Chapitre 1 : Introduction à l ’Automatique

1. Chapitre 1 : Introduction à l ’Automatique Science et technique de l ’automatisation qui étudient les méthodes et les technologies propres à la conception et à l ’utilisation des systèmes automatiques

2. 1.1 Historique de l ’Automatique

3. Historique - Antiquité : jusqu'à 1900 • horloge à eau (Ktesibios - 300 av. J. C.) • incubateur (Drebel - 1620) • régulateur (Watt - 1789) • article de Maxwell "On governors" (1868) • système représenté sous forme d'équations différentielles linéarisées • mise en évidence des problèmes de stabilité • détermination de critères de stabilité (Routh - 1877)

4. Historique - de 1900 à 1960 • Période pré-Classique : 1900 - 1940 • régulateur PID pour le pilotage d'un bateau (Sperry - 1911) • formalisation du concept PID (Minorsky - 1922) • utilisation de la rétroaction négative dans les amplificateurs (Black, Nyquist - 1932) • Période Classique : 1935 -1960 • réglage optimum des PID (Ziegler et Nichols - 1942) • utilisation de la Transformée de Laplace (Hall -1943)

5. La clepsydre (300 avant J.C.)

6. Machine à vapeur de Watt (1789)

7. 1.2 Les systèmes automatiques

8. Pourquoi des systèmes automatiques ? • pas d'intervention de l'homme • réaliser des opérations trop complexes ou pénibles pour l'homme (ex : atterrissage d'un engin spatial sur la lune) • substituer la machine à l'homme dans des tâches trop répétitives ou dénuées d'intérêt (ex : boite de vitesse automatique)

9. Systèmes séquentiels l ’automatisation porte sur un nombre fini d ’opérations prédéterminées dans leur déroulement ex : machine à laver, ascenseur Systèmes asservis (bouclés) Régulations : l ’objectif est de maintenir une grandeur constante malgré la présence de perturbations ex : chauffage domestique Asservissements : l ’objectif est de faire suivre une loi non fixée à l ’avance à une grandeur physique ex : radar, poursuite d ’une trajectoire Les différents systèmes automatiques Automates Régulateurs

10. 1.3 Les systèmes asservis

11. L ’Homme : un système asservi • 3 étapes au fonctionnement ininterrompu : Perturbations Objectif Cerveau Muscles Système Sens Réflexion Action Observation

12. Point de départ • Pour concevoir un système asservi, il faut : • définir la variable que l ’on veut maîtriser • variable de sortie, variable à régler • qu ’il existe une autre variable sur laquelle on peut agir et qui permette de faire évoluer la variable qui nous intéresse • variable d ’entrée, variable de réglage

13. Système Entrée Sortie Cause Effet Procédé Four Température dans le four Débit de gaz Notion de système • Schéma fonctionnel • Exemple

14. Grandeur de réglage Grandeur réglée Actionneur Procédé Commande Grandeur à maîtriser Débit de gaz Vanne Four Commande électrique Température dans le four Nécessité d ’une commande • Principe • Exemple

15. Température extérieure, ... Débit de gaz Vanne Four Commande électrique Température dans le four Les perturbations • Principe • les perturbations sont des variables d ’entrée que l ’on ne maîtrise pas • elles sont représentées verticalement sur le schéma fonctionnel • Exemple

16. Commande en boucle ouverte • Principe • on connaît la relation (le modèle) qui relie la commande à la grandeur réglée, il suffit alors d ’appliquer la commande correspondant à la sortie désirée • Inconvénients • ne prend pas en compte les perturbations • quelquefois, difficulté d ’obtenir un modèle

17. Commande en boucle fermée • Principe • on observe le comportement de la sortie et on ajuste la commande en fonction de l ’objectif souhaité • Moyens complémentaires • en plus de l ’actionneur, il faut : • un capteur, pour observer la variable à maîtriser • un régulateur, pour ajuster la commande

18. Un exemple de commande en B.F. • B. F. : Boucle Fermée Température extérieure, ... Consigne Régulateur Vanne Four Capteur de température

19. + Correcteur Consigne Commande - Mesure Le régulateur • Le régulateur est composé de deux éléments : • un comparateur qui fait la différence entre la consigne et la mesure • un correcteur, qui transforme ce signal d ’erreur en une commande appropriée ; l ’art du régleur est de déterminer judicieusement ce correcteur

20. Le correcteur PID • Le correcteur PID* est le plus utilisé : • la commande u est une fonction du signal d ’erreur e, écart entre la consigne et la mesure : dans cette équation K, Ti et Td sont les 3 coefficients à régler * : P : Proportionnel I : Intégral D : Dérivé

21. Perturbations Régulateur Procédé Capteur Correcteur Actionneur + Mesurande Action Commande Consigne - Mesure Structure d ’un système asservi • Régulation : la consigne est fixe • Asservissement : la consigne varie

22. 1.4 Quelques applications

23. Les applications • Au début : systèmes mécaniques et hydrauliques • Ensuite : systèmes électriques et aéronautiques • Maintenant : tout, du système d'entrainement de disque dur au laminoir, en passant par la Hi-Fi

24. Automobile : servo-embrayage

25. Génie chimique : dépollution

26. 1.5 La supervision

27. Sidérurgie : laminoir • Plusieurs variables à maîtriser : nécessité d ’une supervision

28. La régulation : une partie d ’un tout

29. 1.6 Organisation du Cours

30. Ex : régulation de vitesse

31. Etape 1 : modélisation

32. Etape 2 : correction

33. Organisation du Cours • Outils de base • Représentation des systèmes (schémas fonct., T. L.) • Fonctions de transfert - réponses transitoires et harmoniques - diagrammes • Modélisation et identification • Réglage des correcteurs • Performances d'un système de régulation • Stratégies de régulation • Eléments de technologie

34. Le chapitre 1 est terminé !