Robotique et automatisme

« peuvent prendre que deux états : vrai ou faux, ouvert ou fermé, oui ou non, o ou 1 (codogr binaire en informatique ~ ..

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~ notamment).

Toute proposition logique peut se mettre sous la forme énoncée ci-dessus d'où la nécessité : • d'un outil mathématique pour traiter les propositions logiques : il s'agit de l'algèbre de Boole, • d'une représentation physique pour matérialiser les opérateurs fondamentaux : les circuits logiques.

Une fonction booléenne est donc une quantité booléenne dont la valeur dépend d'un certain nombre de variables booléennes.

Les opérateurs logiques peuvent s'appliquer aux signaux électriques de la même manière qu'ils s'appliquent aux symboles O et 1 (signaux électriques numériques).

l'opération qui permet d'obtenir le signal A et B est effectuée par des circuits numériques spécialisés que l'on appelle les drcuits lflfÏllUrs .

« moderne •.

Au début des années 70, le bilan de la conception des systèmes logiques n'était pas brillant.

Dans l'industrie, les méthodes pratiques de synthèse restaient dans l'ensemble empiriques et rattachées à la technologie des automatismes à relais, reposant sur des circuits à logique câblée reliés entre eux par des relais ou interrupteurs qui laissaient ou non passer le courant.

En 1975, un groupe de travail de l'AFCET (Association Française pour la Cybernétique Économique et Technique) décide de créer une commission « normalisation de la représentation du cahier des charges d'un automatisme logique •.

La norme GRAFCET est le produit de cette réflexion.

Elle voit le jour en 1977.

En 1987, le GRAFCET devient une norme internationale.

Le GRAFCET est utilisé pour décrire et commander l'évolution du système.

Un GRAFCET se compose : • d'étapes, auxquelles on associe des actions, • de transitions, auxquelles on associe des réceptivités, • de liaisons orientées reliant les étapes aux transitions et inversement Vers la fin du XX' siède, la conception des calculateurs bouleverse le monde de la robotique permettant ainsi l'élaboration de méthodes d'analyse plus complexes.

On peut désormais concevoir des systèmes non linéaires, prendre en considération l'impact de phénomènes aléatoires.

D&!NmoNS Il existe deux familles de procédés automatisés.

Les premiers sont les systèmes soumis à des signaux booléens (dits séquentiels).

lis ont la particularité d'avoir un comportement totalement prévisible car ils sont décrits par un ensemble fini de variables logiques.

Leur booléen : les entrées/sorties sont des signaux booléens.

La seconde famille comprend les processus analogiques (évolution continue en fonction du temps des variables) : elle regroupe les processus asservis et les systèmes en chaîne directe (systèmes commandés).

Un système asservi présente un retour d'état des grandeurs de sortie (effectué à l'aide de capteurs).

Il y a donc contrôle de l'exécution.

Ce retour permanent de l'information justifie une autre appellation des systèmes asservis : systèmes en boude fermée.

On retrouve un tel système pour les missiles par exemple.

À chaque instant la position du missile est vérifiée pour modifier la trajectoire si nécessaire.

Un asservissement est nommé selon la nature de la grandeur de sortie (asservissement de position, de vitesse, de débit ou de température).

Si le système ne possède qu'un couple d'entrée/sortie, il est dit monovariable.

Si la grandeur de sortie est une grandeur mécanique, le système asservi est nommé servomécanisme.

Les processus de poursuite Ils ont pour but de maintenir l'égalité entre le signal de référence et le signal de sortie, et ce quelles que soient les variations du signal de consigne.

On peut par exemple citer le système Chacun de ces circuits a une fonction qui lui est propre.

À chaque opérateur logique correspond un circuit spécifique.

Il faut donc construire un appareil particulier renfermant un circuit pour chacune des fonctions logiques dont on a besoin.

Concevoir un circuit, c'est relier électriquement entre eux un certain nombre de composants.

Cette opération de connexion s'appelle un cablage et le circuit prend alors le nom de logique câblée.

Cette technique était encore la plus utilisée jusqu'à l'avènement des circuits intégrés.

évolution n'a lieu d'asservissement des gouvemes de que si une ou vol d'un avion.

1950 Il NOS JOUIS : À partir des années 1950 débute l'époque de l'automatisme plusieurs variables changent d'état.

Une perceuse .,.

automatisée est par exemple un processus de type Les processus de régulation Ce sont des systèmes de commande qui maintiennent des grandeurs physiques à des constantes prédéfinies comme le maintien de la température 1-------------._ ___________ _, d'un four.

Les processus de poursuite Représentation d'un automatisme selon la norme GRAFCET liaison orientée vers le haut étape liaison orientée vers le bas action associée à une étape présentent en général des temps de réaction très faibles (inférieurs à une seconde) tandis que ceux de régulation sont caractérisés par des temps beaucoup plus grands.

Système en chaine directe Un système en chaîne directe est de même nature qu'un système asservi mais la commande s'effectue directement c'est-à-dire sans retour d'état (pratiquement cela signifie que si jamais des phénomènes parasites viennent perturber le déroulement du processus, aucune réaction compensatoire ne sera automatiquement réalisée).

ÎEIMINOLOGIE Un système est défini par une frontière d'isolement En effet, certaines grandeurs externes peuvent influer sur son comportement Il en existe deux principales catégories : les grandeurs d'entrée et les perturbations (phénomènes physiques qui nuisent à la bonne réalisation de la fonction recherchée, les frottements par exemple).

Un tel système est composé d'une partie commande (PQ et d'une partie opérative (PO).

La représentation met en évidence deux chaînes : une chaîne directe également appelée chaîne d'action et une chaîne de retour ou chaîne de réaction.

La première assure la fonction de commande et de puissance.

La fonction comparaison délivre un signal appelé écart et conventionnellement noté E.

Pour corriger cette erreur, on emploie des régulateurs.

Le plus utilisé en industrie est le PID : Proportionnel Intégral Dérivé.

Le PID permet 3 actions simultanées sur l'erreur consigne/mesure : • une action proportionnelle : l'erreur est multipliée par un gain G, • une action intégrale : l'erreur est intégrée sur un intervalle de temps Ti, • une action dérivée : l'erreur est dérivée suivant un temps T d.

La seconde assure la fonction de détection.

Cette dernière est assurée par un capteur qui permet d'effectuer une mesure de la grandeur de sortie.

Il délivre un signal qui doit être de même nature physique que le signal de consigne pour pouvoir lui être comparé.

En industrie, les capteurs les plus répandus sont les capteurs dits intelligents.

En effet, ils comprennent en plus d'un capteur basique, un microcontrôleur qui lui permet d'effectuer davantage d'opérations comme le traitement du signal prélevé, un auto-étalonnage ...

Par opposition à un capteur « dassique • qui renvoie la valeur du paramètre qu'il contrôle, un capteur intelligent renvoie une information.

QUAIJTts D'UN SYSTtME ASSEIVI Le cahier des charges d'un asservissement impose généralement un certain nombre de contraintes sur le comportement du système (passage d'une position à une autre sur un axe de robot par exemple).

Celles-ci portent sur la précision, la rapidité, la stabilité et lamortissement.

Précision Elle qualifie l'aptitude du système à atteindre la valeur souhaitée.

Elle est caractérisée par la différence entre la valeur visée et celle effectivement atteinte par la grandeur de sortie.

Rapidité Elle caractérise la «vitesse » avec laquelle un système peut passer d'une action à une autre.

Le critère d'évaluation est le temps de réponse à n %, c'est-à-dire le temps que met la réponse pour que la valeur absolue de la différence entre la valeur finale et la valeur instantanée reste inférieure à n % de la valeur finale.

En pratique, on utilise le temps de réponse à 5 %.

Stabilité C'est peut-être le plus important des critères.

En effet un système instable est inutilisable ! La grandeur de sortie d'un système, fonction du temps, présente d'abord un régime transitoire ; celui-ci est suivi au bout d'un temps suffisamment long par un régime dit permanent.

Il est impératif que la grandeur de sortie cilnverge vers une valeur constante.

Amortissement Lors du passage d'une valeur à une autre, la grandeur de sortie d'un système peut présenter des oscillations.

Il est important que le régime transitoire soit bien amorti (sans toutefois trop nuire à la rapidité du système).

En pratique, il faut souvent rechercher un compromis entre amortissement et rapidité.

Exemples industriels Les systèmes de commande en chaîne directe, qui ont connu un grand succès dans le passé, trouvent encore aujourd'hui des applications en raison de leur simplicité, mais dans la plupart des cas, ils ont été remplacés avantageusement par des systèmes asservis qui permettent la réalisation d'une tâche désirée avec une fiabilité et une précision nettement supérieures.

En voici quelques exemples : • le four électrique : système de régulation de température.

• le pilotage d'un vélliCllle correspond à un processus multivariable.

Les variables d'entrées sont le freinage, la direction, la course de la pédale d'accélérateur, les variables de sortie sont la position et la vitesse du véhicule, l'état de la route.

Le vent et la circulation sont des perturbations.

• le but d'un château d'eau est de garantir une pression de 4 bars à l'utilisateur.

l'emploi d'un capteur assure un retour d'informations.

Si une différence existe entre la consigne et la pression réelle au robinet du particulier, une vanne s'ouvre alors pour remplir le château d'eau et remonter le niveau de pression : le processus fonctionne en boucle fermée.. »