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Sciences de l'Ingénieur · Prépa concours post-bac — ENSA & ENSAM

Asservissements et régulation : Schéma-blocs et stabilité

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 dont la sortie $S(p)$ suit une consigne $E(p)$. La fonction de transfert en boucle ouverte (FTBO) est $H(p) = \frac{B(p)}{A(p)}$. La fonction de transfert en boucle fermée (FTBF) est : $$T(p) = \frac{S(p)}{E(p)} = \frac{H(p)}{1 + H(p) \cdot R(p)}$$ où $R(p)$ est la fonction de transfert du retour.

Méthodes à maîtriser

  1. Réduction de schéma-blocs : Utiliser les règles de déplacement des points de prélèvement et de sommation.
  2. Calcul de l'erreur statique : Utiliser le théorème de la valeur finale $\epsilon_s = \lim_{t \to \infty} \epsilon(t) = \lim_{p \to 0} p \cdot \epsilon(p)$.
  3. Analyse de stabilité : Un système est stable si tous les pôles de $T(p)$ ont une partie réelle strictement négative.

Exemples corrigés

Soit $H(p) = \frac{K}{1+Tp}$. En boucle fermée (retour unitaire), $T(p) = \frac{K}{1+Tp+K} = \frac{K/(1+K)}{1 + \frac{T}{1+K}p}$. Le gain statique est $K_{BF} = \frac{K}{1+K}$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier le signe "-" au niveau du comparateur dans la boucle fermée.
  • Confondre FTBO et FTBF.
  • Ne pas vérifier la condition de stabilité avant de calculer l'erreur statique.

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Asservissements et régulation : Schéma-blocs et stabilité

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Quelle est la condition de stabilité d'un système ?

❓ Questions fréquentes

C'est quoi la différence entre asservissement et régulation ?
  1. L'asservissement : La consigne varie dans le temps (ex: suivi de trajectoire d'un bras robotisé).
  2. La régulation : La consigne est constante, le système doit maintenir la sortie à cette valeur malgré les perturbations (ex: régulateur de température).

💡 À retenir : Asservissement = poursuite ; Régulation = maintien.

Kifach n7seb l'erreur statique f wa7d system ?
  1. Calcule la fonction de transfert de l'erreur $\epsilon(p) = E(p) - S(p)$.
  2. Applique le théorème de la valeur finale : $\epsilon_s = \lim_{p \to 0} p \cdot \epsilon(p)$.
  3. Si l'entrée est un échelon $E(p) = A/p$, alors $\epsilon_s = \lim_{p \to 0} p \cdot \frac{A}{p} \cdot \frac{1}{1+H(p)}$.

💡 À retenir : L'erreur dépend du type de l'entrée et de la classe du système.

Chno hiya "boucle fermée" ?

C'est un système qui possède un retour (feedback). La sortie est mesurée et comparée à la consigne. La différence (l'écart) est envoyée au correcteur pour ajuster la commande.

💡 À retenir : Boucle fermée = Correction automatique basée sur l'écart.

Wach l'ordre dial system kay2ater 3la l'stabilité ?

Oui, absolument. Un système du 1er ordre est toujours stable. Un système du 2ème ordre peut être instable s'il est mal réglé (pôles à partie réelle positive).

💡 À retenir : Stabilité = Pôles dans le demi-plan gauche.

Comment savoir si un système est stable à partir de sa FTBF ?

Il faut chercher les racines du dénominateur de la FTBF (l'équation caractéristique). Si toutes les racines ont une partie réelle négative, le système est stable.

💡 À retenir : Racines négatives = Stabilité.

C'est quoi un correcteur ?

C'est un élément ajouté dans la chaîne directe pour modifier le comportement du système (améliorer la précision, la rapidité ou la stabilité).

💡 À retenir : Correcteur = Amélioration des performances.

Kifach ndiro "déplacement d'un comparateur" ?

Si tu déplaces un comparateur vers l'aval, tu dois multiplier le bloc traversé par l'inverse de sa fonction de transfert. C'est une règle de simplification de schéma-blocs.

💡 À retenir : Déplacer = Compenser.

Est-ce que la FTBO suffit pour connaître la stabilité ?

Non, la FTBO permet de calculer la FTBF, et c'est sur la FTBF qu'on vérifie la stabilité. Cependant, le critère de Routh (à vérifier par le professeur) permet d'étudier la stabilité sans calculer les pôles.

💡 À retenir : Stabilité = Étude du dénominateur de la FTBF.

Pourquoi on utilise Laplace ?

Parce que Laplace transforme les équations différentielles (difficiles à résoudre) en équations algébriques (simples) avec des polynômes en $p$.

💡 À retenir : Laplace = Simplification mathématique.

C'est quoi un système du 2ème ordre ?

C'est un système dont l'équation caractéristique est du second degré : $a \cdot s''(t) + b \cdot s'(t) + c \cdot s(t) = e(t)$.

💡 À retenir : Ordre = Degré de l'équation différentielle.

Est-ce que le gain statique change la stabilité ?

Oui, un gain trop élevé peut rendre un système instable (oscillation croissante).

💡 À retenir : Gain élevé = Risque d'instabilité.

Comment lire un schéma-blocs complexe ?
  1. Identifie les boucles imbriquées.
  2. Simplifie de l'intérieur vers l'extérieur.
  3. Applique les règles de déplacement si nécessaire.

💡 À retenir : Méthode = Simplification progressive.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Soit un système de fonction de transfert en boucle ouverte $H(p) = \frac{10}{p(p+2)}$. Le retour est unitaire. Calculer la FTBF.

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Exercice 2

Déterminer l'erreur statique pour une entrée échelon unitaire pour $H(p) = \frac{100}{p+10}$.

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Exercice 3

Un système a pour FTBF $T(p) = \frac{1}{p^2+p+1}$. Est-il stable ?

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