1 introduction générale à l'automatique slideshare

Références bibliographiques:Dynamique des systèmes linéaires, Dunond, GILE, DECAULNE & PELEGRINDes notes de cours provenant d’internet La liste des références sera mise à jour au fur et à mesure que le cours avance .

Université Hassan II – Mohammedia – CasablancaFaculté des Sciences et TechniquesDépartement de Génie Electrique

F. I.: G. P. E.

CHAPITRE 1:

INTRODUCTION GENERALE A L’AUTOMATIQUE.

Pr. Elm. KHEDDIOUI

01/05/2023 Elm. KHEDDIOUI 2

INTRODUCTION GENERALE A L’AUTOMATIQUE.

Automatique linéaire analogique. Chapitre I: Introduction générale à l’automatique



L’ensemble des disciplines scientifiques et des techniques utilisées pour la conception de la commande et du contrôle des processus.

D’après le nouveau Petit Robert ,

Une science visant l’emploi d’une machine où l’intervention humaine est limitée à la préparation préalable, intellectuelle et matérielle, d’un programme incorporé à la machine qui le suivra seule, en le modifiant d’elle-même s’il y a lieu, par des décisions logiques conditionnées par les circonstances de déroulement des opérations.

D’après le trésor de la Langue Française,

PREAMBULE


La discipline automatique, « régulation automatique », est basée sur des techniques modernes de commande des systèmes. Son évolution est grâce à l’apparition de l’électronique et des microprocesseurs.

Mais vue que la théorie avance bien plus vite que son application, Alors les vieilles techniques restent encore très utilisées dans l'industrie.


L’automatique est, par ce fait, un ensemble de moyen permettant à réduire ou à supprimer l’intervention de l’Homme dans les processus de production:

Soit parce qu’elles sont trop complexes : l’atterrissage d’un engin spatial sur la lune, poursuite de missiles…..,

soit parce qu’elles sont trop pénibles et ne présentent aucun intérêt pour l’homme : montage de voitures, tri de pièces, comptage…….

Trois grandes dates à retenir:

1840: Apparition du premier régulateur de Watt pour l’industrie à vapeur. 1945: Développement de l’automatique dans l’aviation lors de la deuxième guerre mondiale.

1960 : L’arrivée de l’informatique a fortement contribué pour aboutir à un traitement rapide de l’information et la possibilité de résolution des systèmes complexes.


Définition d’un système C’est une entité, qui se trouve dans un environnement contenant d’autres systèmes (ou d’autres sous systèmes), avec lesquels, il interagit. Il se voit influencé par des grandeurs physiques qui lui sont indépendantes, appelées entrées.

Suite à cette influence, il réagit en fournissant d’autres grandeurs, elles sont dites réponses ou sorties du système.

Les sorties enregistrées, sont dépendantes du système et des entrées.

On peut, considérer le système comme une boite noire possédant des entrées et des sorties.

Souvent, une seule grandeur d’entrées et une seule grandeur de sorties sont prépondérantes; elles sont dites respectivement entrée et sortie principale du système.


Système physiqueEntrée = e(t) Sortie = s(t)

Représentation graphique d’un système


Ainsi, un système automatique, doit donc, s’inspirer dans son travail de l’homme, et par conséquent, les trois phases essentielles, lors de l’exécution d’une procédure, sont respectées:

Un retour vers la «phase 1»

L’observation«Phase 1»

La réflexion«Phase 2»

L’action«Phase 3»

Par exemple: Le chauffeur agit de façon à atteindre (ou s’approcher à) la vitesse souhaitée, tout en procédant de la façon suivante:

Retour vers l’observation

L’observationde la vitesse actuelle

La comparaisonavec la vitesse

souhaitée

L’actionSur l’accélérateur

En fait, c’est ce retour vers la phase initiale, qui constitue l’une des notions les plus fondamentales de l’automatique: le système est bouclé. En anglais: Feedback (nourrir en retour).



CA R FourCT QCU ou I

Perturbation: Ouverture de la porte

ϴ

COMMANDE DE TEMPERATURE D’ UN FOUR.

PRESEN

TATION

DU

SYSTEM

E STREC

TUR

E DE LA

CO

MM

AN

DE

Pièce à

chauffer

Résistance chauffante: R

Commande de

température: CT

Source d’énergie

Carte Alim.

CA



Sortie = la température Système de réglage

Action de commande: Intensité du courant électriqueOrdre = 100°C

Perturbation = ouverture de la porte du four

Four

Structure d’un système fonctionnant en boucle ouverte.

On identifie les quatre paramètres d’un système fonctionnant en boucle ouverte:

La Consigne (le but recherché): fixer la température à 100 °C. L’action de commande qui est susceptible de changer l’état du système.

Les perturbations qui peuvent être à caractère aléatoire et n’ont pas été prévisibles.

La sortie qui est la variable à contrôler ou à commander



Sortie = la température Système de réglage

Action de commande:Intensité du courant électrique

Ordre = 100°C


Four

Un problème majeure d’un système fonctionnant en boucle ouverte.

Chaîne de retour :Capteur de température

Ordre = 100°C Système de réglage

Action de commande: Intensité du courant électrique Sortie = la température

Four


La solution consiste à boucler le système.


http://images.google.fr/imgres?imgurl=http://blogs.onisep.fr/concours/concours_blogs/prix/conco_a45043/images/technicienreseau.jpg&imgrefurl=http://blogs.onisep.fr/concours/concours_blogs/prix/conco_a45043/index6376.html%3FExploitation-production&usg=__gn45hKkRam0i8tBKzwi-pkEaywo=&h=743&w=400&sz=42&hl=fr&start=4&tbnid=_catjerOBoW9AM:&tbnh=141&tbnw=76&prev=/images%3Fq%3Dtechnicien%26gbv%3D2%26hl%3Dfr




Réflexion

Le système:

FourAction:

Retour d’information:

SortieConsigne

Structure d’un système fonctionnant en boucle fermée.

Capteur

Chaîne de mesure = Chaîne de retour

Perturbation

Régulateur ProcessusSortie

Chaîne de puissance = Chaîne directe

Ecart = Erreur

Consigne

Comparateur

Perturbation:



Exemple : Commande de température d’un four.

Consigne de

température

Résistance chauffante

Pièce à chauffer

Source d’énergie

Carte de commande

Carte d’alimentation Thermomètre

Ouverture de la porte

Résistance chauffante

Tension

Courant

Carte d’alimentation Four

Quantité

de chaleur

Mesure de températureThermomètre

Consigne

de température

Carte de commande



Moteur

Consigne

Mesure de la hauteur

-20 V

+ 20 V

Masse

ComparateurUtilisation

Consigne

de hauteur

Carte de commande

MoteurElectrovanne

Hauteur

De l’eau

Cuve

Mesure de la hauteur

Capteur: hauteur/ tension électrique

RéducteurDébit utilisation

RéducteurAmplificateur

Amplificateur

Exemple: Régulation du niveau d’une colonne d’eau .Automatique linéaire analogique. Chapitre I: Introduction générale à l’automatique


Par la mesure du temps de propagation dune onde.

h

h

Par la mesure de la pression.

Par la mesure d’une résistance électrique.

Quelques capteurs de niveau.



Source d’énergie

Carte d’alimentation

Consigne de

températureCarte de

commande

MoteurPosition

longitudinale xRéducteur

Capteur de vitesse angulaire Capteur de position x

Consigne de position Réducteur

ωsU θIntégrateur

Adaptateur

Vis / EcrouX

Couple résistant

Moteurωe

Carte de commande Capteur de position angulaireMesure

de la position

Carte de commande TachymètreMesure de la

vitesse

Asservissement de position longitudinale en boucles fermées multiples.



βib

ic

vce

vbe

vce

ib ic

vbe βib

ibvbe=ve h-11 icβvs

Rcvs

ic

Rcβib

vbe

Transistor bipolaire en amplification et en boucle ouverte: émetteur commun.

Schéma équivalent simplifié en petit signaux et basses fréquences.

Structure fonctionnelle du montage.



ic

Rc

βib

vs

ve

vsRc

icβ

ibvbe

h-11ve

Re

Transistor bipolaire en amplification et en boucle fermée: émetteur commun.

Re

Structure fonctionnelle du montage.

ie

icve ib

vsvbe h-11 β Rc

Re

1

Ou encore,



D’une manière générale on peut dire que le bouclage est nécessaire dans deux cas:

La précision et / ou la puissance misent en jeu sont de tailles. A titre d’exemple; pour enfiler un fil dans le chas d’une aiguille, la précision est fortement recommandée.

Des perturbations non prévues au départ interviennent en cours d’une opération changeant l’état du système.


MAIS S’AGIT- T- IL DE LA REGULATION, OU DE L’ASSERVISSEMENT?


Systèmes «programmés» où, l’automatisation concerne un nombre fini de tâches prédéterminées à l’avance: machines à laver, ascenseur, ……

Systèmes asservis, où tous les cas possibles n’ont pas été prévisibles à l’avance. Dans ce type de système on distingue deux sous types:

Les systèmes qui sont destinés à maintenir une ou plusieurs grandeurs physiques à des valeurs fixes et constantes. Il s’agit d’une régulation.

Les systèmes destinés à faire suivre une loi, généralement non connue à l’avance, à une ou plusieurs grandeurs physiques. Dans ce cas, le système à pour mission d’assurer une recopie la plus fidèle possible, et ce quelque soit les lois de variation de la grandeurs d’entrées. Il s’agit ici d’un asservissement.


Deux grands types de systèmes à distinguer:

Pour le deuxième type de système, on différencie entre:


QUELQUES DEFINITIONS

Les systèmes statiques:La grandeur physique de sortie ne dépend que de l’entrée. Dans la réalité, très peu de

systèmes sont statiques, seulement on fait des hypothèses qui doivent être justifiées.

Les systèmes dynamiques: La grandeur physique de sortie dépend de l’entrée et du temps.

Les systèmes continus:Les grandeurs physiques, qui régissent ces systèmes sont continues au sens mathématiques du terme. Elles évoluent continuellement dans le temps.



La stabilité d’un système:

Un système est stable, si écarté de sa position initiale «stable» par une cause extérieure, il revient vers cette position lorsque la cause disparaît ou il prend une autre position «stable». Autrement dit, le système est considéré stable si et seulement si la sortie est bornée lorsque l’entrée l’est aussi..

0 10 20 30 40 50 600

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

(sec)

S(t)L’évolution d’un système stable, suite à l’application d’un échelon à son entrée:

L’entrée



L’évolution d’un système instable, suite à l’application d’une impulsion à son entrée:

S(t)

temps

L’instabilité d’un système:

Si on écarte le système de sa position initiale, et qu’ensuite on le laisse libre, il s’en écarte d’avantage et ne revient jamais à sa position d’équilibre initiale : il diverge.

L’entrée



La limite de la stabilité:

Entre les deux cas extrêmes, réside la limite de la stabilité. C'est-à-dire que le système rentre en oscillation entretenue.

L’évolution d’un système à la limite de la stabilité, suite à l’application d’une échelon à son entrée:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2S(t)

temps

L’entrée



Automatique linéaire analogique. Introduction générale à l’automatique

La rapidité d’un système et son temps de réponse.

Elle est caractérisé par le temps que met le système pour réagir devant une variation de la commande. Ce temps est celui au bout duquel la grandeur de sortie ne s’écarte plus de sa valeur finale plus ou moins 5% de cette même valeur : il s’agit du temps de réponse.

Mesure du temps de réponse.

0 10 20 30 40 50 600

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

(sec)

S(t)

Valeur finale.

105 % de la valeur finale.

95 % de la valeur finale.Temps de réponse


Le «temps de monté» d’un système :

C’est le temps au bout duquel le signal de sortie passe de 10% à 90% de sa valeur finale.

0 1 2 3 4 5 6 7 80

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

temps (sec)

s(t)

Valeur finale.

90 % de la valeur finale.

10 % de la valeur finale. Temps de monté

Mesure du temps de réponse.



Le régime permanent ou forcé:

Il est communément lié à la phase durant laquelle le système n’évolue plus. Il se décrit par la solution de l’équation différentielle avec second membre, qui lie l’entrée du système à sa

sortie.

Le régime transitoire:

Il caractérise la phase durant laquelle le système ne cesse d’évoluer. Cette évolution se décrit par la solution de l’équation différentielle sans second membre, qui lie l’entrée du système à sa

sortie.

La précision d’un système:

Elle est estimée par l’écart entre l’entrée (la valeur de la grandeur voulue) et la sortie ou la réponse (la valeur réelle) du système. Cette écart est dit aussi erreur. On en distingue deux

types :



L’erreur statique ou permanente:Elle caractérise l’écart entre l’entrée du système et sa sortie en régime permanent.

On parle d’une erreur de position lorsqu’on étudie la réponse indicielle.

0 10 20 30 40 50 600

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

temps (sec)

s(t)

L’entrée

L’erreur de position

Valeur finale.



On parle d’une erreur de traînage lorsqu’on commande le système par un rampe:

L’entrée

L’erreur de traînage

La sortie



Son père était propriétaire de bateau et entrepreneur, alors que sa mère venait d'une famille distinguée et était instruite. Tous les deux étaient des presbytériens et des Covenantaires forts. James Watt est allé à l'école de manière irrégulière et était préférentiellement instruit dans la demeure de ses parents par le soin de sa mère. Il a montré la grande dextérité manuelle, une aptitude pour des mathématiques, les langues grecques et latines lui déplaisant. En 1788, il Adapte le régulateur à boules pour utilisation sur la machine à vapeur. James Watt améliora plus tard la première machine à vapeur de son professeur Joseph BLACK.

James Watt

Né le 19 janvier 1736 à Greenock, petite ville d'Ecosse

mort le 19 août 1819 à Heathfield près de Birmingham

Le connaissez vous ???


FIN…

Références bibliographiques:Des notes de cours qu’on trouve sur internet ou ailleurs.

Université Hassan II – Mohammedia – CasablancaFaculté des Sciences et TechniquesDépartement de Génie Electrique

F. I.: G. P. E. Elm. KHEDDIOUI

Engineering

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