Principes des chaînes de régulation

Le controle est un concept de sens commun. On en trouve des exemples dans le monde naturel, dans le monde vivant entre autres (par exemple la regulation de la temperature du corps humain). On situe ses premieres realisations technologiques a l’antiquite (clepsydre de Ktesibios en – 300 : une regulation de niveau (de type chasse d’eau) maintient un debit constant a la sortie d’un reservoir ; ce debit alimente un bac dont la hauteur sert alors a mesurer le temps). Mais il a fallu attendre le XIX e siecle pour que les proprietes des boucles de regulation soient etudiees de facon formelle. Depuis, les progres sont constants. Etant une reponse efficace a la rude competition industrielle, l’ automatique a connu de grandes mutations ces dernieres annees. Les secteurs classiques qui ont vu naitre l’automatique moderne, comme la petrochimie, la siderurgie, le nucleaire, la production d’energie ou ceux plus recents de la pharmacie, ou de l’agroalimentaire sont toujours des terrains d’application de commande avancee. Mais d’autres secteurs se sont recemment ouverts, dans l’industrie (l’espace, le transport), dans la recherche (les telescopes geants, les sondes spatiales, l’appareillage medical sophistique, les vehicules autonomes) ou dans la vie quotidienne (tetes de lecture de disques laser, electromenager « intelligent »). Automatiser peut avoir des objectifs divers. Citons : augmenter les performances du systeme de production : ameliorer la qualite du produit fini, diminuer sa variabilite, augmenter la quantite de produit fabrique ou diminuer le temps de fabrication ; diminuer les couts de fabrication : minimiser la quantite de matiere premiere utilisee, l’energie necessaire au procede de fabrication, introduire la recuperation de sous-produits (dont le recyclage induit des boucles internes, des couplages forts entre variables) ; ameliorer la securite de l’installation industrielle, des hommes qui y travaillent et de l’environnement ; permettre la tracabilite des produits (necessite dans l’industrie agroalimentaire, par exemple) ; commander a distance : cela est particulierement important pour les applications nucleaires ou spatiales ; offrir des produits et des services personnalises, ameliorer le confort (evolution de l’industrie automobile par exemple, ou les modeles de vehicules sont modulables et pour lesquels de plus en plus de variables sont controlees – freinage ABS, repartiteur de freinage, capteur de pluie, allumage automatique des feux de croisement...) ; diminuer le temps necessaire a l’innovation. La variete des problemes amene bien sur la variete des solutions. Par ailleurs, on constate que l’automatisation d’une installation conduit generalement a la reorganisation de la production, a la rationalisation des operations, a la synchronisation entre divers ateliers, entre la production, l’approvisionnement et la demande. En effet, l’optimum global n’est pas la somme des optimums locaux. Optimiser entierement une entreprise conduit a s’interesser a tous les niveaux, depuis les procedes de fabrication jusqu’aux services de gestion. Il faut decider au niveau global, et cela necessite une excellente reactivite, le partage des informations en temps reel, et donc une collaboration de plusieurs entites et services. L’automatisation conduit donc a un changement dans l’organisation et dans les mentalites d’une entreprise. La solution moderne n’est plus dans une hierarchie boucles locales/supervision globale, recopiee dans l’architecture informatique micro-calculateur/calculateur centralise. La chaine de regulation n’est plus un tout, regle independamment, mais communique avec le reste du systeme de controle-commande, dans le cadre d’un reseau informatique. L’automatisation a pour consequences une diminution des emplois non qualifies et une augmentation des emplois qualifies. En effet, pour les systemes tres complexes, on continue a trouver des hommes qui surveillent l’ensemble du systeme et de sa commande et qui peuvent agir sur le systeme (operateurs dans les salles de commande de la plupart des installations industrielles, pilotes d’avion, cosmonautes...). Par ailleurs, on constate que l’automatique est une discipline transversale, reposant sur d’autres disciplines scientifiques, celles qui permettent de comprendre le fonctionnement du systeme a automatiser (genie hydraulique, thermique, electrique, mecanique...) et celles qui permettent de realiser le systeme de commande (de nos jours essentiellement l’informatique). Le travail de l’ingenieur automaticien est un travail d’integrateur. Dans le texte ci-apres, le lecteur decouvre dans une premiere partie une analyse de la nature des processus industriels et les outils de modelisation permettant de les representer. La deuxieme partie decrit les principes de base d’une boucle de regulation, sa structure, ses constituants et ses principales proprietes. La troisieme partie decrit rapidement des algorithmes de regulation, comme les traditionnels PID et quelques solutions de commande avancee. La quatrieme partie donne un apercu des autres fonctions integrees dans les chaines de regulation, comme la surveillance, et presente les architectures decisionnelles et operationnelles les mettant en œuvre.