Introduction au Génie Automatique et Systèmes de Contrôle

Qu'est-ce que le contrôle et le génie automatique ?

Qu'est-ce que le contrôle ?
C'est l'action ou l'effet de statuer sur l'élaboration d'un processus ou d'un système. Il peut aussi être compris comme la façon de manipuler certaines variables afin de les rendre, ou de faire en sorte que d'autres variables agissent, de la forme souhaitée.

Qu'est-ce que le génie automatique (contrôle technique) ?
Il s'agit d'une approche interdisciplinaire des systèmes de contrôle et des dispositifs. Il combine des domaines tels que l'électricité, l'électronique, la mécanique, la chimie, le génie des procédés et la théorie mathématique, entre autres.

Sous-disciplines par type de contrôle

• Boucle de régulation en boucle fermée : Règlement de contrôle.
• Boucle ouverte (Open-loop / set-point de contrôle) : Pour maintenir constant le suivi des trajectoires de quelque chose (suivre son évolution avec l'erreur minimum).

Sous-disciplines par type de théorie

• Commande linéaire : Très petit, facile à utiliser.
• Commande non linéaire (Nonlinear Control) : Pour les systèmes complexes, très efficace.
• Contrôle optimal : Recherche la meilleure solution relative à la limitation.
• Commande robuste : Offre une meilleure performance face aux chocs.

Définitions fondamentales en automatique

Système. C'est une combinaison de composants qui fonctionnent ensemble pour atteindre un certain but. Le concept de système peut être appliqué à des phénomènes physiques, biologiques, économiques, sociaux et autres.
Variable commandée (sortie). C'est la quantité ou la condition qui est mesurée et contrôlée.
Variable manipulée. Ceci est la variable qui est modifiée pour affecter la variable contrôlée.
Processus. Il est l'évolution naturelle d'un événement, caractérisée par une série d'événements ou de changements graduels qui, constamment et progressivement, tendent à un résultat final.
Installation (Plant). Pièces en commun de machines qui sont conçues pour effectuer certaines activités ensemble. Dans les systèmes de contrôle, par l'usine ou l'installation, on désigne le système devant être contrôlé.
Les perturbations. Une perturbation est un événement qui affecte négativement le développement de certains processus. Si le défaut est généré au sein du système, il est appelé troubles intérieurs ; sinon, la perturbation est dite extérieure.
Système en boucle ouverte (Open-loop). Il s'agit d'un système de contrôle où la production n'a aucun effet sur l'action de contrôle. La sortie peut ou ne peut pas être mesurée, mais cette mesure n'a aucune incidence sur le conducteur.
Contrôle par rétroaction. Cette opération tend à maintenir une relation prescrite d'une variable dans un système avec une autre, en comparant ces fonctions et en utilisant leurs différences comme un moyen de contrôle.
Système de contrôle d'évaluation. Un système de contrôle est celui qui utilise une connexion entre la variable de sortie et une variable de référence comme un moyen de contrôle.

Histoire de l'automatique

Les premières applications datent des mécanismes de régulation avec flotteur en Grèce.
Ktesibius : L'horloge a été construite autour de 250 av. J.-C. Elle est considérée comme le premier système de contrôle automatique de l'histoire.
Héron d'Alexandrie (100 apr. J.-C.) : Il a publié un livre intitulé Pneumatica qui décrit plusieurs mécanismes de régulation de niveau d'eau à flotteur.

L'Europe à l'âge moderne

Le premier contrôle en boucle a été réalisé par le Néerlandais Cornelis Drebbel (1572-1634). Il a construit vers 1618, avec une rétroaction explicite, un incubateur pour réguler la température. Ces travaux ont été effectués en Angleterre. Cependant, le travail le plus important de Drebbel fut le premier sous-marin utile en 1620, où il a également utilisé des systèmes de rétroaction.
Le Français Denis Papin (1647-1712) a inventé en 1681 le premier régulateur de pression pour les chaudières à vapeur.
Toutefois, les travaux importants de la première commande de rétroaction automatique avec régulateur centrifuge ont été réalisés par James Watt, mis au point en 1769.
Même si la Russie revendique le premier système de commande avec le régulateur de niveau d'eau à flotteur inventé par I. Polzunov (1729-1766) en 1765.
J.C. Maxwell (1831-1879) est considéré comme ayant établi une théorie mathématique liée à la théorie du contrôle en utilisant, en 1868, le modèle d'une équation différentielle.
Ses contributions incluent : le concept de la stabilité des modèles mathématiques simples, l'importance de la stabilité, la linéarisation, l'action comme un problème de l'intégration et les critères de stabilité algébrique des systèmes de premier, deuxième et troisième ordre.

L'évolution au XXe siècle

Evans (fin des années 40, début 50) : La méthode du lieu des racines, les méthodes de réponse en fréquence et le lieu des racines sont à la base du contrôle classique. Pendant ce temps, les savants russes se sont concentrés sur la formulation du domaine temporel et les équations différentielles.

Les progrès de l'après-guerre

On observe une propagation rapide de la nouvelle théorie du contrôle. Il y eut une ouverture majeure entre les théories russes et occidentales, la création de centres de recherche en matière de contrôle et un intérêt accru pour les systèmes de contrôle non-combattants. On note également un contrôle accru des cours dans les universités et des débats publics sur le contrôle et les autres sciences.
La théorie moderne de contrôle est basée sur l'analyse et la synthèse dans le domaine temporel, utilisant des variables d'état.