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Sciences de l'ingénieur · 2ème Année Bac — Sciences et Technologies Électriques

Asservissement et régulation

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

Un système asservi est un système qui maintient une grandeur de sortie $s(t)$ proche d'une grandeur de consigne $e(t)$, malgré les perturbations.

  • Chaîne directe : Comprend l'amplificateur, l'actionneur et le système.
  • Chaîne de retour : Comprend le capteur.
  • Fonction de transfert en boucle ouverte (FTBO) : $FTBO(p) = \frac{B(p)}{A(p)} = C(p) \cdot G(p) \cdot H(p)$ (où $C$ est le correcteur, $G$ l'actionneur, $H$ le système).
  • Fonction de transfert en boucle fermée (FTBF) : $FTBF(p) = \frac{S(p)}{E(p)} = \frac{FTBO(p)}{1 + FTBO(p) \cdot R(p)}$ (avec $R(p)$ gain du capteur).
  • Stabilité : Un système est stable si les pôles de la FTBF ont une partie réelle négative.

Méthodes à maîtriser

  1. Calcul de la FTBO : Multiplier les fonctions de transfert des blocs en série.
  2. Calcul de la FTBF : Appliquer la formule $FTBF = \frac{FTBO}{1 + FTBO}$ (si $R(p)=1$).
  3. Analyse du comportement : Identifier l'ordre du système (1er ou 2ème ordre) à partir de la forme de la FTBF.
  4. Calcul de l'erreur statique : $\varepsilon_s = \lim_{t \to \infty} \varepsilon(t) = \lim_{p \to 0} p \cdot \varepsilon(p)$.

Exemples corrigés

  • Calcul FTBF : Si $FTBO(p) = \frac{K}{1+Tp}$, alors $FTBF(p) = \frac{\frac{K}{1+Tp}}{1+\frac{K}{1+Tp}} = \frac{K}{1+K+Tp}$.
  • Erreur statique : Pour un échelon d'amplitude $E_0$ et une FTBO de classe 0, $\varepsilon_s = \frac{E_0}{1+K}$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier le signe « - » au niveau du comparateur (sommateur).
  • Confondre FTBO et FTBF dans les calculs de stabilité.
  • Négliger les unités des constantes de temps.
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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Asservissement et régulation

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La FTBO d'un système est $G(p) = \frac{K}{1+Tp}$. Quel est l'ordre du système ?

❓ Questions fréquentes

Chno hiya la différence bin régulation et asservissement ?
  1. La régulation maintient une grandeur constante malgré les perturbations (ex: température d'un four).
  2. L'asservissement fait varier la sortie pour suivre une consigne qui change souvent (ex: position d'un bras robotisé).

💡 À retenir : La finalité change, mais les outils mathématiques (FTBO, FTBF) sont identiques.

C'est quoi la différence entre un système en boucle ouverte et un système asservi ?
  1. En boucle ouverte, la sortie n'influence pas l'entrée : le système ne peut pas corriger les erreurs.
  2. En boucle fermée (asservissement), on mesure la sortie via un capteur et on la compare à la consigne.
  3. La différence (erreur) est envoyée au correcteur pour ajuster l'action.

💡 À retenir : La boucle fermée permet de rejeter les perturbations et de suivre une consigne avec précision.

Kifach n7seb la fonction de transfert dyal système fih des blocs en série ?
  1. Si tu as plusieurs blocs en série (ex: $G_1(p)$ suivi de $G_2(p)$), la fonction de transfert globale est simplement le produit des deux.
  2. $G_{eq}(p) = G_1(p) \times G_2(p)$.
  3. Attention à ne pas oublier de multiplier les constantes si elles existent.

💡 À retenir : En série, on multiplie ; en parallèle, on additionne.

Est-ce que la FTBF dépend toujours du capteur ?

Oui, le capteur (ou transducteur) fait partie de la chaîne de retour. Si le gain du capteur est $R(p)$, la FTBF devient $\frac{FTBO}{1 + FTBO \cdot R(p)}$. Si on considère le capteur comme un simple gain unitaire, on simplifie par 1.

💡 À retenir : Ne jamais oublier le gain du capteur s'il est donné dans l'énoncé.

Comment savoir si un système est stable à partir de sa FTBF ?
  1. On cherche les pôles de la FTBF (les racines du dénominateur).
  2. Si tous les pôles ont une partie réelle strictement négative, le système est stable.
  3. Si un pôle est positif ou nul, le système est instable ou à la limite de la stabilité.

💡 À retenir : Un système stable doit toujours revenir à son équilibre après une perturbation.

Kifach n3ref l'ordre d'un système ?
  1. Regarde le dénominateur de la FTBF sous la forme $1 + a_1 p + a_2 p^2 + ...$.
  2. Le degré du polynôme en $p$ au dénominateur donne l'ordre.
  3. Ordre 1 : $1+Tp$. Ordre 2 : $1 + \frac{2z}{\omega_n}p + \frac{p^2}{\omega_n^2}$.

💡 À retenir : L'ordre définit la complexité de la réponse temporelle.

Pourquoi on utilise un correcteur dans un système ?
  1. Pour améliorer la précision (diminuer l'erreur statique).
  2. Pour améliorer la rapidité (réduire le temps de réponse).
  3. Pour assurer la stabilité du système.

💡 À retenir : Le correcteur est le "cerveau" qui ajuste le comportement du système.

C'est quoi une perturbation dans un système asservi ?

C'est une grandeur extérieure non désirée qui vient modifier la sortie sans passer par la consigne (ex: vent sur une antenne parabolique, charge sur un moteur).

💡 À retenir : L'asservissement sert justement à annuler l'effet de ces perturbations.

Est-ce que l'erreur statique est toujours nulle ?

Non. Elle dépend de la classe du système (nombre d'intégrateurs dans la FTBO) et du type d'entrée (échelon, rampe). Pour un système de classe 0, l'erreur statique est toujours différente de zéro.

💡 À retenir : Plus la classe est élevée, plus le système est précis.

Comment calculer la FTBO si j'ai un comparateur ?

La FTBO est le produit de toutes les fonctions de transfert situées sur le chemin de la boucle, en partant de l'entrée du comparateur jusqu'à la sortie du capteur.

💡 À retenir : La FTBO ne prend pas en compte le signe du comparateur.

C'est quoi la réponse indicielle ?

C'est la réponse du système quand on applique un échelon de tension (ou de consigne) à l'entrée à l'instant $t=0$.

💡 À retenir : Elle permet de caractériser graphiquement la rapidité et la stabilité.

Est-ce que le gain K influence la stabilité ?

Oui, dans beaucoup de systèmes, augmenter le gain $K$ améliore la précision mais peut rendre le système instable (oscillations importantes).

💡 À retenir : Il y a toujours un compromis entre précision et stabilité.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Soit un système asservi de fonction de transfert en boucle ouverte $FTBO(p) = \frac{10}{p(1+0,1p)}$. Déterminer la FTBF en supposant un retour unitaire.

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Exercice 2

Un système est défini par $FTBF(p) = \frac{5}{1+2p}$. Calculer l'erreur statique pour une entrée échelon d'amplitude 2.

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Exercice 3

Un système du 2ème ordre a pour FTBF : $H(p) = \frac{1}{1 + \frac{2z}{\omega_n}p + \frac{p^2}{\omega_n^2}}$. Si $z=0,5$ et $\omega_n=10$ rad/s, écrire la fonction sous forme numérique.

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