Introduction à l'automatique

Automatique : aspects généraux

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Aut omat i que : as pect s génér aux 1. Objectifs. •

L’objectif de l’automatique est d’étudier le comportement du système (ce qu’il fait) en fonction de l’évolution du système (consignes, informations), de l’environnement extérieur et du temps.

Faisons un bilan des entrées et sorties sous forme de shéma :

Sorties : ordres, visualisation, mouvement, efforts, tout phénomène physique (selon le point de vue)

Système automatisé

Entrées : consignes, informations

Selon le type d’entrées et de sorties et selon la manière dont évoluent les sorties en fonction des entrées, on distingue différentes familles (ou différents points de vue) de systèmes automatisés.

2. Les différentes approches. 2.1 Les systèmes logiq ues. On désire étudier le comportement global du système automatisé, et ainsi, décrire l'ordre dans lesquels le systèmes effectue les différentes tâches (actions = sorties). Alors, toutes les chaînes d'actions et d'acquisition (sorties et entrées) sont représentées par des variables du types logiques (signal binaire) : chaque grandeur ne connaît que deux états différents, on ne tient pas compte des régimes transitoires : allumé/éteint, ouvrir/fermer, présent/absent, à l'arrêt/en mouvement… Ces états sont modélisés par des 0 / 1. On distingue : •

•

Les systèmes logiques combinatoires. Définition : pour une combinaison des variables d’entrés (pour un état du système), il n’existe qu’une et une seule combinaison des variables de sortie. La valeur binaire de chaque signal de sortie est obtenue par une fonction logique des entrées. Les opérateurs logiques utilisés dans ses fonctions sont du type OUI, NON, ET, OU etc… Les systèmes logiques séquentiels. Définition : une même combinaison des variables d’entrés peut donner plusieurs combinaisons des variables de sortie. Le résultat dépend du passé du système, il dépend des séquences précédentes.

comparaison avec les systèmes dynamiques Exemple du moteur électrique : on ne tient pas compte du régime transitoire du moteur. On considère que le "problème" a été réglé par l'étude de la commande (ci-contre). L'état du moteur peut alors être décrit par la variable M : Moteur à l'arrêt : M = 0 Moteur en marche : M = 1

L'outil de description des systèmes séquentiels s'appelle le GRAFCET. Automatique introduction.doc

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2.2 Les systèmes asse rvis.

comparaison avec les systèmes logiques

On désire étudier le comportement temporelle d'une seule chaîne d'action. On prend en compte les régimes transitoires.

Le même moteur électrique : on tient compte du régime transitoire du moteur.

Les grandeurs d’entrées et de sortie ne sont plus binaires : elles sont analogiques.

3. Introduction aux systèmes asservi. 3.1 Structure d’un sys tème asservi. Un système asservi est un système bouclé (on abuse souvent de l’expression boucle fermée). Le système asservi contrôle en permanence la réponse à la consigne afin de s’auto-corriger automatiquement. Structure d’un système non asservi : consigne

ACTION

réponse

Hors, il est impossible de prévoir la « réponse » en fonction de la « consigne », car : •

Les modèles que l’on utilise pour étudier le comportement d’un système ne sont que des modèles (approximation …) (modèles mécaniques, électriques, thermodynamiques…).

•

Si un événement extérieur vient perturber le système, le système n’aura pas « conscience » qu’il est perturbé, et ne corrigera pas, et la réponse de correspondra pas à la consigne.

Structure d’un système asservi : Chaîne d’action consigne

REFLEXION

erreur

ACTION

réponse

OBSERVATION Chaîne de retour Il existe deux types d’asservissement : •

On parle de régulation lorsque le système asservi est commandé par une grandeur physique constante et qu’il doit maintenir une sortie constante quelles que soient les perturbations qu’il subit (par exemple : une installation de chauffage).

•

On parle de système suiveur lorsque la commande (la consigne) varie dans le temps. Le système doit ajuster en permanence le signal de sortie au signal d’entrée (exemple : un radar de poursuite, une imprimante).

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Schéma bloc : un système asservi peut être modélisé par le schéma fonctionnel suivant : régulateur perturbations Consigne d’entrée

comparateur +

-

ε

écart

commande Correcteur

Actionneur

mesure

+

sortie

Système dynamique

+

Capteur

•

Le régulateur, composé d’un comparateur et d’un correcteur, est l’organe « intelligent » du système. Il contrôle la manière dont l’ordre a été exécuté et le modifie si nécessaire. A partir de la valeur ε de l’écart constaté, le correcteur élabore un signal de commande.

•

Le système dynamique évolue selon les lois physiques qui le caractérisent, afin d’apporter la valeur ajoutée à la matière d’œuvre. Cependant, il peut subir des perturbations de l’extérieur, prévisibles ou non.

•

ε (écart ou erreur) caractérise la qualité de fonctionnement du système. On cherche à obtenir l’écart le plus faible possible. Quand ε = 0, la consigne de sortie est égale à la sortie. perturbations

Remarque : Il est toujours possible de voir ce système comme une boîte noire (un système ouvert), il n’en reste pas moins asservi.

comparateur Consigne d’entrée

commande ε

Correcteur

Actionneur

écart

mesure

sortie

Système dynamique

Capteur

3.2 Concept utiles pou r l’étude des systèmes asservis. Pour mener à bien l’étude d’un système automatisé asservi, il faut s’attacher à ce que le système conjugue au mieux les qualités suivantes : Stabilité Précision Rapidité. 3.2.1 Stabilité. On dit que le système est stable si pour une entrée constante, la sortie reste constante quelles que soient les perturbations. Un critère efficient de la stabilité est le dépassement. Ce critère permet de définir la notion de stabilité relative.

sortie

entrée

Système stable – système stable sans dépassement temps sortie entrée

Système instable

temps Automatique introduction.doc

Automatique : aspects généraux 3.2.2 La précision. On appelle précision statique, l’écart entre la sortie est l’entrée lorsque le système est stabilisé.

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entrée sortie

temps On appelle précision dynamique, si la sortie suit l’entrée en tout circonstances (perturbation, évolution de la consigne). Précision dynamique très bonne

précision dynamique médiocre

entrée

entrée sortie

sortie

temps

temps

3.2.3 La rapidité. La rapidité se caractérise par le temps mis par le système pour que la sortie atteigne la valeur finale. On définit, pour caractériser la rapidité, le temps de réponse à 5% (±5%). Rapide

lent

entrée sortie

5%

t5%

temps

5%

entrée sortie

t5%

temps

3.2.4 Conclusion. L’objectif final du cours d’asservissement va être d’apprendre à déterminer ces propriétés précédentes, puis d’apprendre à les améliorer, à trouver des compromis. Mais auparavant, nous allons mettre en place un même modèle, pour tous les systèmes dynamiques, qu'ils soient mécaniques, électriques, électroniques, thermiques, fluides, électromagnétiques, électrodynamiques, etc… Automatique introduction.doc