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Automatique continue H. Garnier 1 Hugues GARNIER hugues.garnier@univ-lorraine.f

Automatique continue H. Garnier 1 Hugues GARNIER hugues.garnier@univ-lorraine.fr Version du 5 septembre 2019 Automatique continue ------ Modélisation, analyse et commande des systèmes continus Automatique continue H. Garnier 2 Volumes horaires • Automatique continue – 6 séances de cours (de 2h) 12h – 9 séances de TD (de 2h) – énoncés en anglais – New 18h – 1 séance de TP (de 4h) -énoncés en anglais – New 4h Intervenant en cours – H. Garnier Intervenants en TD et TP – F. Collin (1 Gr) – H. Garnier (1 Gr) Automatique continue H. Garnier 3 Contrôle des connaissances • Contrôle partiel (1h00) – in English – 2 octobre 2019 à 8h30 • Contrôle final (2h00) – in English – 6 novembre 2019 à 8h00 • Devoirs à la Maison (DM) – in English – A faire en binôme « J'entends, j'oublie. Je vois, je me souviens. Je fais, je comprends. » Confucius • Calcul de la note finale Note Auto = 0,5 DS final + 0,3 DS partiel + 0,2 DM Automatique continue H. Garnier 4 Avertissement & Conseil • A chaque cours, vous devrez parfaitement assimiler les nouvelles connaissances pour être capable de comprendre la suite • Au risque d’être très vite dépassé, vous devez : – relire systématiquement vos notes personnelles et les transparents du cours précédent – apprendre les définitions – connaître les formules importantes – refaire les exercices vus en cours et en TD • Conseil : vous constituer un résumé personnel au fur et à mesure des séances de cours Aucun écran n’est autorisé pendant les séances de cours Automatique continue H. Garnier 5 Objectifs de l’EC pour l’ingénieur & Prérequis Objectifs – Comprendre la problématique de la commande automatique – Donner des outils et méthodes pour : • analyser les systèmes dynamiques linéaires continus • Synthétiser/concevoir des correcteurs Prérequis – Tracé de fonctions usuelles : trigonométriques, exponentielles, etc – Décomposition en éléments simples – Transformée de Laplace – Résolution d’équations différentielles par transformée de Laplace Automatique continue H. Garnier 6 Ouvrages de référence & sites web • Site web pour le cours : support de cours, énoncés de TD/TP et DM http://w3.cran.univ-lorraine.fr/hugues.garnier/?q=content/teaching • Références conseillées – B. Pradin, G. Garcia, Modélisation, analyse et commande des systèmes linéaires, Presses Universitaires du Midi, 2e édition, 2010. – K.J. Aström and R. Murray, Feedback Systems. An Introduction for Scientists and Engineers, Princeton University Press, 2009 http://www.cds.caltech.edu/~murray/books/AM05/pdf/am08- complete_22Feb09.pdf – Education channel on Control System Lecture de Brian Douglas https://www.youtube.com/user/ControlLectures/ Automatique continue H. Garnier 7 D’autres bonnes références pour approfondir le cours • J-M. Flaus. La régulation industrielle, Hermès 1994 • P. de Larminat . Automatique. Commande des systèmes linéaires, Hermès 1999 • H. Bourlès. Systèmes linéaires. De la modélisation à la commande, Lavoisier 2006 • G. Boujat, P. Anaya. Automatique industrielle, Dunod, 2007 • O. Le Gallo. Automatique des systèmes mécaniques, Dunod, 2009 • P. Prouvost. Automatique : contrôle et régulation, Dunod, 2010 • Y. Granjon. Automatique, Dunod, 2010 • G. F. Franklin, J. D. Powell, and A. Emami-Naeni. Feedback Control of Dynamic Systems. Prentice Hall, 2009 • N.S. Nise. Control Systems Engineering, 6th Ed., John Wiley, 2010 • K. Ogata, Modern Control Engineering, 5th Ed., Prentice Hall, 2010 • W. Levine, The Control Handbook, 2th Ed. CRC Press, Vol. 1, 2010 • R. Dorf, R. Bishop, Modern Control Systems, 12th Ed., Prentice Hall, 2011 • G. Goodwin, M. Salgado, S. Graebe, Control System Design, Pearson Education, 2015 Automatique continue H. Garnier 8 Quelques moments forts de l’histoire de l’Automatique • Les mécanismes de régulation sont à la base du fonctionnement des systèmes créés et utilisés par l'homme • Avec la révolution industrielle et le régulateur de Watt sont apparues les premières formalisations modernes : modélisation (avec les équations différentielles inventées par Newton) et stabilité • Les travaux du mathématicien et astronome anglais G. Airy sont le point de départ de la théorie des systèmes. Il fut le 1er à tenter une analyse du régulateur de Watt • 1868 : le physicien écossais J. Maxwell publie une première analyse mathématique convaincante et explique certains comportements erratiques observés parmi les nombreux régulateurs en service. Ses travaux furent le point de départ de nombreux autres • Suivent les travaux sur la stabilité de H. Poincaré et A. Lyapounov • La caractérisation de la stabilité est ensuite établie indépendamment par les mathématiciens A. Hurwitz et E. Routh • Années 1930 : les recherches aux Bell Telephone Laboratories sur les amplicateurs sont à l'origine de travaux encore enseignées aujourd'hui, notamment les diagrammes de Nyquist et de Bode Automatique continue H. Garnier 9 Définition - Automatique • Automatique (control) – ensemble des sciences et des techniques pour l’étude des systèmes fonctionnant sans intervention humaine – cherche à concevoir des commandes (automatiques) permettant de modifier le comportement des systèmes Automatique continue H. Garnier 10 Automatique • Permet de faire des actions « impossibles » pour l’homme • Discipline qualifiée souvent de « cachée » ou « d’enfouie » • S’appuie sur beaucoup de maths sympas ! • Est au cœur de tout ! Automatique continue H. Garnier 11 Automatique ou Automatisme ? • Leurs variables peuvent prendre uniquement deux états : marche/arrêt – variables d’un distributeur à café : présentation d’un gobelet, apport de poudre, de sucre, écoulement de l’eau pendant une durée fixe • On parle d’automatismes qui permettent d’effectuer une séquence d’actions pré-établies fondées sur des fonctions logiques combinatoires ou séquentielles • Ces séquences d’actions sont représentées par Grafcet ou Réseaux de Pétri et sont programmées à l’aide de langage de haut niveau dans des automates programmables et sans intervention humaine – Feux de croisement, chaîne d’assemblage, radar automatique, … • Il faut distinguer deux domaines d’intervention de l’Automatique : – Automatique pour les systèmes à événements discrets (SED) Automatique continue H. Garnier 12 • Il faut distinguer deux domaines d’intervention de l’Automatique : – Automatique pour les systèmes à événements discrets=Automatisme • Leurs variables ne peuvent prendre que deux états : marche/arrêt – Automatique pour les systèmes continus • Leurs variables peuvent prendre des valeurs réelles quelconques – Température, débit, pression, position, vitesse … • Leur commande a pour but de réguler ou d’asservir des grandeurs physiques de façon précise et sans intervention humaine Dans ce cours, nous ne nous intéresserons qu’à l’Automatique des systèmes continus Automatique ou Automatisme ? Automatique continue H. Garnier 13 L’Automatique est… ... omniprésente dans notre quotidien ! • Exemples – Régulation de température • de l’eau de la douche – Régulateur de vitesse d’une voiture – Régulations naturelles assurées par le corps humain : • température, glycémie, pression artérielle, fréquence cardiaque, oxygénation sanguine pendant l’effort physique,… Automatique continue H. Garnier 14 L’Automatique dans le secteur aérospatial Y-a-t-il (encore) des astronautes aux commandes ? www.youtube.com/watch?v=oa_mtakPlfw Lanceur Ariane 5 - Décollage SpaceX Falcon 9 - Atterrissage Automatique continue H. Garnier 15 L’Automatique dans le secteur aérospatial Satellite de télécommunications Curiosity sur Mars - août 2012 Automatique continue H. Garnier 16 L’Automatique dans le secteur aéronautique • Airbus A380 – Le plus gros avion du monde – « Monstre » de 420 tonnes Y-a-t-il (encore) un pilote dans l’avion ? • Falcon 7x Automatique continue H. Garnier 17 L’Automatique dans le secteur de la robotique Des drones à tout faire ? raffaello.name/projects/flight-assembled-architecture/ www.youtube.com/watch?v=NRL_1ozDQCA Automatique continue H. Garnier 18 L’Automatique dans le secteur automobile • Derrière chaque acronyme se cache un peu d’automatique • ABS : Anti-lock Braking System • ESC : Electronic Stability Control • ACE : Active Cornering Enhancement • TCS : Traction Control System • ACC : Adaptive Cruise Control • ANC : Active Noise Control – Ils permettent une conduite plus sûre et plus économe Automatique continue H. Garnier 19 L’Automatique dans le secteur automobile • Devrait permettre, dans un futur proche : – de concevoir des véhicules autonomes sans conducteur – circulant en flotte Automatique continue H. Garnier 20 L’Automatique dans le secteur de l’énergie Automatique continue H. Garnier 21 L’Automatique dans le secteur de l’industrie Automatique continue H. Garnier 22 L’Automatique dans le secteur de l’agriculture Système automatique d’irrigation des cultures Commande manuelle des vannes Commande automatique Automatique continue H. Garnier 23 L’Automatique dans le secteur de la santé • Compense les défaillances de certains organes du corps humain Pacemaker Le pancréas artificiel http://www.youtube.com/watch?v=XUyteJvtMuY Automatique continue H. Garnier 24 L’Automatique est au cœur de tout ! • Transports : automobile, aéronautique, aérospatiale, navale et ferroviaire • Industries chimique, pharmaceutique, sidérurgique, papetière, agroalimentaire • Robotique, mécanique • Systèmes de télécommunications • Énergies hydraulique, éolienne, solaire, nucléaire • Agriculture • Santé (biologie et médecine) • Economie et finance,… T. Samad, A.M. Annaswamy (Eds.). The Impact of Control Technology, Overview, Success Stories, and Research Challenges, 2011. www.ieeecss.org Visionner la vidéo de Brian Douglas : Why learn control theory Automatique continue H. Garnier 25 Finalité de l’Automatique • La finalité de l’Automatique est de remplacer l’homme ou de suppléer à ses limites pour la commande d’un système Automatique continue H. Garnier 26 Principe fondamental de l’Automatique : la boucle fermée ou rétro-action • Le principe de base consiste uploads/Management/ a-auto-introduction.pdf