l’automatique les automatismes séquentiels et les asservissements

 l’automatique

Automatism

L’automatique est généralement définie comme la science qui traite des ensembles qui se suffisent à eux-mêmes et où l’intervention humaine est limitée à l’alimentation en énergie et en matière première.
L’objectif de l’automatique est de remplacer l’homme dans la plupart des tâches (tâches répétitives,
pénibles, dangereuses, trop précises, trop rapides) qu’il réalise dans tous les domaines sans intervention humaine.

Les systèmes automatiques permettent donc :
* de réaliser des opérations trop complexes ou délicates ne pouvant être confiés à l’homme,
* de se substituer à l’opérateur pour des tâches répétitives,
* d’accroître la précision,
* d’améliorer la stabilité d’un système et sa rapidité.
De tels dispositifs se rencontrent fréquemment dans la vie courante, depuis les mécanismes
biologiques du corps humain jusqu’aux usines entièrement automatisées.
Une telle science englobe un grand nombre de disciplines et, par conséquent, un automaticien devrait
être à la fois :

 Mathématicien

Électricien

Mécanicien

Économiste

système automatique

Nous sommes entourés d’un grand nombre de systèmes automatiques, machine à laver, ascenseur,
distributeur de boisson, robot, suivi de trajectoire d’un missile.

Applications de l’automatique

Le domaine des applications de l’automatique est très vaste et varié, mais l’observation de l’industrie
contemporaine conduit à une certaine classification qui se résume en deux grandes familles selon les données que traitent ces systèmes :
* Les automatismes séquentiels
* Les asservissements
Ces deux parties de l’automatique sont nettement différentes, elles s’appuient sur des notions théoriques qui n’ont que de lointains rapports entre elles et les techniques qui permettent de les réaliser sont, aussi, très différentes.

Les automatismes séquentiels

C’est la branche de l’automatique qui organise le déroulement des différentes opérations relatives au
fonctionnement d’un ensemble complexe.
Un automatisme à séquence impose l’ordre dans lequel les opérations se déroulent, s’assure que
chaque opération est bien terminée avant d’aborder la suivante, décide de la marche à suivre en cas d’incidents.

Bien entendu, un automatisme séquentiel peut avoir à contrôler des asservissements et des
régulateurs parmi les ensembles qu’il gère.
Ce type d’automatisme est utilisé par exemple dans la mise en route et l’arrêt d’installations complexes (centrales automatiques), sur les machines outils et, en général, dans presque toutes unités de production automatisées.
Il faut noter également que toutes les séquences d’alarme et de sécurité industrielle font partie des applications de ce type d’automatisme.
Les automatismes sont des systèmes logiques qui ne traitent que des données logiques (0/1, vrai/faux,marche/arrêt,…). Ils utilisent les moyens de commutation offerts par l’électronique (circuit logique) et la mécanique (logique pneumatique). Le calcul de ces automatismes impose de connaître l’algèbre de Boole et la théorie des circuits séquentiels.
Ils sont classés en 2 branches :
* Systèmes combinatoires : les sorties du système ne dépendent que des variables d’entrées.
* Systèmes séquentiels : les sorties dépendent bien sûr de l’évolution des entrées mais aussi de
l’état précédent des sorties.
Exemple : Machine à laver, manipulateur pneumatique, ascenseur, distributeur de boissons.

Les asservissements

Un système asservi est un système qui prend en compte, durant son fonctionnement, l’évolution de ses sorties pour les modifier et les maintenir conforme à une consigne.
Cette branche de l’automatique se décompose en deux autres sous branches (séparées artificiellement
par l’usage) :
* Régulation : maintenir une variable déterminée, constante et égale à une valeur, dite de
consigne, sans intervention humaine. Exemple : Régulation de température d’une pièce.
* Systèmes asservis : faire varier une grandeur déterminée suivant une loi imposée par un
élément de comparaison. Exemple : Régulation de la vitesse d’un moteur, Suivi de trajectoire d’un
missile.
L’asservissement est essentiellement analogique et utilise la partie analogique des trois moyens de base dont on dispose : mécanique, électrotechnique et électronique. La théorie des asservissements nécessite une bonne base mathématique classique.

 Systèmes continus et invariants

* Système continu : un système est dit continu lorsque les variations des grandeurs physiques le
caractérisant sont des fonctions du type f(t), avec t une variable continue, le temps en général. On
oppose les systèmes continus aux systèmes discrets (ou échantillonnés), par exemple les
systèmes informatiques.
* Système invariant : On dit qu’un système est invariant lorsque les caractéristiques de
comportement ne se modifient pas avec le temps.

 Evolution de l’automatique

Ces dernières années, l’automatique s’est considérablement modernisée, surtout depuis l’avènement
des calculateurs numériques. Les systèmes automatiques conduits par calculateurs assurent la quasi-totalité
des tâches :
* ils collectent et traitent les informations issues des capteurs qui fournissent l’ensemble des
variables d’entrée.
* ces variables d’entrée constituent les données sur lesquelles des calculs numériques seront
effectués. Ils correspondent à la résolution numérique de systèmes d’équations qui constituent le
« modèle mathématique ».
* le résultat de ce traitement fourni en binaire est converti en variables continues et est injecté dans le processus, afin de modifier son évolution dans un sens désiré.
En plus de ces tâches qui sont classiques en automatique, le calculateur joue un rôle optimisateur.
C’est-à-dire qu’il exécute le travail à faire aux meilleures conditions économiques en minimisant les déchets, en tenant compte du carnet de commande, etc. Cet aspect, lui, est nouveau. Ce genre de problème était traité séparément. Ce procédé permet de tenir compte d’un nombre considérable de variables, donc de traiter des
problèmes jusqu’alors impossibles. En plus, il fait intervenir directement les variables économiques au niveau de chaque organe (moteur, pompe, etc …). Or, jusqu’à présent, les variables économiques n’intervenaient que globalement. Il permet donc de traiter ce problème de façon beaucoup plus rationnelle.
Les systèmes automatiques conduits par calculateurs nécessitent une bonne connaissance de la
programmation en langage machine, de fortes connaissances mathématiques (pour élaborer le modèle) et surtout une connaissance parfaite du processus à réguler, ce qui est le plus délicat. Ceci nécessite encore de bonnes connaissances en théorie de l’information, en statistique et en recherche opérationnelle.

Boucle de régulation

Notion d’asservissement

L’objectif d’un système automatisé est de remplacer l’homme dans une tâche donnée. Nous allons,
pour établir la structure d’un système automatisé, commencer par étudier le fonctionnement d’un système dans lequel l’homme est la  » partie commande « .

Exemple : conducteur au volant d’un véhicule

Le conducteur doit suivre la route. Pour cela, Il observe la route et son
environnement et évalue la distance qui sépare son véhicule du bord de la route. Il
détermine, en fonction du contexte, l’angle qu’il doit donner au volant pour suivre la route. Il
agit sur le volant (donc sur le système) ; puis de nouveau, il recommence son observation
pendant toute la durée du déplacement. Si un coup de vent dévie le véhicule, après avoir
observé et mesuré l’écart, il agit pour s’opposer à cette perturbation.
Si l’on veut qu’un asservissement remplace l’homme dans diverses tâches, il devra avoir un
comportement et des organes analogues à ceux d’un être humain. C’est-à-dire qu’il devra être capable d’apprécier, de comparer et d’agir.

Exemple : ouverture de porte pour accès à une maison.

Un autre exemple d’asservissement très simple est celui d’un homme qui veut entrer
dans une maison : à chaque instant, ses yeux « mesurent » l’écart qui existe entre sa position
et la porte. Son cerveau commande alors aux jambes d’agir, en sorte que cet écart diminue,
puis s’annule.
Les yeux jouent alors le rôle d’organes de mesure (ou de capteurs), le cerveau celui de comparateur
et les jambes celui d’organe de puissance.
Tout asservissement comportera ces trois catégories d’éléments qui remplissent les 3 grandes
fonctions nécessaires à sa bonne marche (fig. 1–1) :
* Mesure (ou observation)
* Comparaison entre le but à atteindre et la position actuelle (Réflexion)
* Action de puissance

Systèmes bouclés et non bouclés

Exemple 1 : Tir au canon

Pour mieux saisir la notion de système bouclé, prenons un exemple avec 2 cas. Dans le premier, nous considérons un système non bouclé et nous mettrons en évidence ses faiblesses. Dans le second, nous montrerons les avantages qu’apporte le bouclage.

Premier cas : tir au canon sur une cible.
On considère une cible à détruire et un canon. Pour atteindre le but que l’on s’est
proposé, on règle l’angle de tir du canon et la charge de poudre de l’obus en fonction des
coordonnées de la cible et d’autres paramètres connus à l’instant du tir. Une fois l’obus parti,
si ces paramètres extérieurs viennent à changer, par exemple si la cible se déplace, on ne
peut plus agir sur sa direction : l’obus est abandonné à lui-même.
Deuxième cas : tir au canon sur une cible avec une fusée téléguidée et un radar.
Considérons la même cible et une fusée téléguidée. Dans ce cas, même si la cible se
déplace ou un vent latéral fait dévier la fusée de sa trajectoire initiale, elle atteindra quand
même son but. En effet, à chaque instant, un radar donnera les positions respectives de la
fusée et de la cible. Il suffira de les comparer pour en déduire l’erreur de trajectoire et agir sur
les gouvernes de la fusée pour rectifier cette erreur. Dans ce cas, le système n’est plus
abandonné à lui-même car il comporte une boucle de retour qui est constituée par le radar,
qui « mesure » la position de la fusée et qui en informe l’opérateur, et par une télétransmission
qui permet de modifier la trajectoire par action sur les gouvernes.
La boucle de retour apporte donc, au prix d’une complication certaine, un gain de précision
énorme.

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