of morning or time of afternoon. AM
or PM is appended to the date string, as appropriate.

La méthode FILEX (FILe EXchange)

David Dorchies — 2015-04-07T14:58:15Z

La méthode FILEX est une méthode qui s'apparente à celle du digesteur. Elle permet d'envoyer à une application tiers les données récoltées sur le modèle (les commandes U, les variables contrôlées Y, les consignes YT et les mesures Z) et de récupérer des commandes U à appliquer sur le système et calculées par l'application tiers.

A chaque pas de temps de régulation, le module écrit, dans le dossier du projet XML, les fichiers SIC_U.txt, SIC_Y.txt, SIC_YT.txt, SIC_Z.txt comprenant respectivement, les commandes, les variables contrôlées, les consignes et les mesures. Le format d'écriture est F12.5 avec une ligne par variable.

A l'issue de l'écriture de ces 4 fichiers, le module écrit un fichier SIC_GO.txt indiquant à l'application tiers qu'elle peut lire les 4 fichiers de données. L'application tiers doit alors supprimer le fichier SIC_GO.txt, lire les fichiers de données, écraser le fichier SIC_U.txt avec les nouvelles commandes et écrire un fichier SIC_OK.txt pour indiquer à SIC qu'il peut lire le fichier SIC_U.txt.

Pendant ce temps, le module FILEX scrute la présence du fichier SIC_OK.txt, et, si ce dernier est présent, il efface le fichier SIC_OK.txt et lit le fichier SIC_U.txt. Les commandes lues dans le fichier sont ensuite utilisées telles quelles.

Ce module comprend deux paramètres spécifiques :

Le temps d'attente entre chaque boucle vérifiant la présence de SIC_OK.txt (par défaut 0.1 seconde)
Le temps d'attente maximum pour vérifier la présence de SIC_OK.txt. Si le fichier n'est pas présent au delà de ce temps, la simulation est arrêtée (par défaut 120 secondes)

Exemple de fichier SIC_Y.txt produit par le module FILEX pour 4 variables de contrôlées et lu par l'application tiers :

Exemple de fichier SIC_U.txt produit par l'application tiers pour 4 variables de contrôle et lu par le module FILEX :

La méthode AMIL

David Dorchies — 2014-09-15T09:06:49Z

Remarque : Dans les versions de SIC antérieures à 4.0 la seule manière de modéliser les vannes AMIL, AVIS et AVIO était d'utiliser un module de régulation. Dans la version 4.0 et ultérieures il y a une meilleure manière de modéliser ces vannes, puisqu'elles sont programmées comme des ouvrages frontaux au même titre que les vannes plates et les seuils. Cette modélisation est disponible pour les régimes permanent et transitoire et ces vannes sont décrites dans les éditeurs de structure en travers et de structure de prise du mode hydraulique. Nous avons cependant conservé les modules AMIL, AVIS et AVIO pour avoir la compatibilité avec les anciennes versions du logiciel. Cette ancienne modélisation présente 2 inconvénients majeurs : il faut choisir une dimension de vanne plate et un coefficient de débit qui lui confère un comportement hydraulique proche de la vanne AMIL, AVIS ou AVIO à modéliser et la vanne est bougée avec un pas de temps de retard par rapport aux conditions hydrauliques (ce qui implique l'utilisation du FILTRE ci-dessous).

Pour les vannes AMIL les variables D, d, HA et FILTRE doivent être données au format (3(F8.2,1X),F8.2) :

* D d HA FILTRE

PS= 220. .10 1.50 0.8

D est la référence constructeur parmi la liste : 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800,

d est le décrément (de l'ordre de L/50 pour AMIL, où L la largeur de la vanne, Cf. Documentation du constructeur), donné en mètres (m),

HA est la cote de l'axe de rotation de la vanne par rapport au radier (en m).

FILTRE est le coefficient du filtre d'ordre 1 utilisé pour filtrer le niveau régulé. Il doit être compris entre 0 et 1 et le filtre est d'autant plus fort que le coefficient est proche de 1. Ce filtre permet de garantir la stabilité de la vanne.

Remarque : On calcule le rayon de la vanne R à partir de D et des tables du constructeur (63, 63, 63, 63, 90, 90, 90, 125, 125, 125, 160, 160, 200, 200, 250, 250, 315, 315, 400, 400, 450),

Remarque : Dans les listes ci-dessus les valeurs de D et R sont en centimètres (cm). Dans le logiciel on converti D et R en mètres (m) à la lecture des paramètres spécifiques. C'est pour cette raison que les valeurs écrites sur le fichier .LST sont en mètres. Si le décrément d n'est pas rentré (i.e. mis à zéro) on prend 2% de D (d=0.05*D).

La routine Fortran de calcul pour la vanne AMIL est fournie ici. Vous pouvez vous inspirer de cette routine pour écrire un module de régulation CUSER si vous désirez tester une autre formule.

Attention la cote régulée Y doit être déclarée en mode "tirant d'eau".

Voici un exemple de paramètres spécifiques correspondant à un module de régulation AMIL.

* D d HA FILTRE (3(F8.2,1X),F8.2)
 PS= 220. .10 1.50 0.8

La méthode BOSCIL

David Dorchies — 2013-05-16T08:49:07Z

La méthode BOSCIL est une méthode permettant d'imposer des modifications de commandes U à partir d'un fichier binaire au format Scilab. Ces modifications sont indiquées en fonction du temps auquel elles sont désirées. Ce sont donc des modifications de type Boucle Ouverte.

Créer une matrice de commande avec Scilab

La matrice produite dans Scilab devra contenir les temps d'application de la commande en première ligne et la valeur des différents commandes U dans les lignes suivantes.

Exemple pour créer deux commandes U qui prennent respectivement les valeurs 5, 10, 5 et 4, 2, 4 à 0, 1 et 2 heures :

U=[0, 3600, 7200 ; 5, 10, 5; 4, 2, 4]

Le nom de la variable n'a pas d'importance. Celle-ci doit être enregistrée dans un fichier nommé BOSCILAB.DAT situé dans le même dossier que le fichier XML du projet à l'aide de la commande :

save("Dossier du projet XML/BOSCILAB.DAT",U)

Configuration du module BOSCIL dans SIC

Pour configurer un module BOSCIL dans SIC, il faut :

Choisir le module BOSCIL dans la fenêtre d'édition des modules de régulation
Définir un nombre de commande U correspondant à celui de la matrice créée sous Scilab
Définir les paramètres spécifiques de la méthode BOSCIL

Paramètres spécifiques du module BOSCIL

Les paramètres spécifiques sont les mêmes que ceux de la méthode BOMAT :

Facteur de mise à l'échelle (facteur multiplicatif, ou encore appelé homothétie)
Mode Rampe ou Echellon
Ecriture ou non des données de la matrice lue sur le fichier Nom_Sirene.lst

Paramètre de mise à l'échelle

C'est un coefficient multiplicateur qui sera appliqué aux valeurs présentes dans la matrice avant application de la commande.

Méthode d'interpolation

Les deux méthodes d'interpolation disponibles sont les mêmes que celles des lois fonction du temps.

Ecriture sur fichier LST

Les données lues sur la matrice BOSCILAB.DAT au format Scilab peuvent être écrites sur le fichier Nom_Sirene.lst, pour vérifier si elle est bien lue correctement.

Restriction

On ne peut avoir qu'un seul module de ce type (BOSCIL) pour une simulation.

La version de Fluvia et/ou Sirene utilisée n'est pas obligée de contenir le lien DDE Scilab. Avant la version 5.36c incluse, il fallait cependant une version compilée avec le compilateur Fortran Intel (dans les options lien DDE Matlab ou Scilab on indique entre parenthèse quel compilateur a été utilisé pour la version correspondante). A partir de la version 5.36d cette option est disponible de base pour toutes les versions de Fluvia et Sirene, compilées avec les compilateurs Fortran Intel ou Digital, avec ou sans lien DDE Matlab et/ou Scilab.

La méthode SCILAB

David Dorchies, Pierre-Olivier Malaterre — 2013-02-11T11:23:21Z

La méthode SCILAB ouvre un lien DDE avec le programme Scilab au temps initial et permet d'exécuter un script Scilab (d'extension .sce) à chaque pas de temps de régulation DTU pour ce module (qui peut être un multiple du pas de temps de calcul numérique DT).

Le fichier Scilab .sce choisi sera utilisé de la manière décrite ci-après. Le nom de ce fichier peut être indiqué dans les paramètres spécifiques de la méthode SCILAB (pid.sce dans l'exemple fourni sous dat/exemple/scilab). On peut indiquer ce nom soit avec l'extension .sce (ex. : pid.sce), soit sans cette extension (ex. : pid). Dans le cas où cette extension n'est pas présente elle sera ajoutée automatiquement. Si ce fichier est trouvé dans le sous-répertoire courant où se trouve le fichier xml du projet en cours, alors il sera celui utilisé, sans proposer à l'utilisateur d'en choisir un autre, ce qui facilite la tâche de l'utilisateur. Mais si ce fichier n'existe pas dans ce sous-répertoire courant, alors un fichier pourra être sélectionné parmi les fichiers .sce existants dans le sous répertoire des données. Si aucun nom n'est indiqué, alors un nom par défaut est généré et recherché : module2.sce, module3.sce, etc, ou de manière générique module"n".sce, où "n" est le numéro du régulateur, débutant en général à 2 (car l'indice 1 est utilisé pour les lois fonction du temps, qui sont gérées en interne également comme un régulateur le cas échéant).

Dans l'interface du calcul en régime permanent (Programme FLUVIA) ou transitoire (Programme SIRENE), les noms de ces fichiers .sce provenant du projet (fichier xml), générés automatiquement ou sélectionnés par l'utilisateur, sont indiqués.

Au temps initial (t = dt) le programme de calcul en régime transitoire (programme SIRENE de SIC) envoie dans l'environnement Scilab (espace de travail) le pas de temps de calcul dt, le pas de temps de régulation dtu, le temps final tfin et un indice "interf" indiquant si l'on est en mode avec interface ou sans interface (Cf. menu option). Cet indice peut éventuellement être utilisé pour autoriser ou non des affichages à l'écran programmés dans le fichier .sce. Il est également possible de faire la même chose avec une série de simulations en régime permanent (programme FLUVIA de SIC).

Puis, à ce pas de temps initial et à chaque pas de temps ultérieur t ≥ dt, multiple de dtu (cf. discussion sur DTU et DT), le programme SIRENE (ou FLUVIA) envoie dans l'environnement Scilab (workspace) les variables contrôlées y, les consignes correspondantes yt, les variables mesurées z, les anciennes commandes u et le temps courant t. Ces variables (ie leurs noms utilisés dans le script Scilab) sont celles décrites dans les paramètres du module de régulation, et on peut éventuellement changer ces noms. Les vecteurs sont gérés dans Scilab comme des vecteurs colonne (size(u) = [nu 1]), contrairement à Matlab où ils sont gérés comme des vecteurs ligne (size(u) = [1 nu]), puisque c'est l'option choisie par défaut dans ces différents environnements. Ces vecteurs y, yt et z sont ceux de l'instant courant t. Le vecteur u est celui calculé à l'instant courant t et qui sera donc appliqué et effectif dès l'instant de calcul suivant t+dt. Si vous voulez avoir l'historique de ces vecteurs c'est à vous de les stocker dans des variables dans l'espace mémoire de Scilab (les variables sont conservées entre 2 appels), ou éventuellement sur un fichier.

Le programme SIRENE (ou FLUVIA) exécute ensuite le fichier Scilab .sce (ex. : pid.sce) sélectionné comme indiqué ci-dessus (et ce à chaque pas de temps t=n.dtu, n=1 à nmax tel que t=nmax.dtu=tfin).

Enfin, le programme SIRENE (ou FLUVIA) récupère les variables de contrôle u dans l'espace de travail et les applique dans SIRENE (ou FLUVIA) aux ouvrages correspondants (définition classique des u dans l'interface Edisic pour le module de régulation correspondant, avec aussi les y, yt et z).

Cette méthode SCILAB permet d'écrire et de tester rapidement une méthode de régulation en profitant de tout l'environnement de développement de Scilab. Elle ne nécessite en outre aucune compilation ni édition de lien du programme SIRENE (ou FLUVIA). En plus Scilab est un programme gratuit développé sous licence libre et téléchargeable sur Internet. Par contre, l'exécution du module de régulation est plus lente (que pour un module de régulation interne (ex. : PID) ou écrit en Fortran via les modules USER1 à USER9) du fait des échanges de données entre SIRENE (ou FLUVIA) et Scilab et du fait qu'un fichier .sce est interprété par Scilab et non pas compilé en code directement exécutable. Vous pouvez comparer ces temps d'exécution, et nous fournissons le même exemple avec le PID interne, le lien DDE Matlab, le lien DDE Scilab et le module wdlang.

Exemple de fichier .sce (voir l'exemple fourni sous dat/ex_scilab) :

% fichier pid.sce correspondant à un contrôleur PID
// initialisation ----------
// Matlab et Scilab gèrent les vecteurs différemment
// Dans Matlab, par défaut un vecteur est une ligne (size(u)=1 nu)
// Dans Scilab, par défaut un vecteur est une colonne (size(u)=nu 1)
// Pour éviter la double indexation inutile, on s'adapte à cette convention
// Les scripts sous Matlab et sous Scilab sont donc légèrement différents
 
if t == dt
 [nu n1]=size(u);
 [ny n1]=size(y);
 eold=zeros(ny,1);
 se=eold;
 de=eold;
end;
 
// calcul des coefficients utiles ----------
Kp=[14.78;1.44;4.22;2.51;1.53];
Ti=[1440;1680;1200;1440;1440];
Td=zeros(nu,1);
N =zeros(nu,1);
for i=1:nu,
 if Ti(i)==0;
 Ki(i)=0;
 else
 Ki(i)=Kp(i)/Ti(i)*dt/2;
 end
 if Td(i)==0;
 Kd1(i)=0;
 Kd2(i)=0;
 else
 if N==0
 Kd1(i)=0;
 Kd2(i)=Kp(i)*Td(i)/dt;
 else
 Kd1(i)=1/(1+N(i)/Td(i)*dt);
 Kd2(i)=Kp(i)*N(i)*Kd1(i);
 end;
 end;
end;
 
// calcul du pid vectoriel ----------
e=yt-y;
se=se+Ki.*(eold+e);
de=Kd1.*de+Kd2.*(e-eold);
u=Kp.*e+se+de;
 
// sauvegarde ancien ecart ----------
eold=e;
 
// dessin de y et u ----------
if interf==1
// plot2;
end;

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Les paramètres pour la méthode SCILAB sont le nom du fichier .sce par défaut et le nom des variables dans l'espace de travail Scilab. Ces indications sont facultatives car des noms par défauts sont proposés.

En mode débug = 0 aucune vérification de syntaxe du fichier .sce n'est effectuée, en mode débug = 1 des vérifications sont effectuées et les messages éventuels sont écrits sur un fichier scilab.dbg (attention à l'effacer en fin de simulation car il est ouvert en mode "append" et les messages sont concaténés en fin de fichier s'il existe déjà, il peut donc devenir très gros), en mode débug = 2 les messages sont, en outre, affichés à l'écran. On conseille d'utiliser le mode 2 au cours de la mise au point du fichier .sce, puis de basculer en mode 0 pour faire les simulations de routine (gain en temps). [rmq : cette gestion est bien fonctionnelle dans le lien DDE Matlab, mais pas encore dans le lien DDE Scilab, le module Scilab est donc plus difficile à débugger à partir de SIC, il est bon de le tester d'abord directement dans Scilab à l'aide d'un petit script garnissant des vecteurs y, yt et z, ainsi que les variables t, dt, tfin, etc lancant le script .sce à tester et vérifiant le vecteur u calculé tant en dimension qu'en valeurs].

On peut indiquer l'emplacement du programme scilab.exe, ce qui est utile si différentes versions de Scilab sont installées sur l'ordinateur. Mais la version de Scilab désirée doit aussi et surtout être définie dans l'option correspondante du menu "Options/Options" qui gère les exe de SIRENE et FLUVIA avec la bonne version de Scilab. Il faut aussi que le PATH système contienne bien la référence au sous répertoire de Scilab (de la bonne version qu'on souhaite utiliser, par exemple : C :\Program Files\scilab-5.3.3\bin), et qu'il n'y ait pas de référence avant à un autre sous-répertoire contenant également des librairies comme lapack.dll. Sinon il y aura un conflit (par exemple avec une autre version de Scilab, ou une version de MatLab, voir ci-dessous). Les solutions peuvent alors être soit de modifier ce path, soit de renommer temporairement les sous-répertoires d'installation de ces autres programmes (il faut en général avoir les droits administrateur pour faire cela). Il faut aussi que la variable d'environnement TMPDIR soit définie (Menu Windows Démarrer, Système, Propriétés système avancé, Variables d'environnement, TMPDIR=C :\tmp par exemple).

On peut aussi indiquer si l'on veut fermer Scilab en fin de simulation (Case cochée pour fermer Scilab).

Le lien DDE SciLab est disponible à partir de la version 5.29 de SIC et est compatible avec les versions de Scilab 4.0, 5.0.2, 5.2.2 et 5.3.3. En Février 2013 la version 5.4.0 de Scilab est devenue disponible, mais les routines du lien DDE ont changé (la librairie libscilab.lib n'est plus disponible mais remplacée par call_scilab.lib). Idem pour les versions 5.5.1 et ultérieures. Ces nouvelles versions n'ont pas encore été testées, mais nous le ferons prochainement, ou sur demande urgente !

En cas de problème au lancement du lien DDE (problème pour lancer Scilab, message indiquant que des dll ne sont pas trouvées, ou que des points d'entrée de procédure ne sont pas trouvés dans des dll, ou fonction non trouvée) c'est que vous avez probablement un conflit entre diverses dll liées à MatLab et à Scilab installées sur votre ordinateur. Le problème c'est que ces programmes utilisent un certain nombre de dll dont certaines ont le même nom, comme lapack.dll en particulier. Si vous choisissez l'option "Aucun lien DDE" (en mode "Hydraulique" aller dans le menu Options / Options, Bouton "Choisir" de la rubrique "Version du lien DDE Matlab ou Scilab"), alors les programmes FLUVIA et SIRENE actifs sont ceux ne comportant pas les liens DDE avec MatLab ni Scilab. Il n'y aura donc plus de conflit mais vous ne pourrez pas utiliser ce lien DDE. Vous aurez un message dans la fenêtre d'affichage lors du calcul. Il faudra donc choisir la version de FLUVIA et SIRENE qui correspond à la version de MatLab ou Scilab que vous utilisez (installée sur votre ordinateur) en choisissant l'option "MatLab 6", "MatLab 7.1", "MatLab 7.4", "MatLab 7.5", "MatLab 2008", "MatLab 2009", "Scilab 4" ou "Scilab 5". Dans ce cas, les exe correspondants de FLUVIA et de SIRENE, ainsi que les dlluser*.dll sont copiées dans le sous-répertoire SIC/EXE et deviennent les versions actives.

La méthode DSS

David Dorchies — 2009-10-22T15:06:47Z

La méthode DSS est une méthode permettant de tester n'importe quel contrôleur de type LTI (linear time invariant) donné par les matrices de sa représentation dans l'espace d'état. Ces matrices (A, B, C et D) sont fournies dans un fichier .mat au format MatLab. Cette méthode permet donc de tester des contrôleurs de type Hinfini, H2, l1, etc.

Pour la méthode DSS on lit un paramètre au format (F8.2) :
* N
PS= 1.

N=0 pour la méthode classique sur Z (U=CX+DZ, X+=AX+BZ)
N=1 pour la méthode décalée sur Z (X+=AX+BZ, U=CX+DZ)
N=2 pour la méthode classique sur Y-YT (U=CX+D(Y-YT), X+=AX+B(Y-YT))
N=3 pour la méthode décalée sur Y-YT (X+=AX+B(Y-YT), U=CX+D(Y-YT))

Remarques :
Le nom du fichier est quelconque car il est sélectionné dans la liste des fichiers .mat
Le nom des matrices doit être A, B, C et D et doivent être dans cet ordre dans le fichier .mat

Le fichier a donc du être crée par une commande :
save Gains.mat A ;
save Gains.mat B -APPEND ;
save Gains.mat C -APPEND ;
save Gains.mat D -APPEND ;

En sortie de lecture on a :

PARA(1)=NX (nombre d'états)
PARA(2)=NU (nombre de variables de contrôle)
PARA(3)=NZ (nombre de variables mesurées)

La méthode QSCP

David Dorchies — 2009-10-22T15:06:47Z

La méthode QSCP permet de générer des perturbations aux prises de type rencontré sur des canaux d'irrigation fonctionnant à la demande (modèle mis au point à partir de données fournies par la Société du Canal de Provence).

* Les parametres indiques contournent les min et max
* Graine Qbase Qmax TMAXP IFLAGP ('PS',1X,(4(F10.0),I10))
PS=10. -0.350 -0.700 10. 1
* T01MIN T01MAX
PS=5.5 7.
* TM1MIN TM1MAX
PS=2.5 4.75
* TSMIN TSMAX
PS=1.5 4.5
* QP1MIN QP1MAX
PS=0.457 0.857
* Q02MIN Q02MAX
PS=0.267 0.508
* QP2MIN QP2MAX
PS=0.576 0.929
* T02MIN T02MAX
PS=14.25 16.75
* TM1MIN TM1MAX
PS=3.5 5.75

Exemple de routine de calcul CAMIL (Vannes Amil)

David Dorchies — 2009-10-22T15:06:47Z

Voilà le module de régulation CAMIL utilisé pour les vannes AMIL. Vous pouvez vous inspirer de ce module de régulation pour en écrire d'autres. Les équations programmées proviennent d'un document de M. Goussard ancien ingénieur de Gec-Alsthom.

SUBROUTINE CAMIL(U,Y,PARA)
	PARAMETER(NBCM=$NBCM,NBUM=$NBUM,NSING=$NTO,NBIEF=$IB)
	PARAMETER(NPOIN=$NPOIN,NSECT=$NSC)
	CHARACTER CFIC1*3
	DIMENSION Y(*),U(*),PARA(*)
C-----index of the current controller (INURE),
C-----current number of calls of the controller n (INUAP(n))
	COMMON/P1/IFIC1,INURE,INUAP(NBCM),IFIC2
	COMMON/P2/INU,IFIC3(2),FIC1(3)
	COMMON/REGU/IFIC4,CFIC1(NBUM),IFIC5(NBUM,2),NSUG(NBUM)
1 ,IFIC6(NBUM),NKSU(NBUM),FIC2(NBUM,2)
	COMMON/REG2/NUD(NBCM),IFIC7(NBCM),BFIC1(NBCM)
	COMMON/NGEO/IFIC8(NBIEF,2),IP1(NSECT),IFIC9(NSECT,2)
	COMMON/RGEO/IFIC10,FIC3(NSECT),YGEO(NPOIN),FIC4(NPOIN,3)
1 ,FIC5(NSECT,3)
	COMMON/RSIN/FIC6(NSING),ZS0(NSING),FIC7(NSING,3)
C-----Equations de Goussard
C-----Affectations
C-----PARA(1) Modele (D parmis LISTD) de vanne AMIL
	D=PARA(1)
	Dec=PARA(2)
	R=PARA(3)
	HA=PARA(4)
C-----On met un filtre d'ordre 1 : S/E = (1-a)Z-1 / 1-aZ-1 (FILTRE = a)
	FILTRE=PARA(5)
C-----ZD : hauteur du radier % cote de fond
	ZD=ZS0(NKSU(NUD(INURE)))-YGEO(IP1(NSUG(NUD(INURE))))
C-----Calcul pour cette methode
	alfmax=asin(0.45*D/R)-asin(0.2205*D/R)
	alfb=HA/R
	alfb=min(alfb,1.)
	alfb=max(alfb,-1.)
	alfb=acos(alfb)
	alfc=alfb+alfmax
	UMAX=HA-R*cos(alfc)
C-----Y(1) est en tirant d'eau (mode TYS obligatoire sur le fichier .REG)
	Z=Y(1)-HA-ZD
C-----Initialisation de Zold au premier appel
	IF(INUAP(INURE).EQ.1) PARA(10)=Z
	Z=FILTRE*PARA(10)+(1.0-FILTRE)*Z
C-----On stocke Zold filtré dans PARA(10) pour le filtre
	PARA(10)=Z
C-----Regular setting
	if (Z.LE.-Dec) then
 alfa=0
 c=0
	elseif (z.GE.0.) then
 alfa=alfmax
 c=1
	else
 alfa=alfmax-asin(-Z/Dec*sin(alfmax))
 c=(1 - (0.45*D/R)**2)**0.5 * sin(alfa)
 1 / (0.2295*D/R) + 1.9608 * (1 - cos(alfa))
	endif
C-----Calcul de la commande
	U(1)=c*UMAX
C-----Si plusieurs U (SIMO) on duplique la meme ouverture
C-----(interessant dans le cas de plusieurs vannes identiques en parallele
C en mode V par exemple)
	IF(INU.GT.1) THEN
 DO 10 I=2,INU
 U(I)=U(1)
 10 CONTINUE
	ENDIF
C-----Calcul du debit
C En réglage classique Zmax=0, en réglage alternatif Zmax=Dec
C Kj=1 + 2.2*zmax/D - 1.6*(zmax/D)**2
C Kq=1 + 2.82*zmax/D - 34.8*(zmax/D)**2 + 164*(zmax/D)**3
C x=Y(1)-z2
C if (x.LT.0) then
C Q=0.
C elseif (x.LE.(0.45*(1 - 0.7211*c**0.3)*Kj*D)) then
C Q=0.7096*c*Kq*D**2.103*x**0.397
C else
C Q=0.3113*c*Kq*Kj**0.397*D**2.5
C endif
END

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La méthode ATV

David Dorchies — 2009-10-22T15:06:47Z

La méthode ATV (Auto Tuning Variation) est une méthode simple permettant de caler automatiquement des contrôleurs de type PID sans connaissances d'automatique, par une simple expérience sur le modèle du canal, fleuve ou rivière.

La méthode s'applique par défaut sur une variable Y, avec son éventuelle consigne YT. Cette trajectoire de consigne est à utiliser avec prudence car ATV doit être appliquée en l'absence de perturbations autres que celles générées par ATV, pour bien capturer la dynamique à contrôler. Mais il peut y avoir des petits écarts au démarrage du transitoire qu'on veut justement enlever en décalant la variable Y de cet écart justement en utilisant YT. Il est aussi possible d'appliquer la méthode ATV non pas sur Y(1), mais sur une combinaison linéaire des composantes d vecteur Z. Par défaut les coefficients de la combinaison linéaire sont les mêmes (1/nombre de Z), ce qui donne la moyenne arithmétique. Mais il est possible de choisir d'autres coefficients en les écrivant, 1 par ligne, dans un fichier ATV.TXT. Cela peut être utile pour caler les coefficients PID d'un régulateur Bival par exemple.

Exemple de fichier ATV.TXT :

0.4

0.6

Dans ce cas la variable contrôlée sera 0.4*Z(1)+0.6*Z(2)

Pour la méthode ATV on lit 6 paramètres (Format de la ligne PS : (5(F8.2,1X),F8.2)) qui sont, dans l'ordre :

* R METH CYCLE UouZ MG MP

PS= 0.20 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00

$R$ est le relai (en mètres, ou en $m^3/s$ s'il y a une structure maitre-esclave). Il est positif pour des contre-réactions classiques (par exemple, le contrôle par aval) et négatif pour la configuration inverse (par exemple contrôle par l'amont).
METH est la méthode utilisée pour calculer les coefficients P, PI et PID :
1 = Astrom p. 137 Table 4.2
2 = Astrom p.141-142 (r=0.5, Phi = 20°)
3 = Astrom p.141-142 (r=0.41, Phi = 61°)
4 = Astrom p.141-142 (r=0.29, Phi = 46°)
5 = Flaus p. 72 Table 2.7
6 = Flaus p. 72 Table 2.8 léger dépassement
7 = Flaus p. 72 Table 2.8 sans dépassement
8 = Cemagref à partir des marges de gain et de phase

CYCLE est le nombre de cycles souhaités (ou validation manuelle si = 0)
UouZ est le choix permettant (si =1) d'utiliser la mesure Z plutôt que U pour calculer Ku (utile en cas de saturations ou précision limitée des actionneurs et que vous utilisez des données réelles à l'aide de la liaison SCADA). Dans ce cas, vous définissez le Z correspondant comme la mesure de l'ouverture de la vanne, et de cette façon vous obtiendrez l'ouverture réelle de la vanne appliquée à la place de la théorique théorique.
MG est la Marge de Gain souhaitée (pour l'option 8)
MP est la Marge de Phase souhaitée (pour l'option 8)

Les coefficients $K$, $T_i$ et $T_d$ du PID sont obtenus à partir de $K_u$ et $T_u$ de la méthode de l'ATV en utilisant les formules ci-dessous.
$T_u$ est la période d'oscillation des cycles. $K_u$ est calculé par $K_u=4 \frac{R}{\pi E_{max}}$. Si UouZ=0 $R$ vaut la valeur du relai souhaité et si UouZ=1 $R$ vaut la valeur du relai effectivement mesurée sur le canal ($=Z(1)$). Les valeurs des coefficients $K$, $T_i$ et $T_d$ du PID sont ensuite calculés à partir de $K_u$ et $T_u$ de la méthode ATV de la manière suivante :

Astrom p. 137, Table 4.2 :

	K	Ti	Td
P	0.5 Ku
PI	0.4 Ku	0.8 Tu
PID	0.6 Ku	0.5 Tu	0.125 Tu

Astrom p. 141-142, r=0.5, Phi=20° :

	K	Ti	Td
P	0.5 Ku
PI	0.47 Ku	0.4373 Tu
PID	0.47 Ku	0.4546 Tu	0.1136 Tu

Astrom p. 141-142, r=0.41, Phi=61° :

	K	Ti	Td
P	0.5 Ku
PI	0.1988 Ku	0.0882 Tu
PID	0.1988 Ku	1.23 Tu	0.3077 Tu

Astrom p. 141-142, r=0.29, Phi=46° :

	K	Ti	Td
P	0.5 Ku
PI	0.2015 Ku	0.1537 Tu
PID	0.2015 Ku	0.7878 Tu	0.197 Tu

Flaus p. 72, table 2.7 :

	K	Ti	Td
P	0.5 Ku
PI	0.45 Ku	0.833 Tu
PID	0.6 Ku	0.5 Tu	0.125 Tu

Flaus p. 72, table 2.8, léger dépassement :

	K	Ti	Td
P	0.5 Ku
PI	0.45 Ku	0.833 Tu
PID	0.33 Ku	0.5 Tu	0.333 Tu

Flaus p. 72, table 2.8, sans dépassement :

	K	Ti	Td
P	0.5 Ku
PI	0.45 Ku	0.833 Tu
PID	0.2 Ku	0.5 Tu	0.333 Tu

Pour la méthode "Cemagref à partir des marges" : on spécifie les performances souhaitées en terme de marge de gain et de marge de phase. Lorsque l'on rentre une valeur pour une marge de gain, l'interface propose automatiquement la marge de phase maximum que l'on peut demander. Il est possible de la diminuer mais pas de l'augmenter (ou cela conduirait à des coefficients aberrants). Nous contacter pour plus de détails ou voir nos publications scientifiques sur ce sujet.

Références bibliographiques :

Cheng-Ching Yu. Autotuning of PID controllers. A relay feeback approach. 2nd Edition. Springer, 2006.

X. Litrico and P.-O. Malaterre. Test of auto-tuned automatic downstream controllers on gignac canal. In USCID conference on SCADA, editor, USCID conference on SCADA, Denver, 2007.

X. Litrico, P.-O. Malaterre, J.-P. Baume, P.-Y. Vion, and J. Ribot-Bruno. Automatic tuning of PI controllers for an irrigation canal pool. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 133:27–37, February 2007.