Développement de simulateurs de procédés pour la commande automatique et l'optimisation : approche de conception hybride avec Modelica et Matlab/Simulink

Abstract

Cet ouvrage a trait à la modélisation, à la conception de simulateurs et au contrôle de procédés. La simulation de procédés est employée largement pour l'enseignement des notions relatives au contrôle et aussi dans l'industrie pour, par exemple, tester au préalable de nouvelles stratégies de commande. Afin d'évaluer la pertinence de proposer une approche de conception de simulateurs, cet ouvrage passe d'abord en revue les principaux logiciels commerciaux de simulation disponibles sur le marché dans les domaines du génie chimique, du génie métallurgique et du traitement des eaux. Ensuite, différentes approches de conception de simulateurs de procédés dont la description du fonctionnement est basée sur des équations différentielles et algébriques sont présentées. À cet effet, quelques méthodes d'implantation d'un système d'équations de cette nature à l'aide de l'environnement de développement causal Matlab/Simulink sont exposées. Puis, étant donné l'importance croissante de la nouvelle approche de modélisation acausale utilisant l'approche orienté-objet et orienté-équation, deux environnements (Maple/MapleSim et Dymola) comportant une passerelle vers Matlab/Simulink et supportant cette approche via le langage Modelica sont présentés. Les simulateurs réalisés au cours de ce projet sont un réservoir avec élément chauffant, un ensemble de quatre procédés simples caractérisés par des réactions chimiques à l'intérieur de réacteurs, un bioprocédé de culture de microalgues en photobioréacteur et, finalement, un procédé minéralurgique de broyage couplé à la séparation par flottation. Pour les deux derniers procédés, des exemples de stratégies de contrôle basées sur la commande algébrique en continu sont présentés afin d'illustrer l'utilisation des simulateurs dans un contexte pratique.