Chapitre 3-a : AUTOMATIQUE : LES S.L.C.I. But et motivations Historique Les différents systèmes automatisés Commande en chaîne directe/Commande asservie Structure d’un système asservi Types de systèmes asservis Performances d’un système asservi

But et motivations …Définition On adopte généralement la définition suivante pour définir l’automatique : L'automatique est la discipline qui étudie les systèmes dynamiques, les signaux et l'information à des fins de conduite, de régulation et de prise de décision. Automatiser un système c'est lui conférer une certaine autonomie est donc réduire l'intervention humaine tout en maintenant, et éventuellement en augmentant, la valeur ajoutée. L'automatique est la discipline qui s'intéresse principalement à la conduite (pilotage) des systèmes automatisés afin qu'ils réalisent la fonction pour laquelle ils ont été conçus.

But et motivations…Pourquoi automatiser? la précision, nécessairement limitée dans le cas de l’intervention humaine sur une production en série. Exemple : machine d’usinage à commande numérique le caractère pénible, voire impossible, de tâches à effectuer dans certains environnements. Exemple : engin spatial , opération de maintenance dans le cœur d’une centrale nucléaire la complexité : à partir d’une certaine échelle (grand nombre de paramètres) la commande manuelle permanente n’est plus envisageable. Exemple : pilote automatique d’avion la répétitivité de tâches dénuées d’intérêt. Exemple : lave linge la recherche d’une diminution des coûts par l’augmentation des rendements. En particulier la robotisation permet de diminuer notablement la part relative de la main d’œuvre dans le prix de revient. la recherche de performances élevées... Exemple :ESP (aide à la conduite) ; gestion d’un moteur thermique

Historique 1ère époque : l’antiquité au milieu du 19ème siècle. Les systèmes sont construits de manière intuitive. l’horloge automatique à eau de KTESYBIOS la Clepsydre le régulateur à boules de WATT

2nde époque : théorie du bouclage (fin du 19ème) et les applications de l’algèbre de BOOLE. Puis l’approche fréquentielle de NYQUIST, BODE, BLACK... vers 1945. 3ème époque (depuis 1950) : utilisation des calculateurs numériques pour l’étude et la commande des systèmes complexes et multi variables : développement des méthodes d’étude des systèmes non linéaires et des systèmes échantillonaires.

Les différents systèmes automatisés Les systèmes logiques : (combinatoires ou séquentiels). Les systèmes logiques sont des systèmes qui ne traitent que des données logiques (0/1, vrai/faux, marche/arrêt...). Ces signaux ont une variation discontinue au cours du temps. Exemples : Le système tient compte de l’état de ses entrées et des états antérieurs pour évoluer Le système ne tient compte que de l’état de ses entrées pour évoluer

Les différents systèmes automatisés Les systèmes continus : Un système continu est un système qui traite des informations ayant une variation continue dans le temps. On distingue pour les systèmes continus deux types de structure de commande : Les systèmes de commande en CHAINE DIRECTE (encore appelés BOUCLE OUVERTE). Les systèmes de commande ASSERVIE (encore appelés BOUCLE FERMEE). Exemples : régulation de la T° d’une pièce, suivi de la trajectoire d’un missile.

L'objet de ce cours est de présenter les outils adaptés à l'analyse des systèmes automatisés continus. Le schéma ci-dessous constitue la modélisation élémentaire d'un système automatisé continu. Le système est représenté par un bloc (d'où le terme de schéma bloc employé par la suite) qui relie deux signaux e(t) et s(t) qui sont des représentations mathématiques de grandeurs physiques variables en fonction du temps. L'essentiel du cours d'automatique cherche à caractériser la façon dont le système transforme le signal e(t). SYSTEME e(t) s(t)

Commande en chaîne directe / Commande asservie Exemple simple : LA DOUCHE 2 méthodes pour prendre la douche à bonne température 1. Réglage des robinets à une position prédéfinie T°C approximative Fortement dépendante des paramètres extérieurs commande en boucle ouverte 2. Réglage des robinets en contrôlant T°C avec la main Correction de la position des robinets en fonction de T°C. Différence entre T°C souhaitée et T°C obtenue = erreur Asservissement : minimisation de l’erreur nécessite un capteur (la main) Comparaison entre consigne et sortie: commande en boucle fermée Intérêts de la boucle fermée : Précision accrue (moins d’erreur); Réduction des effets dus aux perturbations; Augmentation de la rapidité du système; Mais tendance à l’instabilité, à l’oscillation.

BO – BF ….

Structure d’un système continu Commande en chaîne directe REFLEXION Modèle de commande ACTION SYSTEME VALEUR EFFET DE L’ACTION Perturbation La sortie est observée mais n’influence pas le fonctionnement du système (les perturbations éventuelles ne sont pas prises en compte). On a un système en BOUCLE OUVERTE Commande asservie La sortie est observée et utilisée comme information d’entrée (les perturbations éventuelles sont prises en compte). On a un système en BOUCLE FERMEE

Un tel système nous montre la structure des systèmes asservis qui possède deux chaînes : une chaîne directe, ou chaîne d’action, qui met en jeu une puissance importante une chaîne de retour, ou chaîne d’information.

Les constituants Partie commande ou régulateur : Le régulateur se compose d’un comparateur qui détermine l’écart entre la consigne et la mesure et d’un correcteur qui élabore, à partir du signal d’erreur , l’ordre de commande.   Actionneur : C’est l’organe qui apporte l’énergie au système pour produire l’effet souhaité. Il est en général associé à un pré-actionneur qui permet d’adapter l’ordre (basse puissance) et l’énergie. Capteur : Le capteur prélève sur le système la grandeur réglée (information physique) et la transforme en un signal compréhensible par le régulateur. La précision et la rapidité sont deux caractéristiques importantes du capteur.

Type de systèmes asservis Régulation : Lorsque l'objectif d'un système est de maintenir la grandeur de sortie à une valeur constante, on parle de problème de régulation. Exemple : Régulation de la température d’une pièce Poursuite : Lorsque l'objectif est de faire suivre à la grandeur de sortie une consigne variant dans le temps, on parle alors de problème de poursuite (ou de système suiveur). Exemple : suivi de trajectoire d’un missile

Performances d’un système asservi La précision 1. Précision statique :  la consigne est constante On définira la précision statique comme la différence entre la sortie demandée et la sortie obtenue en régime permanent. e(t) s(t) erreur statique 2. Précision dynamique :  la consigne est variable La précision dynamique caractérise l’erreur avec laquelle la sortie suit la consigne d’entrée imposée au système. L’erreur peut être constante, nulle ou tendre vers l’infini. e(t) t s(t) erreur de poursuite ou traînage

Performances d’un système asservi La stabilité On dit qu’un système est stable si pour une entrée bornée, la sortie reste bornée quelles que soient les perturbations. e(t) t e(t) t Système stable Système instable

Performances d’un système asservi La rapidité t e(t) La rapidité caractérise le temps mis par le système pour que la sortie atteigne sa nouvelle valeur. Système Rapide Système Lent On définit, pour caractériser la rapidité, le temps de réponse à 5% (t5%), c’est le temps mis par le système pour atteindre sa valeur finale à  5%. t e(t) s(t) 1,05 Valeur finale 0,95 Valeur finale t5%

FIN DU CHAPITRE 3-A