Il s'agit souvent de thermostats mécaniques. Ceux-ci on un hystérésis, c'est à dire qu'ils s'enclenchent par exemple à 19° et se déchenchent à 20°. C'est un avantange pour les systèmes de chauffage, ce qui évite que le bruleur ne soit enclenché et déclenché à la plus petite variation de température. L'hystérésis est parfaois appellé différentiel de température.

La régulation proportionelle et la régulation prédictive

sont décrits sur une page séparée.

Un système de régulation peut être faussé par un fonctionnement non-optimal. Dans l'exemple nous avons une consigne à maintenir (la température dans la pièce), un étage amplificateur (le chauffage) et une sortie (la température effective de la pièce):

• Le système peut entrer en saturation: passé un certain niveau, l'augmentation du signal de commande ne permet plus une augmentation du signal en sortie. Un chauffage peut produire une quantité de chaleur maximale et pas plus.
• Il peut y avoir une bande morte: une faible variation du signal de commande n'a pas d'effet en sortie. C'est par exemple le cas si le chauffage est équipé d'éléments discrets, qui sont enclenchés les uns après les autres selon la puissance demandée.
• Un hystérésis est également possible, il peut apparaitre dans les systèmes mécaniques où il y a du jeu, par exemple une vanne qui règle le débit de carburant.

Le statisme est présent quand le système n'a pas de composante "I" (intégration).

Un système a une valeur de consigne, par exemple une température de 18° ou une tension de 230V: c'est la valeur recherchée qui doit être maintenue par le système de régulation. Le système compare cette valeur à la valeur effective et modifie si nécessaire l'apport de puissance pour obtenir la valeur de consigne. Le régulateur injecte une puissance donnée dans le système, cette puissance est proportionelle à la différence entre la valeur de consigne et la valeur effective, c'est la composante P (proportionelle) d'un régulateur PID.

Prenons le cas d'un système de chauffage central dont on règle la température de l'eau pour maintenir la température dans les locaux à la valeur de consigne. Dans notre cas, nous avons une température de l'eau de 40° pour maintenir la température du local à 18°.

Supposons maintenant une vague de froid: les dépertitions sont plus importantes et la température de l'eau doit monter à 50° pour compenser les dépertitions. Or pour que le système fasse monter la température de l'eau (apport de puissance plus élevé), il faut que le système détecte une condition d'erreur. Il faut donc qu'il y ait une différence de température entre la température de consigne et la température effective (autrement le régulateur ne va pas augmenter la puissance injectée dans le système). Plus il faut froid, plus la température effective est donc basse.

Dans un système de régulation classique, l'écart de réglage ou statisme est d'environ 5%: quand la température extérieure chûte de 10°C, la température intérieure chûte de 0.5°C.

Il s'agit ici d'une régulation proportionelle classique. Dans le cas d'une régulation PID complète, l'intégration constante de l'erreur va faire augmenter la puissance, et finalement la température effective va atteindre la température de consigne (et l'erreur "I" devient nulle). Par contre quand la vague de froid est passée, la puissance fournie est alors trop importante par rapport aux pertes dans le batiment et la température se stabilise au dessus de la consigne. Ici aussi l'intégration de l'erreur va faire diminuer la puissance fournie.

La composante "D" (dérivée) permet d'éviter l'instabilité. En utilisant la dérivée de la température (dT), on va diminuer l'apport de puissance quand la température effective monte, pour éviter un overshoot (ou dépassement). Quand la température monde d'1 degré par 5 minutes, la température de consigne est réduite de 0.5°. Quand la différence de température diminue, l'apport de chaleur diminue, la montée en température diminue, et ainsi la température de consigne est ramenée à sa valeur normale. Souvent il faut un paramètrage différent pour une dérivée positive (montée en température effective) et une dérivée négative. L'utilisation de la dérivée permet une stabilisation de la température sans oscillations.

Dans mon système de chauffage central, j'utilise une correction à priori et non d'une régulation par composante "i" qui est plus lente. Quand la température extérieure descend de par exemple 10°, la température de consigne est automatiquement augmentée de 0.5°, pour compenser l'erreur de statisme avant qu'elle ne se produit.

La valeur de consigne reste dans tous les cas la même (par exemple 18°). Par contre elle est modifiée de façon transparante par le système de régulation secondaire: la boucle de régulation se comporte somme si la consigne était de 17.5° (par exemple cas de la rapide montée en température) ou de 18.5° (température extérieure plus basse à la moyenne).