Asservissement (automatique)

Le principe de base d'un asservissement est de mesurer, en permanence, l'écart entre la valeur réelle de la grandeur à asservir et la valeur de consigne que l'on désire atteindre, et de calculer la commande appropriée à appliquer à un (ou des) actionneur(s) de façon à réduire cet écart le plus rapidement possible[2].

Ce principe pratiquement universel a cependant un inconvénient (généralement négligeable et souvent négligé, sauf pour les systèmes très rapides ou nécessitant des suivis précis de trajectoire) : les actionneurs étant pilotés en fonction de l'écart entre valeur réelle et consigne, le système ne peut réagir que lorsque cet écart est effectif, c’est-à-dire avec un certain retard qui dépend de la précision et du temps de réponse des capteurs.

On peut, dans certains cas, compenser cet effet en complétant l'asservissement par un feed forward, c’est-à-dire en pilotant les actionneurs pour obtenir directement la valeur cible, ou du moins en donnant l'ordre qui permet de s'en approcher le plus en aveugle^{[réf. souhaitée]}, si on sait prévoir le comportement des actionneurs^{[réf. souhaitée]}. Par exemple on peut, dans le cas d'un asservissement en position, piloter directement l'accélération si on connaît l'accélération de la consigne et l'inertie du système à contrôler.

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Plusieurs paramètres caractérisent les performances d'un asservissement :

• la rapidité se définit par la vitesse à laquelle une valeur stable en sortie est atteinte. C'est le temps de réponse ;
• la stabilité. Pour une entrée constante, un système est stable si la sortie tend vers une valeur finie. Si elle oscille ou diverge, l'asservissement est instable ;
• le dépassement de la consigne ; souvent exprimé en % d'erreur. Même lorsqu'un système est stable, il arrive que la sortie dépasse la consigne avant de se stabiliser, ce qui n'est pas nécessairement une anomalie ;
• la précision, c’est-à-dire la capacité de l'asservissement à atteindre la consigne avec précision le plus rapidement possible.

Un asservissement agit sur une ou plusieurs caractéristiques de la grandeur asservie telles que :

• la position : asservissement de position ;
• la vitesse : asservissement de vitesse ;
• l'accélération : asservissement d'accélération.

La stabilité et la précision étant souvent antagonistes de la rapidité, pour améliorer ces caractéristiques, il faut modifier les caractéristiques internes du système ou ajouter un correcteur dans la boucle d'asservissement. Il existe différents types de correcteurs, leur action peut être intégrale, dérivée et/ou proportionnelle.

Néanmoins, le compromis fondamental de l'automatique est l'antagonisme entre performance et robustesse^{[pourquoi ?]}. La robustesse d'un système bouclé est la capacité de celui-ci de rester stable (voire de conserver des performances suffisantes) en présence d'erreurs de modèle (erreurs sur les paramètres, dynamiques négligées) et de perturbations agissant sur le système. On peut augmenter la robustesse en diminuant les performances. Ceci se traduit en diminuant le gain du régulateur. En effet, un gain trop élevé entraîne des oscillations pouvant amener le système en instabilité.

Certains systèmes complexes optimisent plusieurs de ces caractéristiques pour obtenir des réponses à la fois rapides et précises. Pour des systèmes non mécaniques, on peut également asservir d'autres types de grandeur : tension, phase, etc. La contrainte principale étant de pouvoir les mesurer et d'agir sur elles par une commande efficace.

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