Capteur & Signaux

Ces modules regroupent les briques non thermodynamiques de la bibliothèque : un capteur qui lit une grandeur sur un port de fluide sans en modifier l’état, et un bus de signaux générique qui transporte des valeurs scalaires (données ou consignes) entre composants, en dehors des flux de fluide. Un contrôleur PID discret complète l’ensemble pour piloter un signal.

Sensor

Rôle

Capteur terminal branché sur un unique port d’entrée (Inlet). Il lit l’état du fluide et en déduit une grandeur mesurée, sans influence sur l’état thermodynamique observé (aucune sortie, il ne perturbe pas le circuit). La grandeur restituée est choisie par measurement_type ; toutes les grandeurs dérivables sont malgré tout calculées et exposées dans df.

Grandeurs mesurables

Le type de mesure measurement_type accepte l’une des clés suivantes (issues du dictionnaire MEASUREMENTS) :

  • 'Température' → temperature_degC [°C]

  • 'Pression' → pressure_bar [bar]

  • 'Débit massique' → mass_flow_kgs [kg/s]

  • 'Débit en m3/h' → volume_flow_m3h [m³/h]

  • 'Débit en Nm3/h' → normal_volume_flow_Nm3h [Nm³/h]

  • 'Enthalpie' → enthalpy_kJkg [kJ/kg]

  • 'Masse volumique' → density_kgm3 [kg/m³]

  • 'Humidité relative' → relative_humidity_percent [%]

Note

L”humidité relative n’est calculée que si le port d’entrée est un mélange gazeux humide (thermo_backend ou fluid valant 'humid_gas_mixture', avec une composition contenant H2O). Pour un fluide pur, cette mesure reste à None et la sélectionner lève une ValueError.

Le calcul dérive de l’état du port : température et masse volumique sont obtenues par ThermoPropsSI('T'/'D', 'P', P, 'H', h, fluid), les débits volumiques (m³/h et Nm³/h) à partir du débit massique et des masses volumiques aux conditions réelles et normales. Les conditions normales par défaut sont 273,15 K et 101 325 Pa.

Paramètres

Attributs définis dans __init__ (Object()) :

Attribut

Défaut

Rôle

Inlet

FluidPort()

Port d’entrée observé (fournit P, h, F).

measurement_type

'Température'

Grandeur restituée par value (clé de MEASUREMENTS).

normal_temperature_K

273.15

Température de référence des conditions normales [K].

normal_pressure_Pa

101325.0

Pression de référence des conditions normales [Pa].

Timestamp

None

Horodatage recopié dans df.

Après calculate(), les résultats sont exposés dans value (grandeur choisie), unit (unité associée) et les attributs dédiés (temperature_degC, pressure_bar, mass_flow_kgs, volume_flow_m3h, normal_volume_flow_Nm3h, enthalpy_kJkg, density_kgm3, normal_density_kgNm3, relative_humidity_percent), ainsi que dans le DataFrame df.

Exemple

from ThermodynamicCycles.Source import Source
from ThermodynamicCycles.Sensor import Sensor

# Source de fluide pour alimenter le capteur
SOURCE = Source.Object()
SOURCE.Pi_bar = 1.01325
SOURCE.Ti_degC = 25
SOURCE.fluid = "air"
SOURCE.F = 1
SOURCE.calculate()

# Capteur branché sur la sortie de la source
SENSOR = Sensor.Object()
SENSOR.Inlet = SOURCE.Outlet
SENSOR.measurement_type = "Température"

valeur = SENSOR.calculate()
print(valeur, SENSOR.unit)   # ~25.0 °C
print(SENSOR.df)

Signals

Rôle

Bus de signaux générique et purement logique (testable, sans IHM). Il permet qu’un composant émette n’importe quelle grandeur scalaire de son modèle (paramètre ou résultat) et qu’un autre la reçoive dans n’importe quel attribut, indépendamment des ports de fluide. C’est l’utilisateur qui choisit, à la connexion, quelle grandeur transporter et dans quel sens ; le nœud récepteur doit recalculer après injection de la consigne.

Le module fonctionne par introspection : aucun catalogue à maintenir, tout attribut scalaire numérique (ou None = résultat non encore calculé) devient un signal sélectionnable. Les ports et structures (df, Timestamp, Inlet, Outlet, fluid, callback) sont exclus.

Fonctions utilitaires

Fonction

Rôle

list_model_signals(model)

Retourne {nom: valeur_ou_None} de tous les attributs scalaires sélectionnables (paramètres + résultats).

read_signal(model, attr)

Lit la valeur de l’attribut attr (grandeur émise).

apply_signal(model, attr, value)

Injecte value dans l’attribut attr (consigne reçue). Le récepteur doit ensuite recalculer.

Exemple

from ThermodynamicCycles.Signals import Signals

# Lister les signaux disponibles sur un modèle
signaux = Signals.list_model_signals(SENSOR)

# Recopier la température lue par le capteur vers la consigne d'un autre nœud
lien = Signals.SignalLink(
    source=SENSOR, src_attr="temperature_degC",
    target=CIBLE, tgt_attr="Ti_degC",
)
lien.propagate(recompute=True)   # injecte puis recalcule la cible

PIDController

Rôle

Contrôleur PID discret générique agissant sur des signaux scalaires. Il compare une consigne (setpoint) à une mesure (measurement) et produit un signal de sortie output, typiquement borné [0, 1] pour piloter une ouverture. L’anti-emballement (anti-windup) sature l’intégrale et gèle son accumulation quand la sortie est saturée.

Paramètres

Attribut

Défaut

Rôle

setpoint

0.0

Consigne (même unité que la mesure).

measurement

0.0

Grandeur mesurée à réguler.

Kp

0.02

Gain proportionnel.

Ki

0.0

Gain intégral.

Kd

0.0

Gain dérivé.

dt

1.0

Pas de temps par défaut [s] (sinon déduit des Timestamp).

reverse_action

False

Inverse le sens de l’erreur (action inverse).

out_min / out_max

0.0 / 1.0

Bornes de saturation de la sortie.

i_min / i_max

-2.0 / 2.0

Bornes de saturation de l’intégrale (anti-windup).

bias

0.0

Biais additif appliqué à la sortie.

Timestamp

None

Horodatage ; l’écart entre deux appels sert de dt réel.

Après calculate(), les résultats sont exposés dans error, p_term, i_term, d_term, output et le DataFrame df. La méthode reset() réinitialise les états internes (integral, prev_error, prev_time).

Exemple

from ThermodynamicCycles.Signals import PIDController

PID = PIDController.Object()
PID.Kp = 0.05
PID.Ki = 0.01
PID.setpoint = 20.0        # consigne, ex. 20 °C
PID.measurement = 18.5     # mesure courante

commande = PID.calculate()  # signal de sortie borné [0, 1]
print(commande, PID.error)
print(PID.df)