Asservissement des systèmes

Systèmes automatisés

Un système est automatisé s’il exécute automatiquement des tâches, ce qui nécessite qu’il intègre un savoir-faire, que lui confie son concepteur. Il limite donc les interventions humaines, tout en maintenant, ou en augmentant, la valeur ajoutée.

 

Pourquoi automatiser ?

  • coût : pour accomplir une tâche répétitive, il peut être plus économique d’investir dans un système automatisé.
    Mais si tâche évolue, ce système peut devenir inadapté.
  • environnementpénibilité : lourdes charges; zones dangereuses; atmosphère polluée (poussières, gaz toxiques, radiations, température…)
  • reproductibilité : c’est la capacité d’un système, à effectuer plusieurs fois la même opération, et à obtenir le même résultat.
    La machine est généralement plus reproductible que l’homme.

 

Les systèmes logiques

Ils réalisent un nombre fini d’opérations dont le déroulement est prédéterminé par le concepteur, en fonctions de variables logiques ou binaires.

On distinguera deux catégories de systèmes logiques :

 

Les systèmes asservis

Ils réalisent des opérations non prédéterminées, toutes les situations n’étant pas connues d’avance (pour cause de perturbations extérieures par exemple).
Les systèmes asservis sont donc nécessairement bouclés, c’est à dire qu’une mesure de la situation est en permanence prise en compte dans le calcul de la commande.

Les variables traitées sont à variation continue : variables analogiques, mais elles sont souvent numérisées et échantillonnées dans le temps.

On distinguera deux catégories de systèmes asservis :

  • régulations : Le système asservi est commandé par une grandeur physique constante, et il doit maintenir une sortie constante, quelles que soient les perturbations subies.
    exemple : système de chauffage d’un four, maintien du niveau d’un réservoir…
  • asservissements : Les asservissements sont des systèmes destinés à faire suivre à une grandeur physique une loi généralement non fixée à l’avance. Le système doit ajuster en permanence le signal de sortie, à celui de l’entrée, quelles que soient les perturbations subies, pour que le signal de sortie soit une recopie du signal d’entrée. On l’appelle aussi système suiveur
    exemple : robots, machines outils, systèmes de pilotage automatiques…

 

Structure d’un système asservi

Un système non asservi ne comporte qu’une chaîne d’action :

Aucun contrôle n’est exercé sur l’état de sa sortie.

Cette structure est très sensible aux perturbations : apports énergétiques indésirables venant de l’extérieur du système (efforts, variation de température, …),
et nécessitent un réglage, précis et/ou fréquent .


Un système asservi est un système bouclé.

Il mesure en permanence l’état de la sortie du système dynamique : c’est la chaîne de mesure ou chaîne de retour.

 

Cette information est alors comparée à la consigne d’entrée, dans le comparateur., qui détermine l’écart.

écart = consigne d’entrée – mesure de la valeur de sortie

C’est cet écart qui est envoyé à la chaîne d’action, ou chaîne directe.

 

 

Critères d’étude des systèmes asservis

On évaluera la qualité d’un asservissement, à l’aide des trois critères suivants :

  • la précision : capacité du système à maintenir une erreur résiduelle faible, après un temps infini
  • la rapidité : capacité du système à converger rapidement vers son asymptote
  • la stabilité : capacité du système à converger vers son asymptote en un minimum d’oscillations

 

Précision

Elle est définie principalement par deux grandeurs qui sont soit calculées si le système est modélisé, soit mesurées expérimentalement : l’erreur statique \(\varepsilon_s\) et l’erreur dynamique \(\varepsilon_v\).

\(\varepsilon_s\) = erreur statique (ou erreur de position)

\(\varepsilon_v\) = erreur dynamique (ou erreur de vitesse)

 

Rapidité

La rapidité est définie par le temps de réponse du système soumis à une entrée en échelon.

En pratique, on mesure (ou on calcule) le temps que met la réponse à rester dans une zone comprise entre plus ou moins 5% de la valeur visée.

 

Stabilité

Définition : Un système est stable si, écarté de sa position d’origine, il tend à y revenir.

Système stable

Système instable

Exemples de systèmes asservis

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