Automatique E-Book

Encyclopaedia Universalis

• Herausgeber: Encyclopaedia Universalis
• Kategorie: Bildung
• Sprache: Französisch

Seitenzahl: 63

Veröffentlichungsjahr: 2016

Beschreibung

L'automatique est la science des systèmes. Ce dernier terme doit être entendu ici non pas comme une totalité close sur elle-même, mais au contraire comme un ensemble d'éléments (dits « sous-systèmes ») en interaction, ensemble qui est lui-même en interaction avec un environnement constitué d'aut...

Leseprobe

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ISBN : 9782341002882

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Automatique

Introduction

L’automatique est la science des systèmes. Ce dernier terme doit être entendu ici non pas comme une totalité close sur elle-même, mais au contraire comme un ensemble d’éléments (dits « sous-systèmes ») en interaction, ensemble qui est lui-même en interaction avec un environnement constitué d’autres systèmes. Cette science a une composante théorique constituée des outils de compréhension de la structure des systèmes et de leur comportement, et une composante pratique car l’automatique a pour fin de faire fonctionner des systèmes en minimisant l’intervention humaine pour éviter toutes sortes de tâches fastidieuses, répétitives ou dangereuses, et donc d’en permettre l’automatisation (cf. AUTOMATISATION). En effet, l’automaticien s’intéresse essentiellement aux systèmes construits pour l’être humain : une chaîne de fabrication dans une usine ; un alternateur dans une centrale de production d’électricité ou le « système électrique » dans son ensemble (formé des centres de production, des lignes de transport d’énergie et des centres de consommation) ; un avion ou un navire (dont la conduite est facilitée par les « pilotes automatiques »). L’automatique permet de concevoir le mieux possible la « commande » (c’est-à-dire l’action) à exercer sur eux.

1. Vue d’ensemble

• Systèmes bouclés

Une distinction fondamentale est à opérer entre « commande en boucle ouverte » et « commande en boucle fermée ». Commander un système en boucle ouverte, c’est agir en aveugle, sans tenir compte des résultats de son action. Lorsqu’on connaît parfaitement un chemin, on dit parfois qu’on pourrait le faire « les yeux fermés ». Et il est vrai que si l’on avait une connaissance parfaite du monde, on pourrait commander en boucle ouverte tous les systèmes qui en font partie. Mais la connaissance que l’on a des choses est imparfaite ; à chaque coin de rue et même à chaque pas, des aléas peuvent se produire qui rendent nécessaire de constater à tout moment ce qui advient, et (grâce à un repère visuel ou à un plan) de corriger l’action entreprise à partir de la réalité qui s’actualise instant après instant. De même, il ne suffit pas à un pilote d’afficher le cap une fois pour toutes pour conduire l’avion ou le navire à destination : en fonction d’aléas tels que le vent, il est amené à corriger aussi souvent que possible la dérive qui s’est produite (c’est du reste le rôle du « pilote automatique » quand celui-ci est en fonctionnement). La part la plus importante de l’automatique est l’art (ou la science) de cette correction incessante, appelée en anglais un feedback et en français une « rétroaction », un « bouclage » ou un « asservissement » (ce dernier terme, sans connotation péjorative). On le voit sur ces exemples, un bouclage vient modifier, pour la rendre viable, une stratégie a priori dont la mise au point est souvent désignée en automatique par le vocable « planification de trajectoire » (cf. chap. 3).

Les systèmes bouclés se rencontrent partout dans la nature, et en particulier dans tout organisme vivant. Pour que la température interne du corps humain se maintienne à 37 0C quelle que soit la température extérieure, il faut bien que des mécanismes de régulation soient à l’œuvre ; il en va de même pour toutes les grandeurs qui doivent être maintenues constantes (pH du sang, taux d’hémoglobine, etc.). Dans la société également, toutes sortes de rétroactions sont présentes pour éviter, dans la mesure du possible, que celle-ci ne parte à la dérive (modification des taux d’intérêt, aide aux entreprises, aux chômeurs, etc.). Néanmoins, la science qui étudie les systèmes bouclés de manière générale et systématique est, à l’exclusion de toute autre, l’automatique.

L’une des difficultés majeures que l’on rencontre avec les systèmes bouclés est la possible instabilité de ceux-ci. Disons en première approximation qu’un système est stable lorsque toutes ses variables convergent vers des valeurs finies, dites « valeurs d’équilibre », et instable lorsqu’il n’en est pas ainsi (cf. équations DIFFÉRENTIELLES) ; plus de précisions concernant la stabilité, notion essentielle en automatique, figurent également au chapitre 3. Il existe certes des systèmes en boucle ouverte instables, mais ce sont des cas relativement rares : les avions de nouvelle génération, un alternateur débitant de la puissance vers un centre de consommation éloigné, une fusée au moment du décollage, etc. En revanche, rien de plus banal que de rendre instable un système par un bouclage maladroit. Que l’on songe à un jeune enfant qui s’évertue à prendre une douche : l’eau est-elle froide, il veut la tiédir mais ouvre trop grand le robinet d’eau chaude, et reçoit de l’eau brûlante ; par réaction et excès inverse, il est aspergé d’eau glacée, et ainsi de suite. L’erreur ici est double : l’action effectuée est trop tardive (il ne faut pas attendre que l’eau soit glacée pour modifier le réglage) et trop brutale (les robinets doivent être actionnés plus doucement). L’instabilité d’un système bouclé est souvent due à l’une ou l’autre de ces erreurs.

• Systèmes à événements discrets

La manière adéquate de décrire un système est essentiellement affaire de point de vue. Considérons le T.G.V. Paris-Grenoble (exemple qui se veut plus pédagogique que réaliste). Pour l’agent chargé de surveiller le trafic ferroviaire, l’important est de savoir à un moment donné si ce train a ou n’a pas dépassé Lyon, s’il roule ou stationne dans une gare, s’il est engagé ou non sur la voie prévue, s’il est ou non l’objet d’une panne, etc. Chacun de ces « états » xi (i appartenant à un ensemble d’indices I) peut être représenté par un 0 ou un 1 et l’état global du système est la suite des xi (qui est dite finie lorsque I est un ensemble fini {1, ..., n}, ce qui est le cas le plus fréquent). Il revient à l’agent de surveillance de prendre la décision pertinente compte tenu de cet état (qui ne peut bien entendu faire abstraction des autres trains du réseau ferroviaire) et cette décision peut également être représentée par une suite finie de 0 et de 1 (signifier au T.G.V. de continuer, ou de stopper immédiatement, ou de stationner momentanément à la prochaine gare, ou de redémarrer, ou de revenir à l’aiguillage précédent, etc.). La logique qui préside à ces décisions obéit aux règles de l’algèbre de Boole (cf. algèbre et anneau de BOOLE) où toute proposition relative à l’état x s’exprime en fonction des coordonnées xi à l’aide des opérations de base ∨ (« ou »), ∧ (« et ») et ¬ (« non »). Une décision, qui est le résultat d’un tel calcul, peut être prise par un automate se substituant à l’opérateur humain (cf. AUTOMATISATION). Le système « T.G.V. Paris-Grenoble » ainsi considéré est un « système à événements discrets » (S.E.D.).

La programmation des automates réalisant la commande automatique des S.E.D. (c’est-à-dire prenant, pour ce qui les concerne, les décisions appropriées de manière autonome) est facilitée par des langages graphiques tels que