Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Prof. B. Ould Bouamama Polytech’Lille « Automatique continue et numérique » Pro

Prof. B. Ould Bouamama Polytech’Lille « Automatique continue et numérique » Professeur Belkacem OULD BOUAMAMA Recherche : Responsable de l’équipe de recherche MOCIS Laboratoire d'Automatique, Génie Informatique et Signal de Lille (LAGIS ‐UMR CNRS 8219) Enseignement: Professeur et Directeur de la recherche à Poltech’ lille Coordonnées Polytech Lille . Avenue Paul Langevin, F59655 Villeneuve d'Ascq cedex Tél : (00) 328767397, GSM (00)667123020 Mèl : Belkacem.ouldbouamama@polytech‐lille.fr, Page personnelle : https://wikis.univ‐lille1.fr/ci2s/membres/belkacem‐ould‐bouamama 1 AUTOMATIQUE. Continue et discréte Ce cours et bien d’autres sont disponibles à https://wikis.univ-lille1.fr/ci2s/membres/belkacem-ould-bouamama Prof. B. Ould Bouamama Polytech’Lille « Automatique continue et numérique » Partie 1 Automatique linéaire continue 2 Chap.1/ 3 AVANT PROPOS (1/2) Ce support de cours a pour but principal, sans être simpliste, de présenter avec une approche très pratique des fondements de l’automatique linéaire que nous appellerons souvent la régulation automatique. Chaque outil mathématique utilisé, est étayé par des exemples industriels concrets. Pour rendre le cours attrayant, ce polycopié est simplifié, pour plus de détail sur le contenu le lecteur pourra se référer au cyber-cours introduit par l’auteur sur le réseau internet : http://www.univ-lille1.fr/eudil/belk/sc00a.htm La régulation automatique, actuellement rebaptisée «automatique» est noyée dans les techniques modernes de commande (robotique, productique,cybernétique). Ceci est principalement dû à l’apparition initialement de l’électronique, puis vers les années 60 du microprocesseur et donc de l’informatique. Mais il est utile de souligner que les vieilles techniques de la régulation classique restent encore très utilisées dans des industries aussi complexes que le nucléaire par exemple, et elles ont encore de beaux jours devant elles car, la théorie en automatique avance bien plus vite que son application et ça, parce que les moyens informatiques sont plus «performants» que la connaissance du système à traiter, c’est à dire le modèle mathématique, nécessaire pour la réalisation de la commande dite moderne. C’est pourquoi, il nous a semblé utile de réserver dans ce présent support une large place à la modélisation. Dans le premier chapitre, nous présenterons les principes de la commande automatique avec des exemples de systèmes asservis et de régulation divers (de la poursuite d’une cible, régulation d’un four à la commande optimale d’une unité de traitement de gaz en vue de minimiser le taux de pollution). La symbolisation normalisée des boucles de régulation dans l’industrie sera aussi présentée afin de permettre à l’étudiant de lire les schémas de régulation présentés dans l’industrie comme on lit un dessin de mécanique. Avant de commander nous devons bien connaître le système, c’est pourquoi, dans le deuxième chapitre nous développerons un aspect important de l’ingénieur qui est la modélisation et exposerons l’approche analogie des systèmes physiques de type bond-graph « effort-flux». La méthodologie de la modélisation dynamique comportementale , par la mise en équation des systèmes physiques de nature différente sera appliquée sur des systèmes divers : mécanique, électrique, chimique. L’outil classique, mais inévitable en régulation - la transformée de Laplace avec surtout ses applications pour la résolution des équations différentielles par la méthode des résidus, sera traité. On introduira enfin les notions et le sens physique de la fonction de transfert. Chap.1/ 4 AVANT PROPOS (2/2) L’outil mathématique de l’analyse des systèmes traités dans le chapitre précédent servira dans le troisième chapitre à l’analyse des systèmes linéaires types. On insistera surtout sur l’analyse temporelle des systèmes (analyse indicielle et impulsionnelle). L ’analyse fréquentielle, qui est plutôt un approche d ’électroniciens, n ’a pas un grand sen physique et pratique dans les processus énergétiques. En effet les perturbations de débit, température ou de pression varient en pratique plus sous forme d ’un échelon ou d ’une rampe que d ’une sinusoïde. Les systèmes linéaires types les plus importants (premier et deuxième ordre, avec retard pur...) seront traités par des exemples physiques variés (thermique, chimique, mécanique et électrique), des analogies seront à chaque fois soulignées.. Le quatrième chapitre propose la théorie de la stabilité des systèmes ave un approhe géométrique et algébrique. Le dilemme stabilité- précision sera traité sur la base d’un exemple concret de la régulation de la pression dans un réacteur. L’approche perturbation (qui est souvent omise par les étudiants) sera privilégiée car, en régulation, la consigne reste en général constante. Le calcul des erreurs en poursuite et en régulation sera exposé. Concernant la stabilité, une approche académique sera abordée avec une plus grande insistance sur le critère du revers et le sens pratique des marges de stabilité Le chapitre 5 sera consacré à la technologie et le réglage des régulateurs industriels. La constitution des régulateurs, la vérification, le rôle et le domaine d’utilisation des différentes action (P I et D) ainsi que «tout ou rien» seront discutés pratiquement. Un projet d’analyse et de synthèse de la régulation d’un four tubulaire sera traité au sixième chapitre. Pour la synthèse, on mettra en évidence l’influence des actions P, I et D et de «tout ou rien» sur les performances du système, ainsi que celle du retard sur la stabilité. les limites de la régulation PID seront aussi mises en évidence, ce qui nous amènera à discuter sur les notions de la régulation avancée. Cette partie sera évidemment illustrée par un ensemble de travaux dirigés (TD) et pratiques (TP) portant sur la régulation de processus industriels.e La deuxième partie sera consacrée à l’introduction à la commande numérique. Malgré tout le soin apporté à la rédaction, l’auteur est conscient des imperfections qui peuvent encore subsister dans ce polycopié. Aussi, l’auteur est reconnaissant par avance des remarques que pourront lui adresser les lecteurs et les étudiants pour la perfection de ce support de cours. Chap.1/ 5 OBJECTIFS DU COURS Présentation des principes de l’automatique continue (asservissement et régulation) Maîtriser les outils mathématiques pour :  l’analyse des systèmes physiques(modélisation, analogie des systèmes physiques) et des systèmes de commande (fonction de transfert, transformée de Laplace , analyse temporelle etc.) Prendre connaissance des pratiques de la régulation industrielle sur des exemples concrets Technologie et réglage des régulateurs Choix et actions des régulateurs etc.. Méthodologie de la réalisation d’un projet d’un système de régulation cahier de charge, identification et synthèse du système de régulation montrer les limites de la régulation classique Introduction à la régulation avancée. Chap.1/ 6 AUTOMATIQUE ? Automatique ? Science traitant de : La modélisation Analyse Commande Supervision des systèmes dynamiques continus et discrets Actuellement automatique discipline transverse Applications : Aéronautique, Automobile, Spatial, Procédés, Économie Sciences de la terre…. Chap.1/ 7 Chap. 1. INTRODUCTION 1.1 Historique et la régulation automatique aujourd’hui Automatisation : Ensemble des procédés visant à réduire ou à supprimer l’intervention humaine dans les processus de production La régulation automatique aujourd’hui : La régulation automatique, actuellement rebaptisée «automatique» est noyée dans dans les techniques modernes de commande- robotique, productique etc.., en raison surtout de l’apparition de l’électronique, puis vers les années 60 du microprocesseurs et donc de l’informatique. Mais il est utile de souligner que les vieilles techniques de régulation classiques restent encore très utilisées dans l'industrie et elles ont encore de beaux jours devant elles car, la théorie en automatique avance bien plus vite que l'application et ça, parce que les moyens informatiques sont plus «performants» que la connaissance du système à traiter c’est à dire le modèle. Il est aussi intéressant de noter qu’aujourd’hui, les mécaniciens souhaitent parrainer l’automatique car la robotique c’est l’automatique disent-ils et les informaticiens ont les mêmes ambitions car l’informatique industrielle est leur apanage. Et l’automatique dans tout ça ? Mais cette question, d’actualité d’ailleurs, est sans doute la conséquence des transformations des sciences de l’ingénieur subies grâce (ou a cause) de l’informatique. Historique : 1840 : Régulateur de Watt (Besoins de l’industrie à vapeur) 1945 : Deuxième guerre mondiale 1960 : Apparition de l’informatique (cosmos, traitement rapide de l’information, possibilité de résolution des systèmes complexes etc..)  Importance : Qualité des produits finis, précision des opération , protection de l’environnement, répététivité des opérations etc.. Les 1er systèmes automatiques Clepsydre (sablier) de Ktesibios (-270 av. J.C) Ktesibios introduit un réservoir supplémentaire dans lequel le volume de liquide reste constant grâce à un flotteur qui ferme l'entrée du réservoir lorsque celui-ci est trop plein : c'est une chasse d'eau moderne. Metier a tisser programmable 1728 :premier par cartons perfores par philippe Falcon Chap.1/ 8 Les 1er systèmes automatiques (suite) L’industrie à Vapeur 1679 : Denis Papin développe la soupape de sécurité 1788 Régulateur de Watt (dit à boule) Réglage de la vitesse des trains à vapeur Chap.1/ 9 Chap.1/ 10 EVOLUTION DE L’AUTOMATIQUE Etude des processus de commande CYBERNETIQUE, BIONIQUE Analogie monde animal technologie MACHINE A VAPEUR 1er régulateur de Watt Mécanisation, procédé 2ème GUERRE MONDIALE Les systèmes suiveurs Electronique, missile INFORMATISATION Régulateurs numériques AEROSPATIALE Robotisation, IA Chap.1/ 11 LES SYSTEMES AUTOMATISES AUJOURD’HUI Maintenance List of faults DIAGNOSTIC Technical specification Observations Control signals Set points SENSORS Control INPUT OUTPUT FTC Level Chap.1/ 12 1.2 DÉFINITIONS Système : Ensemble organisé dans un but fixé ou ensemble de processus physiques-chimiques en évolution et de procédés de réalisation de ces procédés. Petits et grands systèmes Signal Grandeur physique générée par un appareil ou traduite par un capteur SYSTEME Entrée Sortie Signal d’entrée Commandable Non commandable Signal de uploads/Industriel/ automatique-continu-numerique-ouldbouamama.pdf