Introduction sur les asservissements et régulations analogiques

Notions préliminaire : Schémas blocs et transmittances

Chaque système peut être représenté par un schéma bloc liant une grandeur d’entrée et une grandeur de sortie. La transmittance le coefficient ( ou fonction) par lequel on multiplie l’entrée pour connaitre la sortie. Cette vision souvent suffisante est malgré tout limitée est ne tient pas compte par exemple du temps mis par le système pour atteindre son état stable. Des transmittances définies mathématiquement de façon plus fine sont parfois nécessaires, celles-ci se déterminent lors d’essais avec un échelon en entrée. Une procédure et des détails plus poussés sont donnés dans le chapitre sur la modélisation des systèmes linéaires.

La nécessité de réguler : exemple d’un bâtiment

On veut maintenir une température donnée: température de consigne. Il est nécessaire de chauffer ou de refroidir: système de chauffage. Dans ce mode de fonctionnement la chaudière est commandée par la température extérieure. Ce système est sensibles aux perturbations eventuelles (porte ouverte, apport solaire, apports internes ) Il est donc nécessaire de mesurer la température: (capteur de température, thermocouple ou thermorésistance) et de la comparer à celle désirée

Distinction asservissement/ régulation

Il est bon de faire la distinction entre boucle d’asservissement et boucle de régulation. Toutes les deux fonctionnent sur le même principe, mais leur finalité diffère sensiblement :
— Pour un asservissement , la consigne peut varier et la sortie du système doit suivre ses évolutions rapidement et avec précision la grandeur de sortie est identique ou proportionnelle à une grandeur d’entrée (ex : la position du gouvernail d’un avion doit suivre la consigne imposée par le pilote à chaque instant ; poursuite de trajectoire  consigne variable ) ;
— la régulation impose à la grandeur de sortie d’atteindre une valeur de consigne et d’y rester quelles que soient les perturbations éventuelles (ex : régulation de pression, de température  consigne fixe : la température dans un logement doit être constante quelles que soient les conditions extérieures).

Régulation de vitesse:
Tension de consigne correspondant à la vitesse désirée.
On utilise un convertisseur de puissance (hacheur, onduleur).
On mesure la vitesse: dynamo tachymétrique, compteur.

Asservissement de position:
Valeur de consigne sous forme de tension.
Commande du moteur.
Capteur de position: potentiomètre, roue codeuse.

Notion de Boucle ouverte, Boucle fermée:

Organes de commande d’un four

Boucle ouverte
Un tel système est en boucle ouverte. La sortie y peut être réglée en agissant sur l’entrée u. Cette situation présente deux inconvénients majeurs :
– on ne sait pas a priori à quelle valeur va se stabiliser y et en combien de temps ;
– y va varier en fonction des perturbations extérieures (par exemple variation de la température externe).Un tel système peut être modélisé par un ensemble de schémas bloc

Boucle fermée
En refermant la boucle par un régulateur, ce qui conduit au schéma suivant, représentant la boucle de régulation de base.
On cherche à maintenir la grandeur à régler y à une valeur de consigne yc en agissant sur la commande u par la loi de commande (ou correcteur).Analysons le fonctionnement de cette boucle (figure 3). Le système bouclé a pour entrée yc et pour sortie y. Le régulateur possède 2 entrées (yc et y) et une sortie u. Il se compose de la loi de commande et d’un comparateur qui élabore l’erreur de régulation = yc – y. La loi de commande a pour entrée e et  pour sortie u
Exemple : Le capteur mesure la température (y ) de l’enceinte thermique.Cette mesure est comparée à la consigne (yc) pour élaborer un signal d’écart. Suivant le signe et l’amplitude de ce dernier, la loi de commande dosera l’alimentation (u ) de la résistance afin que la température dans le four reste la plus proche possible de la consigne