Les systèmes asservis

Résumé du document

1) Généralités
2) Notions de systèmes asservis
3) Classification des systèmes asservis
4) Conclusion

Extraits

[...] Cours d'Automatique 22h de CM (2h / sem) 25h de TD (3h / sem) 18h de TP Contrôle des connaissances 1CR semaine 40 (ou 1 DS semaine 49 QCM à ma discrétion Introduction à l'Automatique Généralités Notions de système asservi Classification des systèmes asservis Conclusion 1 - Généralités Automatique : science et technique de l'automatisation, qui étudient les méthodes et les moyens technologiques utilisés pour la conception et la construction de systèmes automatiques Automatisme : dispositif technologique qui remplace l'opérateur humain dans la conduite d'une machine, d'un processus ou d'une installation industrielle Automatisation : exécution automatique de tâches industrielles, administratives ou scientifiques sans intervention humaine Première conclusion L'Automatique a pour objet de remplacer l'homme dans la plupart des tâches : 1.2 - Exemples d'automatismes chasse d'eau machine à laver ascenseur distributeur de boisson robot de soudure ou de peinture direction assistée d'automobiles climatisation suivi de trajectoire d'un avion ou d'un missile Deux grandes familles d'automatismes : Systèmes logiques 1.21 - Systèmes logiques Ne traitent que des données logiques ou vrai ou faux, etc . ) 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 (exemples : machine à laver, ascenseur, distributeur de boissons ) Structure d'un automatisme séquentiel 1.22 - Systèmes asservis La majorité des processus industriels nécessitent de contrôler un certain nombre de paramètres : température, pression, débit, niveau, pH, vitesse, etc . [...]

[...] ) Cette évolution de l'entrée fait évoluer le point de fonctionnement du processus et la sortie doit suivre le mieux possible cette évolution en dépit des perturbations On dit encore que le système fonctionne en suiveur ou en poursuite Régulation L'entrée de référence est constante ou évoluant par paliers Cette entrée est aussi appelée consigne La sortie doit rester constante quelles que soient les perturbations. Exemple : régulation de température On régule la température d'une pièce à 19°C (malgré les courants d'air) Il ne fait pas assez chaud on décide d'afficher une consigne de 20°C sur le thermostat Régulateur analogique il est réalisé avec des composants analogiques son signal de sortie évolue de manière continue dans le temps on obtient alors un système asservi linéaire continu Régulateur numérique il est réalisé à l'aide d'un système programmable (microprocesseur par exemple) son signal de sortie est alors le résultat d'un algorithme de calcul on obtient alors un système asservi linéaire échantillonné Régulateurs T.O.R. [...]

[...] Pourquoi? Tout simplement parce que des contraintes extérieures imposées par le milieu environnant viennent les perturber Exemple : systèmes thermiques, pilotes automatiques, etc - Systèmes asservis Système asservi = système qui prend en compte, durant son fonctionnement, l'évolution des paramètres qui régissent le fonctionnement du processus (paramètres intermédiaires, paramètres de sortie) pour les modifier et les maintenir conforme à une consigne ou une référence La partie commande d'un système asservi peut être analogique (circuit électronique) ou numérique (microprocesseur) Important : les opérations effectuées par un système asservi ne sont pas prédéterminées et donc leurs déroulements ne sont plus identiques dans le temps, contrairement à un système logique séquentiel 1.3 - Motivations des SA réaliser des opérations trop complexes ou délicates ne pouvant être confiées à l'homme se substituer à l'opérateur pour des tâches répétitives (électroménager, manipulateur, robot, etc . [...]

[...] ) 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 (exemples : machine à laver, ascenseur, distributeur de boissons ) Structure d'un automatisme séquentiel 1.22 - Systèmes asservis La majorité des processus industriels nécessitent de contrôler un certain nombre de paramètres : température, pression, débit, niveau, pH, vitesse, etc . Pourquoi? [...]

[...] ) accroître la précision (missile téléguidé plus précis qu'un obus) améliorer la stabilité d'un système et sa rapidité 1.4 - Bref historique de l'Automatique 250 avant J.C : clepsydre ou horloge à eau 1830 : métier à tisser à cartes perforées de Jacquard 1840 : régulateur de Watt A partir du milieu du 19ème et jusqu'à la fin de la 2ème guerre mondiale : travaux sur la théorie des asservissements commencés par Maxwell, Routh, puis continués par Nyquist et Bode A partir des années 50 : apparition des calculateurs, développement des asservissements numériques 1980 : ère des API , extension des systèmes à commander 2 Notions de systèmes asservis 2.1 - Structure d'un système asservi Pour assurer le maintien du niveau du liquide autour du repère l'opérateur réalise ou utilise plusieurs fonctions : fonction mesure : le niveau est mesuré à l'aide d'un tube transparent monté en dérivation sur le réservoir fonction transmission de l'information : l'utilisateur visualise la différence entre le repère R et le niveau dans le tube fonction réflexion : à partir de l'estimation de l'écart , l'opérateur décide alors de réagir selon le signe et l'amplitude de cet écart fonction réglage : il tourne manuellement la vanne pour régler le débit d'eau et amener ainsi le niveau de liquide juste en R et sans dépassement ; en particulier, si le débit de sortie devient important, il réagit pour s'opposer à cette perturbation Ce comportement humain peut se symboliser Traduction matérielle du comportement humain Structure bouclée comportant deux chaînes : chaîne d'action chaîne d'information Chaîne d'action Le processus est soumis à deux grandeurs : la grandeur réglante via l'actionneur qui l'amplifie les perturbations Il y répond par une grandeur qui lui est propre : c'est la grandeur asservie ou grandeur réglée Chaîne d'information Le capteur donne une image utilisable de la grandeur réglée ; la nature de cette mesure est le plus souvent électrique Il doit donner une image fidèle de la grandeur réglée Sa sensibilité impose les limites de la précision de l'asservissement Il doit être rapide afin de fournir l'information dans un minimum de temps La vitesse de réponse agira bien sûr sur la dynamique globale du système asservi Le régulateur le comparateur reçoit l'information de référence ou consigne et la grandeur mesurée dont il fait la différence appelée écart ou erreur le correcteur dont le rôle est d'éliminer cet écart, quelles que soient les perturbations, et d'amener le processus à réagir le plus rapidement, quelles que soient les variations de l'entrée de référence ou les perturbations c'est l'organe intelligent du système asservi Exemple 1 : régulation de vitesse Exemple 2 : régulation de niveau si h décroît alors um en fait de même, augmente et la vanne s'ouvre ; le niveau h remonte inversement, si h augmente alors diminue; la vanne se ferme et donc h se stabilise si Qs est nul ou bien diminue 3 - Classification des systèmes asservis 3.1 - Classification selon le type de l'entrée de référence Le principe d'un système asservi est que la sortie recopie le plus fidèlement possible l'entrée, quelques soient les éléments perturbants. Deux modes de fonctionnement selon les conditions d'utilisation : l'asservissement la régulation Asservissement L' entrée de référence évolue ou suit une grandeur physique indépendante du processus lui-même (radar de poursuite, asservissement de position, etc . [...]