Asservissements linéaires continus
Cours, exercices corrigés et travaux pratiques
Patrick Rousseau
Ellipses
I. Notions de base
1. Système physique
9
2. Un exemple de système : le modèle du premier ordre
10
2.1. Introduction10
2.2. Forme temporelle du signal de sortie11
2.3. Analyse harmonique en régime permanent12
2.4. Réponse à un échelon16
2.5. Forme fréquentielle17
3. Représentation fréquentielle des signaux
18
3.1. Représentation fréquentielle d'un signal périodique19
3.2. Représentation fréquentielle d'un signal non périodique23
3.3. Transformation de Laplace d'un signal causal24
3.4. Compléments et transformation de Laplace d'un signal non causal32
4. La transformée de Laplace appliquée au système du second ordre
34
4.1. Un exemple de système du second ordre : le circuit RLC34
4.2. Forme fréquentielle et forme harmonique en régime permanent40
Exercice I.1 : Décharge par impulsion d'un condensateur50
Exercice I.2 : Décharge d'un condensateur dans un circuit RC51
Exercice I.3 : Coupure d'un courant dans un circuit inductif53
Exercice I.4 : La prise en compte des conditions initiales55
Exercice I.5 : Branchement en cascade de systèmes à déphasage minimal56
II. Concept de système physique asservi
1. Systèmes linéaires et continus
61
1.1. Linéarité61
1.2. Principe de superposition62
1.3. Continuité63
1.4. Systèmes à déphasage non minimal et à déphasage minimal68
2. Pourquoi faut-il asservir un système physique ?
72
2.1. Asservissement et régulation72
2.2. Où la recherche du système parfait conduit au concept du système asservi73
3. Propriétés des systèmes physiques asservis
83
3.1. Définitions et relations importantes83
3.2. L'influence des perturbations85
4. Application au montage à amplificateur opérationnel (A-O)
89
5. Application au servomoteur disque à courant continu
93
5.1. Schéma fonctionnel du servomoteur94
5.2. L'influence des perturbations99
Exercice II.1 : Etude d'un montage suiveur104
Exercice II.2 : Précision des systèmes asservis109
III. Correction et stabilité des systèmes
asservis
1. Préambule
113
2. Etude du correcteur à action proportionnelle (P)
114
2.1. Un exemple pratique de réalisation114
2.2. Le cas d'un processus du premier ordre115
2.3. Le cas d'un processus du second ordre120
3. Critère de stabilité dans le plan de BODE
125
3.1. Double condition d'oscillations126
3.2. Critère de stabilité128
4. Correcteur à action intégrale (I)
131
4.1. Un exemple de réalisation131
4.2. Correcteur à action intégrale associé à un processus du premier ordre136
4.3. Correcteur à action intégrale associé à un processus du second ordre141
4.4. Correcteur à action intégrale associé à un processus d'ordre supérieur à deux142
5. Correcteur à action dérivée (D)
142
5.1. Un exemple de réalisation143
5.2. Correcteur à action dérivée associé à un processus du premier ordre146
6. Association de correcteurs
152
6.1. Généralités152
6.2. Correcteur de type somme153
7. Compléments : le critère de stabilité de Nyquist
159
Exercice III.1 : Instabilité d'un amplificateur sur charge capacitive163
Exercice III.2 : Correction d'un système asservi172
Exercice III.3 : Correcteur PID177
Exercice III.4 : Principe de la correction tachymétrique190
Exercice III.5 : Synthèse d'un correcteur PI sur un asservissement de vitesse193
Exercice III.6 : Lieu de Nyquist et degré de stabilité195
IV. L'identification expérimentale
des processus
1. Généralités
197
2. Etude d'un asservissement de vitesse par hacheur réversible en courant
198
2.1. Description du système étudié198
2.2. Identification du processus209
2.3. Amélioration des performances du système identifié214
3. Etude d'un asservissement de tension par pont mixte
219
3.1. Description du système étudié219
3.2. Synthèse du PID par identification du processus pour une charge de résistance R224
3.3. La charge est un servomoteur de résistance d'induit R=2Omega231
4. Étude simplifiée d'une boucle de courant
233
4.1. Description du système233
4.2. Synthèse du PID par identification du processus235
V. Problèmes de synthèse
Problème n° 1 : Etude d'un asservissement de position239
Problème n° 2 : Pilotage d'une MCC par asservissement de vitesse sur f.c.e.m.253
Problème n° 3 : Etude de l'asservissement de tension d'une alimentation
à transistor ballast265
Problème n° 4 : Etude d'un asservissement de vitesse avec boucle de courant275