automatique (suite)

La suite des opérations de traitement de l’information, d’émission et d’exécution des ordres, et de prise de l’information d’état constitue une boucle fermée, puisque les évolutions de la cabine, qui résultent de la comparaison des informations de commande et d’état, entraînent à leur tour un changement de cette dernière, et ainsi de suite. Cette structure bouclée est caractéristique de tous les systèmes automatiques. La boucle est le siège d’opérations de commande (chaîne d’action) et de contrôle (chaîne de réaction), dont l’ensemble assure la conduite de l’installation. On peut écrire symboliquement : conduite = commande + contrôle.

L’ascenseur constitue un exemple élémentaire de commande numérique, puisque le niveau désiré de la cabine est indiqué sous la forme d’un nombre. De plus, le programme de traitement de l’information peut être compliqué de manière à exécuter les appels et les ordres dans l’ordre de la succession des étages à la montée ou à la descente (ascenseur dit « à programme »), ou encore, dans les immeubles de bureaux, à donner priorité à la montée ou à la descente à certaines heures de la journée.

Automatismes séquentiels

L’ascenseur fait partie plus précisément des automatismes séquentiels ou à séquences, dont le cycle de fonctionnement est constitué par une suite, ou séquence, de phases opératoires s’enchaînant les unes les autres conformément à un ensemble de règles préétablies. L’information d’état y est quantifiée d’une manière grossière, généralement par tout ou rien, et la durée des phases est grande devant le temps de réponse des éléments. Les automatismes séquentiels constituent la grande majorité des systèmes automatiques industriels, en particulier dans le domaine des fabrications mécaniques, où les machines à transfert en sont l’aspect le plus connu. De nombreux appareils électroménagers, tels que les laveurs de linge et de vaisselle, les tournedisques à changeur automatique, en font également partie. Les calculateurs numéraux automatiques, ou ordinateurs, dont le programme est enregistré dans une mémoire de grande capacité, en constituent la forme la plus perfectionnée. Les règles de fonctionnement d’un automatisme séquentiel sont de nature logique, par exemple : la cabine doit se mettre en marche vers le haut si le niveau désiré est supérieur au niveau actuel, à condition que toutes les portes soient fermées et que la charge ne soit pas excessive. De plus, ces règles portent généralement sur des variables binaires, dont les deux valeurs 0 et 1 caractérisent les deux états possibles d’un organe fonctionnant par tout ou rien ou par plus ou moins, tels que les états ouvert et fermé d’un contact électrique. L’algèbre logique, ou algèbre de Boole, joue donc un rôle essentiel dans la théorie des systèmes séquentiels. Tout automatisme séquentiel peut être considéré comme résultant de l’association d’un circuit logique combinatoire, composé d’opérateurs ET, OU et NON, et d’organes de mémoire.

Systèmes asservis

Dans l’exemple de l’ascenseur, l’arrêt de la cabine, en arrivant à l’étage désiré, est commandé par un signal provenant de la fermeture d’un contact, qui joue le rôle de capteur de niveau. Dans les ascenseurs rapides, le signal d’arrêt est précédé d’un signal de ralentissement, qui permet d’obtenir un arrêt moins brutal et plus précis. Les deux contacts de commande de ralentissement et d’arrêt peuvent être considérés comme constituant un appareil de mesure grossier de l’écart entre le niveau désiré et le niveau actuel de la cabine à la fin de son parcours. Dans les ascenseurs très rapides des grands immeubles ou des mines, l’arrêt précis ne peut être obtenu qu’en effectuant, lorsque la cabine approche de sa destination, une véritable mesure de l’écart de position, et en dosant l’effort du moteur du treuil en fonction de cet écart, jusqu’à ce qu’il s’annule. Tel est le principe des systèmes asservis, dans lesquels l’information d’état prend la forme d’une ou plusieurs mesures caractérisant l’écart entre l’état actuel et l’état désiré. Il est ainsi possible de doser l’énergie communiquée aux actionneurs d’après l’amplitude des écarts, et de remplacer le fonctionnement discontinu en phases successives des automatismes séquentiels par un fonctionnement progressif. La boucle de conduite (commande + contrôle) se comporte alors comme un système de zéro automatique, qui est le siège d’actions permanentes d’autocorrection tendant sans cesse à réduire les écarts de l’état actuel par rapport à l’état désiré. Ainsi, le principe d’asservissement permet d’asservir toute grandeur physique à toute autre grandeur, à condition, d’une part, que ces deux grandeurs soient mesurables et, d’autre part, qu’il soit possible d’agir sur la grandeur asservie. C’est ainsi que fonctionnent en particulier les régulateurs, dans lesquels une grandeur réglée est astreinte à conserver le mieux possible une valeur constante dite « de consigne » ou « de référence », et les servomécanismes, ou asservissements, dans lesquels une grandeur de sortie doit suivre le mieux possible les évolutions d’une grandeur d’entrée. De plus, le principe d’asservissement donne à la boucle de conduite la faculté de s’opposer dans une certaine mesure aux perturbations extérieures agissant sur le système conduit, telles que, dans le cas de l’ascenseur, les fluctuations de la charge de la cabine d’un voyage à l’autre. Le barreur d’un voilier procède exactement de la même manière en dosant les actions qu’il exerce sur le gouvernail d’après l’écart observé visuellement entre le cap actuel du voilier et le cap désiré, en dépit des perturbations constituées par les vagues, les courants et les sautes de vent. Les pilotes automatiques de navires et d’avions ne font pas autre chose, l’observation visuelle de l’écart de cap étant remplacée par une mesure effectuée par un compas magnétique ou gyroscopique. La même remarque s’applique à la conduite d’une voiture automobile. Les systèmes asservis dans lesquels tout ou partie des fonctions d’observations de l’écart et de commande sont remplies par un opérateur humain sont qualifiés de systèmes biodynamiques. Cependant, les ordres communiqués aux actionneurs, ainsi que les variables d’entrée et de sortie, peuvent être de nature continue ou discontinue dans le temps et dans l’espace. On distingue :
— les actions par échelons et, en particulier, par tout ou rien, comme dans les thermostats des réfrigérateurs ou des installations de chauffage domestique et de nombreux régulateurs industriels ;
— les actions progressives, comme dans la plupart des asservissements industriels de position et de vitesse ;
— les actions permanentes, comme dans les exemples qui viennent d’être cités ;
— les actions intermittentes, que l’on rencontre dans certains types de régulateurs industriels et dans les systèmes conduits par calculateurs.

Dans le cas des grandeurs qui figurent dans la boucle d’asservissement, on distingue les grandeurs analogiques à variation progressive, telles qu’une tension électrique ou la vitesse d’un arbre, et les grandeurs arithmétiques ou numérales, qui sont quantifiées et se présentent sous la forme de nombres codés.