Fonctionnement réel PID

Bonjour à tous

J'ai lu sur ce forum pas mal de discussions sur les PID mais finalement je reste avec des questions :

La température affichée sur le PID correspond réellement à quoi ? J'imagine que ce qui est important c'est la température de l'eau qui arrive sur la mouture mais que la sonde n'est pas à cet endroit ? Y a t'il des différences selon les machines ?

Le PID va permettre de moduler la puissance de la résistance selon la consigne demandée. Mais il sera plus ou moins efficace, notamment en fonction de la puissance de la résistance, du débit d'eau froide arrivant dans la chaudière, du volume d'eau déjà chaude (dilution), de la capacité de la chaudière à communiquer sa chaleur à l'eau, en j'en oublie sans doute.

Quelqu'un a t-il (elle) déjà essayé de mettre une sonde de température au niveau du filtre pour contrôler les éventuelles variations (avec ou sans PID), car finalement c'est le résultat qui compte.

Pour ceux et celles qui ont un PID l'affichage de température est-il stable ?

Merci

Graoully

PS : je sais, je n'ai pas encore fait de présentation

si on mettait la sonde dans la mouture, ça ne serait pas mieux, car si ça y est trop froid pdt le shot, le pid lancerait la chauffe dans la chaudière, pas dans le pf, et son effet se ferait ressentir après la bataille...

Quoiqu'on fasse, le pb que tu soulèves demeure car on chauffe à un endroit (dans la chaudière) et on est intéressé par la T ailleurs (dans le pf). Même dans les machines la marzocco qui prétendent avoir la même T partout (chaudière et groupe) (ce qui n'est pas vrai d'ailleurs, juste "plus vrai"), le pb subsiste.

Une rare machine, la riviera&bar je sais plus quoi, a un système de chauffe PIDé du groupe de chauffe. Ca va dans le bon sens.

En pratique, il suffit que la machine, quelque soit sa conception, ait un profil suffisamment stable dans le pf, ce qui est le cas par ex quand les groupes sont lourds et qu'il y a d'importants contacts entre l'eau du groupe et son laiton.

Le PID sert à se repérer de façon relative : je monte j'extrais plus chaud, je baisse j'extrais moins chaud. La valeur "vraie" dans le pf importe peu.

Sans mouture, oui, tout le monde met des sondes en sortie de douchette. Avec mouture, c'est trop compliqué.

PID = Primitive Intégrale Dérivée. (pour une vitesse par exemple, cela équivaut aux notions de vitesse positive ou négative, puis de quantité de vitesse accumulée, puis de la vitesse d'acceleration (ou de décéleration) de la quantité de vitesse)

C'est une mesure de la vitesse d'évolution d'un PARAMÈTRE, mais aussi de l'acceleration de son évolution, le Pid peut ensuite ajuster son fonctionnement à une consigne. souvent une température, mais pas seulement. 

Autrement dit, c'est un dispositif de régulation basée sur la mise en fonction mathématique d'une information qu'il capte et qu'il traduit pour ensuite anticiper la régulation qu'il doit exercer (et puisque la régulation est DYNAMIQUE, c'est en fonction de la vitesse de variation des PARAMÈTRES qu'il règle.)

Est-ce que ça vous semble clair ? Je ne sais pas trop comment expliquer autrement ce que j'en comprends…


Plus spécifiquement, et de la manière dont le post est tourné, les ajustements se font autour des valeurs consigne enregistrées par le PID sur la chauffe de la chaudière qu'il pilote. Ainsi, se règlent l'amplitude de régulation, la vitesse de chauffe et l'anticipation du ralentissement de la chauffe à l'approche de la valeur consigne. YaPuKa régler finement ces valeurs pour obtenir le comportement souhaité.

La température sur le PID correspond à quoi ? À la température captée par la sonde thermocouple localement ici. MAIS il existe d'autres sondes de mesure… Ici on se moque de savoir à quelle température on est, son utilité est pour la régulation (sur mon ascaso, le PID est à 107… j'espère que c'est pas la température de percolation ^^
Un affichage de la température régulée par le PID ne DOIT pas être fixe pil poil, sauf à défaut d'être assez précis pour afficher les variations… (ya un post sur ce forum sur une gaggia tunning, et on voit de belles sinusoidales autour de la température consigne à l'équilibre...)

Le régulateur PID (Proportionnel, Intégrale, Dérivée) est un système de contrôle au sens large (température, PH, vitesse, position, etc ...) qui permet d’effectuer une action qui va être proportionnelle à une erreur, l'intégrale de l'erreur et la dérivée de cette erreur. L'erreur E est définie comme la différence entre une consigne et la valeur d'un capteur, par exemple dans le cas d'une machine à café la différence entre la température voulue et celle mesurée dans la chaudière. Toujours dans ce même cas, l'action va être d'appliquer une puissance W sur la résistance de chauffe. La formulation mathématique est très simple, on a :
W = P*E+I*Intégrale(E)+D*dE/dt
Les paramètres P, I et D sont réglés une fois pour toute en fonction du process à contrôler. Et régler convenablement ces trois paramètres et justement ce qu'il y a de plus dur dans la mise en œuvre d'un PID.

En simplifiant un peu les choses on peut expliquer ces trois paramètres :
P permet une action immédiate en fonction de l'erreur, mais si I et D sont nuls, on n'atteindra jamais la consigne sauf cas très particulier, car si l'erreur est nulle (consigne atteinte) ainsi que I et D ... W est nul aussi.
On rajoute donc un paramètre I qui va permettre d'atteindre la consigne dans tous les cas, au bout d'un certain temps car quand l'erreur reste nulle, l'intégrale de l'erreur n'évolue plus. Plus I est grand plus la consigne sera atteinte rapidement, sauf que si l'on va trop vite on risque de la dépasser, de compenser rapidement et de la dépasser dans l'autre sens, etc ... et ainsi d'avoir des oscillations autour de la consigne.
On rajoute donc le paramètre D, qui bien réglé va permettre d'atteindre la consigne avec une vitesse convenable, sans avoir d'oscillations, ni trop de rebond (overshoot).

Dans une machine à café, le PID permet de régler la température dans la chaudière quand on va lancer l'extraction, et de revenir à cette température sans la dépasser et assez rapidement après l'extraction. Pendant la 30aine de secondes de l'extraction, il est bien clair que le PID ne sert pratiquement à rien, les temps caractéristiques du système à contrôler (inertie thermique, puissance de chauffe, temps de réponse des capteurs, etc ...) sont tels que le PID n'a pas vraiment de temps de compenser la chute de température due à l'arrivée d'eau froide dans la chaudière. C'est sûrement un peu mieux que sans PID, mais ça doit se jouer à quelques degrés ...
Le principal avantage à mon avis est de ne pas avoir à faire de temp-surfing et de pouvoir faire varier la température de consigne, car dans un contrôle électro-mécanique classique "tout ou rien", il va toujours y avoir une oscillation autour de la consigne, et cette consigne est fixé par le klixon.

J'essaie de comprendre. D'après ta formule, je crois qu'on peut déduire que

1) quand on a atteint la consigne, I*Intégrale(E) est égal aux fuites thermiques.
En effet, quand E=0 et le demeure (dE/dt=0), W doit juste compenser les fuites thermiques.

Donc le signe de I est strictement positif.

2) au départ (machine froide) quand on allume la machine, E est positif dans tes conventions. Et on a dE/dt=0 (la machine restait constamment froide) et Integrale(E)=0 car les bornes de l'intégrale sont le même instant initial. Donc il faut que le signe de P soit strictement positif pour que la chauffe démarre.

3) T monte alors et à l'instant où elle prend la valeur de la consigne, on a P.E=0, I.Integrale(E) qui compense les fuites thermiques mais dT/dt > 0 donc dE/dt <0. Donc T va dépasser la consigne. Pour anticiper cela, on prend D de signe (Edit:) positif, je pense.

Est-ce que c'est cela ? P>0, I>0, (Edit:) D>0 ?

Je n'avais pas vraiment réfléchi à ce cas particulier, mais oui, ton raisonnement est bon

Euuuuu..... en 3) dE/dt est négatif car l'erreur diminue jusqu'à atteindre 0. A mon avis D est > 0...

He oui, tu as raison !! La température monte mais l'erreur diminue ...

oui Nuelan.
dT/dt est >0 et donc bien sûr dE/dt<0.

Merci ! J'ai édité le post précédent pour corriger

Il existe des techniques pour optimiser les paramètres des PID, il faut pour cela en général observer la réponse du système sans régulation (en boucle ouverte) quand on applique un créneau sur la commande du système.
Bien souvent on ajuste les paramètres de façon empirique (terme savant pour dire "au jugé" ou "au pif") car en général les paramètres optimaux pour passer de 20 à 100° ne sont pas les même que pour réguler dans une plage de +/- 10° autour de 90° quand on va introduire de l'eau "fraiche" dans le cas qui nous intéresse.

Sur un PID logiciel et sur un système connu, il est possible d'appeler différents jeux de valeurs P I et D en fonction de l'écart à la consigne.
Si on est entre 0 et 70%, il edt possible de fonctionner à 100%, puis d'avoir un jeu assez agressif de valeurs pour la plage 70-85% et enfin le jeu de valeurs ajustées pour l'état stabilisé entre 85% et 100%.
Les plages indiquées sont au hasard. L'idée est de pouvoir aller plus vite sur la plage de montée depuis la machine froide.

On peut même avoir un mode vapeur, afin d'éviter un trop forte baisse de pression dans les premières secondes.

Sur les boîtiers PID tout faits pas cher, on fait avec et ça marche déjà très bien. L'idée étant de simplifier les réglages et l'utilisation de machines parfois un peu capricieuses.

Maintenant si le PID peut faciliter l'utilisation, il n'est pas le garant d'un espresso réussi...

OK merci beaucoup pour toutes ces réponses très détaillées.

Donc le PID n'est finalement pas très utile pour garantir la constance de la température d'extraction, ce qui est quand même dommage...Je viens d'avoir ma Lelit pl41 PID et donc j'ai fait des essais. On voit bien qu'en déclenchant l'extraction la température affichée baisse, et même pas mal puisque de 95 °C on passe facilement en dessous de 80 °C. Pour mieux exploiter le PID ne faut-il pas initialiser le système différemment, une sorte de TS adapté au PID ? Si on tire un peu d'eau la température baisse, puis remonte, dépasse le point de consigne et redescend. Ne peut-on pas en profiter pour déclencher l'extraction sur le front montant au passage du point de consigne ?

Finalement si je comprend bien, la simplicité d'utilisation du PID est une notion à prendre avec un peu de distance même si c'est un "outil" bien pratique.

graoully a écrit:On voit bien qu'en déclenchant l'extraction la température affichée baisse, et même pas mal puisque de 95 °C on passe facilement en dessous de 80 °C.

Tu parles probablement du cas où tu lances la pompe sans mouture. Le débit est alors très élevé. Au delà de 3ml/s, même si le PID repère la chute et relance immédiatement la chauffe, la puissance de 1000W ne suffit plus à compenser l'entrée d'eau froide dans la chaudière.
En conditions d'extraction, le débit est de moins de 2ml/s donc la stabilité est +/- assurée. Sans PID, le souci est que le thermostat ne déclenche pas la chauffe dès de le début de la chute de T dans la chaudière, il ne la repère pas, donc il y a une chute réelle en extraction qques sec plus tard (j'imagine).

Est-ce qu'on ne confond pas stabilité et température absolue ? Une température peut être stable mais à une valeur non souhaitée. L'intérêt du PID est qu'il remet la température toujours à cette valeur souhaitée. Pas de temp surfing et tout le tralala pour récupérer une machine dont la température est partie en live après plusieurs shots par exemple.

Je vais recommencer mes tests demain. Je pense que l'abaissement de température se produit avec la mouture mais je crois que je n'ai pas réussi à avoir un débit suffisamment bas, d'ailleurs le résultat n'est pas fameux

Dans mon cas c'est bien la stabilité qui est en cause, le système ne parvient pas à compenser l'arrivée de l'eau froide.

Le problème de stabilité thermique pendant l'extraction est une propriété de la machine qui dépend de sa conception.
Et dans ce domaine, il y a eu beaucoup d'essais et différentes conceptions donnant différents profils de goûts en fonction des types de cafés.
C'est pas parceque les phénomènes qui se passent pendant une extraction sont compliqués à comprendre que nous petits humains avons baissé les bras.
A force d'essais, l'espresso n'a cessé de s'améliorer.
Et avec nos petites machines, même peu stables, il est possible de faire de bonnes extractions avec de l'habitude.

Mais le PID ne va pas changer drastiquement tous les comportements de la machine.
En revanche, il va permettre de stabiliser la température de départ avant l'extraction, dans une fourchette de valeurs précise. Rendant l'apprentissage des bonnes pratiques pour les autres paramètres un peu plus facile/rapide.
Je pense à la gestion de la mouture, et toute la préparation.
Le PID est un excellent dispositif, pour ce qu'il sait faire, mais ce n'est pas magique non plus.

OK merci. Donc PID à utiliser comme un plus mais le savoir faire reste la solution.

J'ai essayé aujourd'hui avec du Malongo "goût italien" reconnu ici comme "pas si mauvais pour de l'industriel et bien pour tester". J'ai réglé le PID à 97  °C, flushé quelques secondes pour le faire réagir et lancé l'extraction sur le front montant vers 95°C. Résultat pas super, le café mets pas mal de temps à commencer à couler, pas beaucoup de crema et un débit assez faible. Je crois que je ne suis pas au point sur la quantité de mouture. Sur un autre post on m'a conseillé la méthode de l'arrasage + tassage. Je vais essayer ça comme modif, sans changer le reste...un changement à la fois. J'ai un souvenir de bons shots avec ma vieille Saeco, faut quand même que je m'améliore

il faudrait pas se perdre dans la recherche d'une amélioration des capa du PID.
Faire confiance à l'indication (no flush ni quoi que ce soit) et juste se concentrer sur ce qui est de loin l'essentiel : la finesse de la mouture.
il faut faire les choses par ordre d'importance.