Automatique
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Généralités
L'automatique est la science qui traite de l'analyse et de la commande des systèmes dynamiques évoluant avec le temps. En d'autre mots de l'automatisation de tâches par des machines fonctionnants sans intervention humaine.
L'état désiré du système est nommée la consigne.
Les hommes de l'art en automatique ou automatisme se nomment automaticiens.
Un exemple simple est celui du régulateur de vitesse dans une automobile qui permet de la maintenir à une vitesse constante, prédéterminée par le conducteur. Dans ce cas, la consigne est la vitesse du véhicule.
L’automatique consiste donc à commander un mécanisme en fonction d’une (ou plusieurs) consignes données par l’utilisateur ou encore un mécanisme ou un autre automatisme.
Schéma bloc
On schématise l’automatique par des schéma-bloc. Reprenons l’exemple du moteur automobile.
On le commande en choisissant le débit d’essence qui entre dans ce moteur. En réalité le taux d’air ajouté serait aussi à prendre en compte mais on va simplifier fortement l’exemple. Le débit est directement lié à la force appliquée sur le piston donc à l’accélération du véhicule. Disons qu’elles sont proportionnelles (on néglige le frottement de l’air sur le véhicule).
On veut atteindre une certaine vitesse, 90 km/h par exemple. 90 km/h est la consigne, il faut la comparer à la vitesse réelle.
La différence donne la variation de vitesse à réaliser. On en déduit l’accélération à demander au véhicule.
Connaissant le rapport entre l’accélération et le débit d’essence, on calcule le débit à fournir au moteur pour s’approcher de la vitesse de consigne. Le compteur de vitesse prend alors la nouvelle valeur de la vitesse pour réitérer l’opération. De cette manière, lorsqu’on approche de la vitesse voulue, l’accélération diminue jusqu’à s’annuler sans brutalité.
On obtient donc ce schéma.
Image manquante
Com_moteur_ess.png
Image:Com_moteur_ess.png
En réalité, à cause du frottement de l’air, il faut maintenir une certaine accélération pour lutter contre la résistance de l’air. Mais dans un cas idéal, une fois à la vitesse voulue, on n’aurait plus à accélérer.
Les différents types de systèmes automatisé
- Systèmes continus
- Systèmes linéaires
- Systèmes non-linéaires
Exemple d'automatisme industriel
La régulation industrielle est l'art de maintenir une grandeur physique, physico-chimique, ou chimique,appelée « mesure » égale à une grandeur cible appelée « consigne » quelles que soient les perturbations externes.
- Exemple : maintenir la température de sortie d'un four de raffinerie à 350°C quelque soit la charge du four ou le pouvoir calorifique du combustible. La régulation industrielle se rencontre le plus souvent dans les procédés continus ou de production par lots (chimie, pétro-chimie, sidérurgie, pharmacie, agro-alimentaire, production d'énergie etc. )
- Le schéma illustre le fonctionnement d'un dispositif destiné à mettre en place une régulation industrielle.
Regulation_principe2.jpg
Lexique
- Régulateur : un dispositif dont le but est d'agir sur le monde réel de manière à lui imposer un certain état.
- Grandeur réglée : C'est la grandeur mesurée dont on veut réguler la valeur.
- Mesure : La mesure est la grandeur physique, physico-chimique, ou chimique que doit atteindre le système à réguler. Elle s'exprime en unités physiques ( unités de pression, de niveau, de débit, de température, en unité de Ph, Rh, en unités de viscosité, densité etc. )
- Consigne : Elle s'exprime dans la même grandeur physique que la mesure. C'est la valeur « cible » que doit atteindre la mesure. Lors d'un changement de consigne, la boucle de régulation fonctionne en mode « asservissement ». Lorsque la boucle de régulation élimine les effets des perturbations, elle fonctionne en mode « régulation ».
- Organe correcteur : l'organe correcteur est le dispositif permettant de doser la grandeur réglante dans une boucle de régulation. Il peut être constitué soit d'une vanne automatique soit d'un variateur de vitesse associé à une pompe centrifuge ou à cylindrée variable soit d'un gradateur de puissance associé à des résistances chauffantes.
- Grandeur réglante : C'est la sortie du régulateur, soit la grandeur physique qui agit sur l'organe correcteur. Par exemple la puissance électrique délivrée dans des résistances chauffantes.
- Grandeur perturbatrice : Les grandeurs pertubatrices sont les grandeurs physiques qui peuvent s'opposer à l'action du régulateur mais que le régulateur ne controle pas. Il peut les mesurer directement ou indirectement pour apprécier leur action sur le système à réguler. Par exemple l'ouverture de la porte d'un four, la vitesse du vent pour le régulateur de direction d'un avion.
- Transmetteur de mesure : Un transmetteur de mesure est l'instrument qui traduit l'information d'un capteur pour la transformer en un signal transportable et utilisable par le système de régulation. Pour une température, on peut imaginer un capteur de type thermocouple dont la tension délivrée en micro-volts est transformée par un transmetteur en un signal 4-20 mA pour pouvoir être transporté sur quelques dizaines de mètres.