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CHAPITRE 3-A : AUTOMATIQUE : LES S.L.C.I.
But et motivationsHistorique
Les différents systèmes automatisésCommande en chaîne directe/Commande
asservieStructure d’un système asservi
Types de systèmes asservisPerformances 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
Historique1ère 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 automatisésLes 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 ne tient compte que de l’état de ses entrées pour évoluer
Le système tient compte de l’état de ses entrées et des états antérieurs
pour évoluer
Les différents systèmes automatisés
Exemples : régulation de la T° d’une pièce, suivi de la trajectoire d’un missile.
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).
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
SYSTEMEe(t) s(t)
Commande en chaîne directe / Commande asservie
Exemple simple : LA DOUCHE2 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 continuCommande en chaîne
directeREFLEXION
Modèle de commandeACTION SYSTEME
VALEUREFFET DEL’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 OUVERTECommande 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 importanteune chaîne de retour, ou chaîne d’information.
Les constituantsPartie 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 asserviLa précision1. 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.
erreur statiquee(t) s(t)
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.
erreur de poursuite ou
traînage
e(t)
t
s(t)
Performances d’un système asservi
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)
tSystème stable
Système instable
La stabilité
Performances d’un système asservi
La rapidité caractérise le temps mis par le système pour que la sortie atteigne sa nouvelle valeur.
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)
Système Rapide
Système Lent
t
e(t) s(t)
1,05 Valeur finale
0,95 Valeur finale
t5%
La rapidité
FIN DU CHAPITRE 3-A
