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Ch.I – Commande des systèmes logiques – Logique combinatoire - p1 SYSTEMES LOGI

Ch.I – Commande des systèmes logiques – Logique combinatoire - p1 SYSTEMES LOGIQUES – LOGIQUE COMBINATOIRE I – Commande des systèmes logiques 1. Structure des systèmes automatisés Reprenons la structure établie dans le cours d'analyse fonctionnelle, §VII – 1. Ce cours porte sur l'étude des systèmes utilisant des données logiques, particulièrement sur la chaîne d'information, depuis l'acquisition des données, le traitement de ces données et l'élaboration des ordres de commande à destination des préactionneurs. L'étude des systèmes automatisés à logique combinatoire ou séquentielle conduit à une représentation de la partie commande et de la partie opérative du système. Ch.I – Commande des systèmes logiques – Logique combinatoire - p2 2. Structure Informationnelle 2.1. Les grandeurs acquises sont généralement de différentes natures. Le traitement logique de ces grandeurs nécessite au préalable un codage. Ensuite les grandeurs logiques sont manipulées sous formes d'états binaires, ce qui nécessite l'utilisation de l'algèbre de BOOLE1. 2.2.Le système étant isolé, on peut définir les entrées et sorties de la partie commande. C'est en fait bâtir la structure informationnelle du système. Le schéma ci-dessus met en évidence tout un réseau de communication, qui permet le dialogue entre les différentes parties (opérateur, P.O., autres P.C.). Cette notion de dialogue est très importante : il s'agit d'échange de données, de mise en œuvre de signaux. La nature même des données, informations, va en définir le mode de traitement. Terminologie (d'après norme NFZ - 61 - 001) : Donnée : fait, notion ou instruction représentés sous forme conventionnelle convenant à une communication, une interprétation ou un traitement, par l'homme ou automatiquement. Information : signification que l'homme donne à une donnée, à l'aide d'une convention employée pour la représenter. Signal : grandeur, fonction du temps, caractérisant un phénomène physique, et représentant des données. 2.3. Les différentes natures de données et de traitement La partie commande est en relation à caractère informationnelle avec sa partie opérative, et le milieu extérieur. Les données qui sont créées, stockées ou gérées par la P.C., sont classées en trois catégories : les données logiques, analogiques ou numériques. Le traitement des données logiques peut être combinatoire ou séquentiel. La suite du cours porte sur le traitement et la gestion en logique combinatoire ou en logique séquentielle des données. Rappel # Information (signal) discrète est constituée d'un ensemble fini de valeurs. On distingue : De manière générale, la logique binaire est utilisée dans le traitement des données, affectant à l'un des états la valeur 0, à l'autre la valeur 1 (0 ou 1, vrai/faux, noir/blanc, Tout Ou Rien). t a 1 0 Information binaire Exemples : du courant passe ou ne passe pas dans un fil, un condensateur est chargé ou non, une tension vaut 0 Volt ou 5 Volts. 1 BOOLE George (1815 - 1864) : Logicien et Mathématicien anglais , The Mathematical Analysis of logique, 1847. Ch.I – Commande des systèmes logiques – Logique combinatoire - p3 En pratique, il s'agit de positionner des seuils définissant des fourchettes de niveau logique : 5 2.4 Tension (Volts) Tension (Volts) 5 Niveau logique 1 Niveau logique 0 0.4 0.8 2 Signal entrant Signal sortant t t Exemple de définition de niveaux logiques # Information numérique : sous la forme d'un mot binaire, constitué de plusieurs variables binaires (bits2). Information généralement issue d'un traitement d'une information analogique (échantillonnage, codage). t x(t) Information analogique t Variable mesurée échantillonnée ∆t Mot binaire 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 Information numérique 3. Système à logique combinatoire On a défini le système à logique combinatoire dans le premier chapitre du cours "commande des systèmes asservis", pour un tel système les sorties dépendent exclusivement d'une combinaison des entrées, sans prendre en compte "l'histoire" du système. A un état des entrées, correspond un et un seul état en sortie. Aucune mémoire des états précédents des entrées et des sorties n'est conservée. L'information logique est traitée de manière instantanée. Un circuit logique combinatoire est un dispositif établissant une relation causale entre les états binaires de ses grandeurs d'entrée, et ceux de ses sorties. Le traitement de tels systèmes s'appuie sur un outil mathématique nommé algèbre binaire ou encore algèbre de Boole3. La notion de variables ou de fonctions booléennes, se concrétise parfaitement avec un grand nombre d'éléments technologiques : interrupteur fermé ou ouvert, semi-conducteur bloqué ou saturé, piston de vérin sorti ou rentré... 2 BIT : contraction de binary digit 3 L'algèbre de Boole ne porte pas nécessairement sur des variables binaires. Ch.I – Commande des systèmes logiques – Logique combinatoire - p4 La simplicité de l'algèbre de Boole, et les progrès de la technologie actuelle, ont conduit à un important développement des commandes logiques. L'actuelle capacité d'intégration des composants électroniques est telle que l'on peut envisager un très haut degré de complexité dans le traitement des informations binaires. Codage, traitement Grandeurs : - Réels - Entiers - … Entrées logiques : - mots binaires - variables binaires - variables binaires (état d'un contact…) Système A logique combinatoire Sorties logiques : commande de préactionneurs Exemple : technologie HSD du véhicule HYBRIDE TOYOTA PRIUS Dans le contexte actuel d’économie des énergies fossiles et de réduction des émissions de gaz nocifs, le système de propulsion hybride constitue une alternative intéressante à la propulsion classique par moteur thermique seul car il permet de réduire la consommation. Une spécificité de la solution retenue sur la Prius consiste à exploiter le moteur thermique à son rendement optimal. Pour cela une gestion optimale des modes de fonctionnement du système hybride permet d’optimiser la consommation d’énergie chimique : la mise route du moteur thermique et l'asservissement de sa vitesse permettent d'exploiter au mieux ce moteur. La loi de mise en marche du moteur thermique est une loi combinatoire. Les entrées sont les suivantes : Paramètres de contrôle du système HSD : - La consigne EV, pour un fonctionnement « Tout Electrique », jusqu’à une vitesse de 50 km/h. - Le Sélecteur de Marche Avant (MA = 1 si enclenché, 0 sinon), Arrière ou Point Mort. - Pdemandée, (puissance motrice + puissance demandée par les composants auxiliaires). On définie la variable Ptot ; Ptot =1 si puissance demandée est supérieure à 6 kW. - Fr, associée à l’appui sur la pédale de frein ; Fr = 1 indique un appui sur cette pédale. Variables binaires de fonctionnement - Ve, associée à la vitesse du véhicule ; Ve = 1 si la vitesse est supérieure à 50 km/h. - Te associée à la température de l’eau du moteur ; Te = 1 si la température est supérieure à 50° C . Ch.I – Commande des systèmes logiques – Logique combinatoire - p5 A partir des conditions de fonctionnement du moteur thermique sont, il est alors possible de déterminer la loi qui définit la variable de commande du moteur MT. EV MA Fr Ptot Ve Te Circuit de mise en route du moteur MT II – Codage d'une information 1. Présentation Lors du codage d'une information, différentes bases de numérations peuvent être utiles. Outre la base 10 base usuelle d'expression des différentes grandeurs, les bases hexadécimale et binaire sont très utilisées. Seront exposées ici seulement quelques techniques de codage. L'annexe "numération & codage" fournira des compléments d'information. Dans un système numérique, toute grandeur est représentée par un ensemble d'éléments binaires appelés "bits" (contraction de binary digit). Chaque bit ne peut prendre que les valeurs "zéro" et "un". On affecte à chacun des bits, soit un poids numérique, soit un rôle particulier (contrôle, signe...). Tout le problème réside dans les différentes natures des grandeurs à transmettre : entiers positifs, entiers relatifs, réels, symboles ... Grandeur à coder Codage Représentation de la grandeur dans une structure matérielle Mot, ensemble de n bits de valeur 1 ou 0 Nombre Symbole …. Remarque : l'opération inverse est nommée transcodage. Avec la multiplication des systèmes qui utilisent le traitement automatique de l'information, apparaît la nécessité de définir des codes adaptés à chaque problème. Tous ces codes seront nécessairement compatibles avec le binaire, puisque le traitement des informations est effectué par des systèmes informatiques. Le codage est l'action d'affecter à un ensemble de symboles, une signification particulière. Le codage binaire, affecte à un ensemble de n bits (qui forment un mot) une correspondance avec des nombres (codes numériques) ou avec d'autres informations (code A.S.C.I.I. par exemple). Les codes numériques sont représentés à l'aide de tables de vérité. Ch.I – Commande des systèmes logiques – Logique combinatoire - p6 Pour un mot de n bits, correspondent 2n combinaisons possibles. La structure matérielle du système, va définir la longueur des mots transmis, soit le nombre de bits transmis en même temps. Les systèmes courants seront de 8 bits, 16 bits, 32 bits, 64 bits... Enfin, lorsqu'on manipule des mots, il est indispensable de connaître le code utilisé, car deux représentations identiques auront des significations différentes. 2. Le code binaire naturel uploads/Philosophie/ ch1-commande-systemes-combinatoires.pdf