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Commande des Systèmes Linéaires
Continus
Présenté par:
Pr Ahmed MOUTABIR
2020-2021
Titre de la leçon:
Analyse des Systèmes Asservis
Linéaires Continus
Objectifs du cours
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 3
• La définition d’un système asservi et ses éléments:
- la consigne, le signal de retour, l’écart.
- la chaine directe, la chaine de retour.
• La définition de la boucle ouverte et la boucle fermée d’un
système asservi.
• L’étude de la stabilité d’un système asservi linéaire continu.
• L’étude de la précision d’un système asservi linéaire continu.
Notion de système asservi
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 4
Commande du système en boucle ouverte:
Problèmes:
• Aucune information sur les évolutions de la sortie:
- Le modèle du système (G(p)) n’est pas parfait.
- Le système est soumis aux perturbations.
Notion de système asservi
Fonction de
transfert du système
𝑮(𝒑)
Fonction de
transfert du capteur
𝑯(𝒑)
+
-
Consigne E(p) Ecart 𝜺(𝒑) Sortie S(p)
Retour R(p)
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 5
Solution: Commande du système en boucle fermée.
Le système est bouclé:
• Mesure de la sortie.
• Comparaison de la sortie à une consigne.
• Le résultat de la comparaison donne l’information
sur l’évolution de la sortie.
Notion de système asservi
𝑭𝑩𝑶 𝒑 =
𝑹 𝒑
𝜺 𝒑
= 𝑮 𝒑 𝑯(𝒑)
𝑭𝑩𝑭 𝒑 =
𝑺 𝒑
𝑬 𝒑
=
𝑮(𝒑)
𝟏 + 𝑮 𝒑 𝑯(𝒑)
Fonction de transfert en boucle ouverte :
Fonction de transfert en boucle fermée :
𝜺 𝒑 =
𝑬(𝒑)
𝟏 + 𝑮 𝒑 𝑯 𝒑
Expression de l’erreur :
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 6
Caractéristiques du système asservi général :
𝑮(𝒑)
+-
𝑬(𝒑) 𝜺(𝒑) 𝑺(𝒑)
𝑹(𝒑)
Notion de système asservi
𝑭𝑩𝑶 𝒑 =
𝑹 𝒑
𝜺 𝒑
= 𝑮 𝒑
𝑭𝑩𝑭 𝒑 =
𝑺 𝒑
𝑬 𝒑
=
𝑮(𝒑)
𝟏 + 𝑮 𝒑
𝜺 𝒑 =
𝑬(𝒑)
𝟏 + 𝑮 𝒑
Système asservi à retour unitaire :
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 7
Notion de système asservi
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 8
Système asservi à retour unitaire de 1er ordre:
𝑭𝑩𝑶 𝒑 = 𝑮 𝒑 =
𝑲
𝟏 + 𝝉𝒑
𝑭𝑩𝑭 𝒑 =
𝑮(𝒑)
𝟏 + 𝑮 𝒑
=
𝑲
𝟏 + 𝝉𝒑
𝟏 +
𝑲
𝟏 + 𝝉𝒑
=
𝑲
𝟏 + 𝑲 + 𝝉𝒑
=
𝑲
𝟏 + 𝑲
𝟏 +
𝝉
𝟏 + 𝑲 𝒑
=
𝑲′
𝟏 + 𝝉′𝒑
Fonction de transfert en boucle ouverte :
Fonction de transfert en boucle fermée :
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 9
Notion de système asservi
Système asservi à retour unitaire de 1er ordre:
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 10
Notion de système asservi
Système asservi à retour unitaire de 2nd ordre:
Fonction de transfert en boucle ouverte :
Fonction de transfert en boucle fermée :
𝑭𝑩𝑶 𝒑 = 𝑮 𝒑 =
𝑲
𝟏 + 𝟐𝒎
𝒑
𝝎𝒏
+
𝒑𝟐
𝝎𝒏
𝟐
𝑭𝑩𝑭 𝒑 =
𝑮(𝒑)
𝟏 + 𝑮 𝒑
=
𝑲
𝟏 + 𝟐𝒎
𝒑
𝝎𝒏
+
𝒑𝟐
𝝎𝒏
𝟐
𝟏 +
𝑲
𝟏 + 𝟐𝒎
𝒑
𝝎𝒏
+
𝒑𝟐
𝝎𝒏
𝟐
=
𝑲
𝟏 + 𝑲
𝟏 +
𝟐𝒎
𝟏 + 𝑲
𝒑
𝝎𝒏
+
𝟏
𝟏 + 𝑲
𝒑𝟐
𝝎𝒏
𝟐
=
𝑲′
𝟏 + 𝟐𝒎′
𝒑
𝝎′𝒏
+
𝒑𝟐
𝝎′𝒏
𝟐
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 11
Notion de système asservi
Système asservi à retour unitaire de 2nd ordre:
Stabilité des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
Définition de la stabilité:
Un système est stable si après une perturbation il revient
à son état d’équilibre.
Système toujours stable Système stable.
Après perturbation, il revient à son
état d’équilibre (après plusieurs
oscillations)
Système instable
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 12
Stabilité des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
Définition de la stabilité:
Un système est stable si les pôles de sa fonction de
transfert en boucle fermée 𝐹𝐵𝐹(𝑝) sont réels négatifs ou
complexes à parties réelles négatives.
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 13
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 14
Stabilité des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
Discussion de la stabilité selon la position du pôle:
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 15
Stabilité des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
Etudier la stabilité des systèmes linéaires
continus en utilisant deux méthode:
• La méthode algébrique en étudiant le critère de
Routh.
• La méthode graphique par utilisation du critère
de revers dans les trois diagrammes (Bode,
Black et Nyquist).
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 16
Stabilité des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
𝑫𝑭𝑩𝑭
𝒑 = 𝟏 + 𝑮 𝒑 𝑯(𝒑) = 𝒂𝒏𝒑𝒏 + 𝒂𝒏−𝟏𝒑𝒏−𝟏 + 𝒂𝒏−𝟐𝒑𝒏−𝟐 + ⋯ + 𝒂𝟏𝒑 + 𝒂𝟎
𝐩𝐧 𝐚𝐧 𝐚𝐧−𝟐 𝐚𝐧−𝟒 …….. Les coefficients 𝐛𝐢 et 𝐜𝐢 sont
calculés comme suit :
𝐛𝟏 =
𝐚𝐧−𝟏𝐚𝐧−𝟐 − 𝐚𝐧𝐚𝐧−𝟑
𝐚𝐧−𝟏
𝐛𝟐 =
𝐚𝐧−𝟏𝐚𝐧−𝟒 − 𝐚𝐧𝐚𝐧−𝟓
𝐚𝐧−𝟏
𝐜𝟏 =
𝐛𝟏𝐚𝐧−𝟑 − 𝐛𝟐𝐚𝐧−𝟏
𝐛𝟏
𝐜𝟐 =
𝐛𝟏𝐚𝐧−𝟓 − 𝐛𝟑𝐚𝐧−𝟏
𝐛𝟏
𝐩𝐧−𝟏 𝐚𝐧−𝟏 𝐚𝐧−𝟑 𝐚𝐧−𝟓 ……..
𝐩𝐧−𝟐 𝐛𝟏 𝐛𝟐 𝐛𝟑 ……..
𝐩𝐧−𝟑 𝐜𝟏 𝐜𝟐 𝐜𝟑 ……..
𝐩𝟎 𝟎
Critère algébrique de stabilité ⟹ Critère de Routh:
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 17
Enoncé du critère de Routh :
• Si tous les termes de la 1ère colonne sont strictement
positifs alors les pôles sont soit réels négatifs ou
complexes à parties réelles négatives c’est-à-dire le
système étudié est stable.
• Si les termes de la 1ère colonne ne sont pas strictement
positifs alors le nombre de changement de signes est
égal au nombre de pôles réels positifs ou complexes à
parties réelles positives c’est-à-dire que le système
étudié est instable.
Stabilité des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 18
Stabilité des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
𝑫𝑭𝑩𝑭
𝒑 = 𝟐𝒑𝟒 + 𝟓𝒑𝟑 + 𝟑𝒑𝟐 + 𝒑 + 𝟏
𝐩𝟒
2 3 1
Les coefficients 𝐛𝐢 et 𝐜𝐢 sont
calculés comme suit :
𝐛𝟏 =
𝟓 ∗ 𝟑 − 𝟐 ∗ 𝟏
𝟓
=
𝟏𝟑
𝟓
𝐛𝟐 =
𝟓 ∗ 𝟏 − 𝟐 ∗ 𝟎
𝟓
= 𝟏
𝐜𝟏 =
𝟐, 𝟔 ∗ 𝟏 − 𝟏 ∗ 𝟓
𝟐, 𝟔
= −
𝟏𝟐
𝟏𝟑
𝒅𝟏 = 𝟏
𝐩𝟑 5 1
𝐩𝟐
𝐛𝟏 =
𝟏𝟑
𝟓
𝐛𝟐 = 𝟏 0
𝒑 𝐜𝟏 = −
𝟏𝟐
𝟏𝟑
𝐜𝟐 = 𝟎
𝐩𝟎 𝒅𝟏 = 𝟏 0
𝐩𝟎 𝟎
Critère algébrique de stabilité ⟹ Critère de Routh (Exemple):
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 19
Stabilité des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
Critères graphiques de stabilité :
Point critique:
𝑭𝑩𝑭 𝒋𝝎 =
𝑺 𝒋𝝎
𝑬 𝒑
=
𝑮(𝒋𝝎)
𝟏 + 𝑮 𝒋𝝎 𝑯(𝒋𝝎)
𝟏 + 𝑮 𝒋𝝎 𝑯 𝒋𝝎 = 𝟎 ⟹ 𝑮 𝒋𝝎 𝑯 𝒋𝝎 = −𝟏
𝑭𝑩𝑶 𝒋𝝎𝑪 = 𝑮 𝒋𝝎𝑪 𝑯 𝒋𝝎𝑪 = −𝟏 ⟹
∥ 𝑮 𝒋𝝎𝑪 𝑯 𝒋𝝎𝑪 ∥= 𝟏
𝑨𝒓𝒈 𝑮 𝒋𝝎𝑪 𝑯 𝒋𝝎𝑪 = −𝝅
⟹
𝟐𝟎𝒍𝒐𝒈 ∥ 𝑮 𝒋𝝎𝑪 𝑯 𝒋𝝎𝑪 ∥= 𝟎
𝑨𝒓𝒈 𝑮 𝒋𝝎𝑪 𝑯 𝒋𝝎𝑪 = −𝝅
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 20
Stabilité des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
Critères graphiques de stabilité :
Critère de revers dans le plan de Nyquist:
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 21
Enoncé du critère du revers dans le plan de
Nyquist:
Un système est stable en boucle fermée si en
parcourant son lieu de Nyquist en boucle
ouverte 𝐹𝐵𝑂 𝑗𝜔𝐶 dans le sens des 𝜔
croissants, on laisse le point critique A(-1,0) à
gauche.
Stabilité des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
Critères graphiques de stabilité :
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 22
Stabilité des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
Critère de revers dans le plan de Black:
Critères graphiques de stabilité :
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 23
Enoncé du critère du revers dans le plan de
Black:
Le système est stable en boucle fermée si en
parcourant le lieu de Black de sa fonction de
transfert en boucle ouverte 𝐹𝐵𝑂 𝑗𝜔𝐶 dans le
sens des 𝜔 croissants, on laisse le point critique
A(-180°,0dB) à droite.
Stabilité des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
Critères graphiques de stabilité :
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 24
Stabilité des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
Critères graphiques de stabilité :
Critère de revers dans le plan de Bode:
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 25
Stabilité des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
Critères graphiques de stabilité :
Enoncé du critère du revers dans la plan de Bode:
Le système en boucle fermée est stable si l’une des conditions
suivantes est satisfaite:
• Le lieu du gain de la fonction en boucle ouverte 𝐺𝑑𝐵 =
20𝑙𝑜𝑔 ∥ 𝐹𝐵𝑂(𝑗𝜔) ∥ coupe l’axe 0dB pour un argument
𝐴𝑟𝑔𝐹𝐵𝑂 𝑗𝜔 > −180°.
• L’argument 𝐴𝑟𝑔𝐹𝐵𝑂 𝑗𝜔 = −180° pour un gain inférieur à
0dB.
• Le lieu du gain de la fonction en boucle ouverte
𝐺𝑑𝐵 = 20𝑙𝑜𝑔 ∥ 𝐹𝐵𝑂(𝑗𝜔) ∥ coupe l’axe 0dB avec une pente
supérieure à -40dB/dec (ou -2).
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 26
Stabilité des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
𝑀𝐺 = −20𝑙𝑜𝑔 ∥ 𝐹𝐵𝑂 𝑗𝜔−𝜋 ∥
𝑀𝜑 = 𝐴𝑟𝑔(𝐹𝐵𝑂 𝑗𝜔0 ) + 𝜋
𝐴𝑟𝑔𝐹𝐵𝑂 𝑗𝜔−𝜋 = −𝜋
∥ 𝐹𝐵𝑂 𝑗𝜔0 ∥=1
Marge de gain 𝑴𝑮 :
Marge de phase 𝑴𝝋 :
Marges de stabilité :
Nyquist:
Black:
Bode:
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 27
Stabilité des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
Marges de stabilité :
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 28
Stabilité des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
Interprétation des marges de stabilité
 Un système est stable en BF si la marge de phase est positive, ce qui se traduit par :
∥ 𝐴𝑟𝑔(𝐹𝐵𝑂 𝑗𝜔0 ∥< 𝜋
 La marge de gain correspond au gain supplémentaire maximum que l'on peut donner au
système en BO sans risquer de le rendre instable en BF.
 Plus les marges sont grandes, plus robuste est la stabilité.
 Pour des raisons pratiques on adopte les choix suivants pour les marges de gain et de
phase:
10𝑑𝐵 ≤ 𝑀𝐺 ≤ 15𝑑𝐵
𝜋
4
= 45° ≤ 𝑀𝜑 ≤
𝜋
3
= 60°
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 29
Précision des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
𝑮(𝒑)
+ -
𝑬(𝒑) 𝜺(𝒑) 𝑺(𝒑)
𝑺(𝒑)
Par définition, on dira qu’un système est d’autant plus
précis que le signal d’erreur 𝜀 𝑡 est plus faible.
Définition :
𝜺∞ = 𝒍𝒊𝒎
𝒕→+∞
𝜺 𝒕 = 𝟎 , ∀𝒕
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 30
Précision des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
𝜀∞ = 𝑙𝑖𝑚
𝑡→+∞
𝜀 𝑡 = 𝑙𝑖𝑚
𝑝→0
𝑝𝜀 𝑝
On a:
𝜀 𝑝 = 𝐸 𝑝 − 𝑆 𝑝 𝑒𝑡 𝑆 𝑝 = 𝐺 𝑝 𝜀 𝑝
⟹ 𝜀 𝑝 1 + 𝐺 𝑝 = 𝐸(𝑝)
Finalement:
𝜀 𝑝 =
𝐸(𝑝)
1 + 𝐺(𝑝)
=
𝐸(𝑝)
1 + 𝐹𝐵𝑂(𝑝)
En utilisant le théorème de la valeur finale
(propriété de Laplace) l’erreur est définie par:
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 31
Précision des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
D’après cette expression on remarque que 𝜀 𝑝 dépend :
• de la nature de l’entrée (ou consigne) (présence de E(p) dans
l’expression).
• de la nature du système (présence de la fonction de transfert en
boucle ouverte G(p)).
𝜺 𝒑 =
𝑬(𝒑)
𝟏 + 𝑭𝑩𝑶(𝒑)
=
𝑬(𝒑)
𝟏 + 𝑮(𝒑)
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 32
Précision des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
La fonction de transfert en boucle ouverte peut être exprimée sous la
forme suivante :
𝐹𝐵𝑂 𝑝 = 𝐺 𝑝 =
𝐾(𝑏𝑚𝑝𝑚 + 𝑏𝑚−1𝑝𝑚−1 + ⋯ + 𝑏1𝑝 + 1)
𝑝𝛼(𝑎𝑛𝑝𝑛 + 𝑎𝑛−1𝑝𝑛−1 + ⋯ + 𝑎1𝑝 + 1)
Où :
 𝛼 : le nombre d’intégrateurs de la fonction de transfert en boucle
ouverte, c’est la classe du système.
 𝑎𝑖, 𝑏𝑗 : coefficients positifs.
 𝑛 > 𝑚 : pour des raisons de réalisabilité du système.
 𝐾 : gain statique de 𝐺 𝑝 .
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 33
Précision des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
Exemples:
𝐺 𝑝 =
𝐾(𝑏𝑚𝑝𝑚 + 𝑏𝑚−1𝑝𝑚−1 + ⋯ + 𝑏1𝑝 + 1)
𝑝𝛼(𝑎𝑛𝑝𝑛 + 𝑎𝑛−1𝑝𝑛−1 + ⋯ + 𝑎1𝑝 + 1)
𝐺1 𝑝 =
3
𝑝
*𝐾 = 3, 𝑏𝑖 = 0, 𝑎𝑖 = 0, 𝛼 = 1
𝐺2 𝑝 =
𝑝 + 1
𝑝(𝑝2 + 3𝑝 + 1)
*𝐾 = 1, 𝑚 = 1, 𝑏𝑚 = 𝑏1 = 1, 𝛼 = 1, 𝑛 = 2, 𝑎2 = 1, 𝑎1 = 3
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 34
Précision des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
𝜺∞ = 𝒍𝒊𝒎
𝒑→𝟎
𝒑
𝑬(𝒑)
𝟏 + 𝑮(𝒑)
= 𝒍𝒊𝒎
𝒑→𝟎
𝒑
𝑬(𝒑)
𝟏 +
𝑲
𝒑𝜶
= 𝒍𝒊𝒎
𝒑→𝟎
𝒑𝜶+𝟏
𝒑𝜶 + 𝑲
𝑬(𝒑)
Sachant que: 𝒍𝒊𝒎
𝒑→𝟎
𝒃𝒎𝒑𝒎+𝒃𝒎−𝟏𝒑𝒎−𝟏+⋯+𝒃𝟏𝒑+𝟏
𝒂𝒏𝒑𝒏+𝒂𝒏−𝟏𝒑𝒏−𝟏+⋯+𝒂𝟏𝒑+𝟏
= 𝟏
𝐺 𝑝 =
𝐾(𝑏𝑚𝑝𝑚 + 𝑏𝑚−1𝑝𝑚−1 + ⋯ + 𝑏1𝑝 + 1)
𝑝𝛼(𝑎𝑛𝑝𝑛 + 𝑎𝑛−1𝑝𝑛−1 + ⋯ + 𝑎1𝑝 + 1)
𝜺∞ = 𝒍𝒊𝒎
𝒕→+∞
𝜺 𝒕 = 𝒍𝒊𝒎
𝒑→𝟎
𝒑𝜺 𝒑 = 𝒍𝒊𝒎
𝒑→𝟎
𝒑
𝑬(𝒑)
𝟏 + 𝑮(𝒑)
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 35
Précision des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
 Types de consigne (entrée) :
L’erreur statique peut être calculée pour n’importe quelle consigne,
mais en pratique l’intérêt est porté pour trois types de consigne :
• L’échelon unitaire : 𝑒 𝑡 = 𝑢 𝑡
ℒ
𝐸 𝑝 =
1
𝑝
.
• La rampe : 𝑒 𝑡 = 𝑡𝑢 𝑡
ℒ
𝐸 𝑝 =
1
𝑝2.
• L’accélération : 𝑒 𝑡 = 𝑡2
𝑢 𝑡
ℒ
𝐸 𝑝 =
2
𝑝3.
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 36
Précision des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
Erreur statique pour une entrée échelon unitaire :
𝑒 𝑡 = 𝑢 𝑡
ℒ
𝐸 𝑝 =
1
𝑝
Dans ce cas l’erreur statique est appelée erreur de position et est
notée 𝜀𝑝.
On remplace de l’expression de 𝜀∞ :
𝜀∞ = 𝜀𝑝 = lim
𝑝→0
𝑝
𝐸(𝑝)
1 +
𝐾
𝑝𝛼
= lim
𝑝→0
𝑝𝛼+1
𝑝𝛼 + 𝐾
1
𝑝
= lim
𝑝→0
𝑝𝛼
𝑝𝛼 + 𝐾
=
𝛼 = 0 →
1
1 + 𝐾
𝛼 = 1 → 0
𝛼 > 1 → 0
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 37
Précision des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
Erreur statique pour une entrée rampe :
𝑒 𝑡 = 𝑡𝑢 𝑡
ℒ
𝐸 𝑝 =
1
𝑝2
Dans ce cas l’erreur statique est appelée erreur de vitesse (ou de
trainage) et est notée 𝜀𝑉.
𝜀∞ = 𝜀𝑉 = lim
𝑝→0
𝑝
𝐸(𝑝)
1 +
𝐾
𝑝𝛼
= lim
𝑝→0
𝑝𝛼+1
𝑝𝛼 + 𝐾
1
𝑝2
= lim
𝑝→0
𝑝𝛼−1
𝑝𝛼 + 𝐾
𝛼 = 0 → lim
𝑝→0
1
𝑝(1 + 𝐾)
= +∞
𝛼 = 1 → lim
𝑝→0
1
(𝑝 + 𝐾)
=
1
𝐾
𝛼 > 1 → 0
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 38
Précision des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
Erreur statique pour une entrée accélération (ou parabole) :
𝑒 𝑡 = 𝑡2
𝑢 𝑡
ℒ
𝐸 𝑝 =
2
𝑝3
Dans ce cas l’erreur statique est appelée erreur d’accélération et
est notée 𝜀𝑎.
𝜀∞ = 𝜀𝑎 = lim
𝑝→0
𝑝
𝐸(𝑝)
1 +
𝐾
𝑝𝛼
= lim
𝑝→0
𝑝𝛼+1
𝑝𝛼 + 𝐾
2
𝑝3
= lim
𝑝→0
2 𝑝𝛼−2
𝑝𝛼 + 𝐾
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 39
Précision des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
𝛂
𝛃-Entrée 𝟎 𝟏 𝟐 ≥ 𝟑
𝛃 = 𝟏 ⟹ 𝐄 𝐩 =
𝐀
𝐩
𝛆𝐩 =
𝐀
𝐊𝐩
𝛆𝐩 = 𝟎 𝛆𝐩 = 𝟎 𝛆𝐩 = 𝟎
𝛃 = 𝟐 ⟹ 𝐄 𝐩 =
𝐀
𝐩𝟐
𝛆𝐕 = +∞ 𝛆𝐕 =
𝐀
𝐊𝐯
𝛆𝐕 = 𝟎 𝛆𝐕 = 𝟎
𝛃 = 𝟑 ⟹ 𝐄 𝐩 =
𝐀
𝐩𝟑
𝛆𝐚 = ∞ 𝛆𝐚 = ∞ 𝛆𝐚 =
𝐀
𝐊𝐚
𝛆𝐚 = 𝟎
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 40
Stabilité des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 41
𝑮(𝒑)
+ -
𝑬(𝒑) 𝜺(𝒑) 𝑺(𝒑)
𝑺(𝒑)
𝐺 𝑝 =
𝑝 + 2
𝑝2 + 6𝑝 + 2
=
2(0,5𝑝 + 1)
2(0,5𝑝2 + 3𝑝 + 1)
=
0,5𝑝 + 1
0,5𝑝2 + 3𝑝 + 1
𝐾 = 1; 𝑏1 = 0,5; 𝑎2 = 0,5; 𝑎1 = 3; 𝛼 = 0 ⟹ pas d′intégration
1
𝑝
• L’erreur de position pour une entrée échelon : 𝐸 𝑝 =
1
𝑝
𝜀𝑝 = 𝑐𝑡𝑒 = lim
𝑝→0
𝑝
1/𝑝
1 + 𝐺 𝑝
= lim
𝑝→0
1
1 +
0,5𝑝 + 1
0,5𝑝2 + 3𝑝 + 1
=
1
2
Précision des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
Exemple 1:
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 42
• L’erreur de vitesse pour une entrée en rampe:𝐸 𝑝 =
1
𝑝2
𝜀𝑉 = +∞ = lim
𝑝→0
𝑝
1/𝑝2
1 + 𝐺 𝑝
= lim
𝑝→0
1
𝑝(1 +
0,5𝑝 + 1
0,5𝑝2 + 3𝑝 + 1
)
= +∞
• L’erreur d’accélération pour une entrée (𝑒 𝑡 = 𝑡2
𝑢(𝑡)): 𝐸 𝑝 =
2
𝑝3
𝜀𝑎 = +∞ = lim
𝑝→0
𝑝
2/𝑝3
1 + 𝐺 𝑝
= lim
𝑝→0
1
𝑝2(1 +
0,5𝑝 + 1
0,5𝑝2 + 3𝑝 + 1
)
= +∞
Précision des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 43
𝑮(𝒑)
+ -
𝑬(𝒑) 𝜺(𝒑) 𝑺(𝒑)
𝑺(𝒑)
𝐺 𝑝 =
𝑝 + 2
𝑝(𝑝2 + 6𝑝 + 2)
=
2(0,5𝑝 + 1)
2𝑝(0,5𝑝2 + 3𝑝 + 1)
=
0,5𝑝 + 1
𝑝(0,5𝑝2 + 3𝑝 + 1)
𝐾 = 1; 𝑏1 = 0,5; 𝑎2 = 0,5; 𝑎1 = 3; 𝛼 = 0 ⟹ il y′
a une intégration
1
𝑝
• L’erreur de position: entrée échelon E(p)=1/p
𝜀𝑝 = 𝑐𝑡𝑒 = lim
𝑝→0
𝑝
1/𝑝
1 + 𝐺 𝑝
= lim
𝑝→0
1
1 +
0,5𝑝 + 1
𝑝(0,5𝑝2 + 3𝑝 + 1)
= 0
Précision des Systèmes Asservis
Linéaire Continus
Exemple 2:
Analyse des Systèmes Linéaires Continus 44
• L’erreur de vitesse pour une entrée en rampe: 𝐸 𝑝 =
1
𝑝2
𝜀𝑉 = lim
𝑝→0
𝑝
1/𝑝2
1 + 𝐺 𝑝
= lim
𝑝→0
1
𝑝(1 +
0,5𝑝 + 1
𝑝(0,5𝑝2 + 3𝑝 + 1)
)
⟹ 𝜀𝑉 = lim
𝑝→0
1
𝑝 +
0,5𝑝 + 1
0,5𝑝2 + 3𝑝 + 1
)
= 1
• L’erreur d’accélération pour une entrée (𝑒 𝑡 = 𝑡2
𝑢(𝑡)): 𝐸 𝑝 =
2
𝑝3
𝜀𝑎 = lim
𝑝→0
𝑝
2/𝑝3
1 + 𝐺 𝑝
= lim
𝑝→0
1
𝑝2(1 +
0,5𝑝 + 1
𝑝(0,5𝑝2 + 3𝑝 + 1)
)
= +∞
Précision des Systèmes Asservis
Linéaire Continus

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  • 1. Commande des Systèmes Linéaires Continus Présenté par: Pr Ahmed MOUTABIR 2020-2021
  • 2. Titre de la leçon: Analyse des Systèmes Asservis Linéaires Continus
  • 3. Objectifs du cours Analyse des Systèmes Linéaires Continus 3 • La définition d’un système asservi et ses éléments: - la consigne, le signal de retour, l’écart. - la chaine directe, la chaine de retour. • La définition de la boucle ouverte et la boucle fermée d’un système asservi. • L’étude de la stabilité d’un système asservi linéaire continu. • L’étude de la précision d’un système asservi linéaire continu.
  • 4. Notion de système asservi Analyse des Systèmes Linéaires Continus 4 Commande du système en boucle ouverte: Problèmes: • Aucune information sur les évolutions de la sortie: - Le modèle du système (G(p)) n’est pas parfait. - Le système est soumis aux perturbations.
  • 5. Notion de système asservi Fonction de transfert du système 𝑮(𝒑) Fonction de transfert du capteur 𝑯(𝒑) + - Consigne E(p) Ecart 𝜺(𝒑) Sortie S(p) Retour R(p) Analyse des Systèmes Linéaires Continus 5 Solution: Commande du système en boucle fermée. Le système est bouclé: • Mesure de la sortie. • Comparaison de la sortie à une consigne. • Le résultat de la comparaison donne l’information sur l’évolution de la sortie.
  • 6. Notion de système asservi 𝑭𝑩𝑶 𝒑 = 𝑹 𝒑 𝜺 𝒑 = 𝑮 𝒑 𝑯(𝒑) 𝑭𝑩𝑭 𝒑 = 𝑺 𝒑 𝑬 𝒑 = 𝑮(𝒑) 𝟏 + 𝑮 𝒑 𝑯(𝒑) Fonction de transfert en boucle ouverte : Fonction de transfert en boucle fermée : 𝜺 𝒑 = 𝑬(𝒑) 𝟏 + 𝑮 𝒑 𝑯 𝒑 Expression de l’erreur : Analyse des Systèmes Linéaires Continus 6 Caractéristiques du système asservi général :
  • 7. 𝑮(𝒑) +- 𝑬(𝒑) 𝜺(𝒑) 𝑺(𝒑) 𝑹(𝒑) Notion de système asservi 𝑭𝑩𝑶 𝒑 = 𝑹 𝒑 𝜺 𝒑 = 𝑮 𝒑 𝑭𝑩𝑭 𝒑 = 𝑺 𝒑 𝑬 𝒑 = 𝑮(𝒑) 𝟏 + 𝑮 𝒑 𝜺 𝒑 = 𝑬(𝒑) 𝟏 + 𝑮 𝒑 Système asservi à retour unitaire : Analyse des Systèmes Linéaires Continus 7
  • 8. Notion de système asservi Analyse des Systèmes Linéaires Continus 8 Système asservi à retour unitaire de 1er ordre: 𝑭𝑩𝑶 𝒑 = 𝑮 𝒑 = 𝑲 𝟏 + 𝝉𝒑 𝑭𝑩𝑭 𝒑 = 𝑮(𝒑) 𝟏 + 𝑮 𝒑 = 𝑲 𝟏 + 𝝉𝒑 𝟏 + 𝑲 𝟏 + 𝝉𝒑 = 𝑲 𝟏 + 𝑲 + 𝝉𝒑 = 𝑲 𝟏 + 𝑲 𝟏 + 𝝉 𝟏 + 𝑲 𝒑 = 𝑲′ 𝟏 + 𝝉′𝒑 Fonction de transfert en boucle ouverte : Fonction de transfert en boucle fermée :
  • 9. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 9 Notion de système asservi Système asservi à retour unitaire de 1er ordre:
  • 10. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 10 Notion de système asservi Système asservi à retour unitaire de 2nd ordre: Fonction de transfert en boucle ouverte : Fonction de transfert en boucle fermée : 𝑭𝑩𝑶 𝒑 = 𝑮 𝒑 = 𝑲 𝟏 + 𝟐𝒎 𝒑 𝝎𝒏 + 𝒑𝟐 𝝎𝒏 𝟐 𝑭𝑩𝑭 𝒑 = 𝑮(𝒑) 𝟏 + 𝑮 𝒑 = 𝑲 𝟏 + 𝟐𝒎 𝒑 𝝎𝒏 + 𝒑𝟐 𝝎𝒏 𝟐 𝟏 + 𝑲 𝟏 + 𝟐𝒎 𝒑 𝝎𝒏 + 𝒑𝟐 𝝎𝒏 𝟐 = 𝑲 𝟏 + 𝑲 𝟏 + 𝟐𝒎 𝟏 + 𝑲 𝒑 𝝎𝒏 + 𝟏 𝟏 + 𝑲 𝒑𝟐 𝝎𝒏 𝟐 = 𝑲′ 𝟏 + 𝟐𝒎′ 𝒑 𝝎′𝒏 + 𝒑𝟐 𝝎′𝒏 𝟐
  • 11. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 11 Notion de système asservi Système asservi à retour unitaire de 2nd ordre:
  • 12. Stabilité des Systèmes Asservis Linéaire Continus Définition de la stabilité: Un système est stable si après une perturbation il revient à son état d’équilibre. Système toujours stable Système stable. Après perturbation, il revient à son état d’équilibre (après plusieurs oscillations) Système instable Analyse des Systèmes Linéaires Continus 12
  • 13. Stabilité des Systèmes Asservis Linéaire Continus Définition de la stabilité: Un système est stable si les pôles de sa fonction de transfert en boucle fermée 𝐹𝐵𝐹(𝑝) sont réels négatifs ou complexes à parties réelles négatives. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 13
  • 14. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 14 Stabilité des Systèmes Asservis Linéaire Continus Discussion de la stabilité selon la position du pôle:
  • 15. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 15 Stabilité des Systèmes Asservis Linéaire Continus Etudier la stabilité des systèmes linéaires continus en utilisant deux méthode: • La méthode algébrique en étudiant le critère de Routh. • La méthode graphique par utilisation du critère de revers dans les trois diagrammes (Bode, Black et Nyquist).
  • 16. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 16 Stabilité des Systèmes Asservis Linéaire Continus 𝑫𝑭𝑩𝑭 𝒑 = 𝟏 + 𝑮 𝒑 𝑯(𝒑) = 𝒂𝒏𝒑𝒏 + 𝒂𝒏−𝟏𝒑𝒏−𝟏 + 𝒂𝒏−𝟐𝒑𝒏−𝟐 + ⋯ + 𝒂𝟏𝒑 + 𝒂𝟎 𝐩𝐧 𝐚𝐧 𝐚𝐧−𝟐 𝐚𝐧−𝟒 …….. Les coefficients 𝐛𝐢 et 𝐜𝐢 sont calculés comme suit : 𝐛𝟏 = 𝐚𝐧−𝟏𝐚𝐧−𝟐 − 𝐚𝐧𝐚𝐧−𝟑 𝐚𝐧−𝟏 𝐛𝟐 = 𝐚𝐧−𝟏𝐚𝐧−𝟒 − 𝐚𝐧𝐚𝐧−𝟓 𝐚𝐧−𝟏 𝐜𝟏 = 𝐛𝟏𝐚𝐧−𝟑 − 𝐛𝟐𝐚𝐧−𝟏 𝐛𝟏 𝐜𝟐 = 𝐛𝟏𝐚𝐧−𝟓 − 𝐛𝟑𝐚𝐧−𝟏 𝐛𝟏 𝐩𝐧−𝟏 𝐚𝐧−𝟏 𝐚𝐧−𝟑 𝐚𝐧−𝟓 …….. 𝐩𝐧−𝟐 𝐛𝟏 𝐛𝟐 𝐛𝟑 …….. 𝐩𝐧−𝟑 𝐜𝟏 𝐜𝟐 𝐜𝟑 …….. 𝐩𝟎 𝟎 Critère algébrique de stabilité ⟹ Critère de Routh:
  • 17. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 17 Enoncé du critère de Routh : • Si tous les termes de la 1ère colonne sont strictement positifs alors les pôles sont soit réels négatifs ou complexes à parties réelles négatives c’est-à-dire le système étudié est stable. • Si les termes de la 1ère colonne ne sont pas strictement positifs alors le nombre de changement de signes est égal au nombre de pôles réels positifs ou complexes à parties réelles positives c’est-à-dire que le système étudié est instable. Stabilité des Systèmes Asservis Linéaire Continus
  • 18. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 18 Stabilité des Systèmes Asservis Linéaire Continus 𝑫𝑭𝑩𝑭 𝒑 = 𝟐𝒑𝟒 + 𝟓𝒑𝟑 + 𝟑𝒑𝟐 + 𝒑 + 𝟏 𝐩𝟒 2 3 1 Les coefficients 𝐛𝐢 et 𝐜𝐢 sont calculés comme suit : 𝐛𝟏 = 𝟓 ∗ 𝟑 − 𝟐 ∗ 𝟏 𝟓 = 𝟏𝟑 𝟓 𝐛𝟐 = 𝟓 ∗ 𝟏 − 𝟐 ∗ 𝟎 𝟓 = 𝟏 𝐜𝟏 = 𝟐, 𝟔 ∗ 𝟏 − 𝟏 ∗ 𝟓 𝟐, 𝟔 = − 𝟏𝟐 𝟏𝟑 𝒅𝟏 = 𝟏 𝐩𝟑 5 1 𝐩𝟐 𝐛𝟏 = 𝟏𝟑 𝟓 𝐛𝟐 = 𝟏 0 𝒑 𝐜𝟏 = − 𝟏𝟐 𝟏𝟑 𝐜𝟐 = 𝟎 𝐩𝟎 𝒅𝟏 = 𝟏 0 𝐩𝟎 𝟎 Critère algébrique de stabilité ⟹ Critère de Routh (Exemple):
  • 19. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 19 Stabilité des Systèmes Asservis Linéaire Continus Critères graphiques de stabilité : Point critique: 𝑭𝑩𝑭 𝒋𝝎 = 𝑺 𝒋𝝎 𝑬 𝒑 = 𝑮(𝒋𝝎) 𝟏 + 𝑮 𝒋𝝎 𝑯(𝒋𝝎) 𝟏 + 𝑮 𝒋𝝎 𝑯 𝒋𝝎 = 𝟎 ⟹ 𝑮 𝒋𝝎 𝑯 𝒋𝝎 = −𝟏 𝑭𝑩𝑶 𝒋𝝎𝑪 = 𝑮 𝒋𝝎𝑪 𝑯 𝒋𝝎𝑪 = −𝟏 ⟹ ∥ 𝑮 𝒋𝝎𝑪 𝑯 𝒋𝝎𝑪 ∥= 𝟏 𝑨𝒓𝒈 𝑮 𝒋𝝎𝑪 𝑯 𝒋𝝎𝑪 = −𝝅 ⟹ 𝟐𝟎𝒍𝒐𝒈 ∥ 𝑮 𝒋𝝎𝑪 𝑯 𝒋𝝎𝑪 ∥= 𝟎 𝑨𝒓𝒈 𝑮 𝒋𝝎𝑪 𝑯 𝒋𝝎𝑪 = −𝝅
  • 20. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 20 Stabilité des Systèmes Asservis Linéaire Continus Critères graphiques de stabilité : Critère de revers dans le plan de Nyquist:
  • 21. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 21 Enoncé du critère du revers dans le plan de Nyquist: Un système est stable en boucle fermée si en parcourant son lieu de Nyquist en boucle ouverte 𝐹𝐵𝑂 𝑗𝜔𝐶 dans le sens des 𝜔 croissants, on laisse le point critique A(-1,0) à gauche. Stabilité des Systèmes Asservis Linéaire Continus Critères graphiques de stabilité :
  • 22. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 22 Stabilité des Systèmes Asservis Linéaire Continus Critère de revers dans le plan de Black: Critères graphiques de stabilité :
  • 23. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 23 Enoncé du critère du revers dans le plan de Black: Le système est stable en boucle fermée si en parcourant le lieu de Black de sa fonction de transfert en boucle ouverte 𝐹𝐵𝑂 𝑗𝜔𝐶 dans le sens des 𝜔 croissants, on laisse le point critique A(-180°,0dB) à droite. Stabilité des Systèmes Asservis Linéaire Continus Critères graphiques de stabilité :
  • 24. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 24 Stabilité des Systèmes Asservis Linéaire Continus Critères graphiques de stabilité : Critère de revers dans le plan de Bode:
  • 25. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 25 Stabilité des Systèmes Asservis Linéaire Continus Critères graphiques de stabilité : Enoncé du critère du revers dans la plan de Bode: Le système en boucle fermée est stable si l’une des conditions suivantes est satisfaite: • Le lieu du gain de la fonction en boucle ouverte 𝐺𝑑𝐵 = 20𝑙𝑜𝑔 ∥ 𝐹𝐵𝑂(𝑗𝜔) ∥ coupe l’axe 0dB pour un argument 𝐴𝑟𝑔𝐹𝐵𝑂 𝑗𝜔 > −180°. • L’argument 𝐴𝑟𝑔𝐹𝐵𝑂 𝑗𝜔 = −180° pour un gain inférieur à 0dB. • Le lieu du gain de la fonction en boucle ouverte 𝐺𝑑𝐵 = 20𝑙𝑜𝑔 ∥ 𝐹𝐵𝑂(𝑗𝜔) ∥ coupe l’axe 0dB avec une pente supérieure à -40dB/dec (ou -2).
  • 26. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 26 Stabilité des Systèmes Asservis Linéaire Continus 𝑀𝐺 = −20𝑙𝑜𝑔 ∥ 𝐹𝐵𝑂 𝑗𝜔−𝜋 ∥ 𝑀𝜑 = 𝐴𝑟𝑔(𝐹𝐵𝑂 𝑗𝜔0 ) + 𝜋 𝐴𝑟𝑔𝐹𝐵𝑂 𝑗𝜔−𝜋 = −𝜋 ∥ 𝐹𝐵𝑂 𝑗𝜔0 ∥=1 Marge de gain 𝑴𝑮 : Marge de phase 𝑴𝝋 : Marges de stabilité :
  • 27. Nyquist: Black: Bode: Analyse des Systèmes Linéaires Continus 27 Stabilité des Systèmes Asservis Linéaire Continus Marges de stabilité :
  • 28. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 28 Stabilité des Systèmes Asservis Linéaire Continus Interprétation des marges de stabilité  Un système est stable en BF si la marge de phase est positive, ce qui se traduit par : ∥ 𝐴𝑟𝑔(𝐹𝐵𝑂 𝑗𝜔0 ∥< 𝜋  La marge de gain correspond au gain supplémentaire maximum que l'on peut donner au système en BO sans risquer de le rendre instable en BF.  Plus les marges sont grandes, plus robuste est la stabilité.  Pour des raisons pratiques on adopte les choix suivants pour les marges de gain et de phase: 10𝑑𝐵 ≤ 𝑀𝐺 ≤ 15𝑑𝐵 𝜋 4 = 45° ≤ 𝑀𝜑 ≤ 𝜋 3 = 60°
  • 29. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 29 Précision des Systèmes Asservis Linéaire Continus 𝑮(𝒑) + - 𝑬(𝒑) 𝜺(𝒑) 𝑺(𝒑) 𝑺(𝒑) Par définition, on dira qu’un système est d’autant plus précis que le signal d’erreur 𝜀 𝑡 est plus faible. Définition : 𝜺∞ = 𝒍𝒊𝒎 𝒕→+∞ 𝜺 𝒕 = 𝟎 , ∀𝒕
  • 30. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 30 Précision des Systèmes Asservis Linéaire Continus 𝜀∞ = 𝑙𝑖𝑚 𝑡→+∞ 𝜀 𝑡 = 𝑙𝑖𝑚 𝑝→0 𝑝𝜀 𝑝 On a: 𝜀 𝑝 = 𝐸 𝑝 − 𝑆 𝑝 𝑒𝑡 𝑆 𝑝 = 𝐺 𝑝 𝜀 𝑝 ⟹ 𝜀 𝑝 1 + 𝐺 𝑝 = 𝐸(𝑝) Finalement: 𝜀 𝑝 = 𝐸(𝑝) 1 + 𝐺(𝑝) = 𝐸(𝑝) 1 + 𝐹𝐵𝑂(𝑝) En utilisant le théorème de la valeur finale (propriété de Laplace) l’erreur est définie par:
  • 31. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 31 Précision des Systèmes Asservis Linéaire Continus D’après cette expression on remarque que 𝜀 𝑝 dépend : • de la nature de l’entrée (ou consigne) (présence de E(p) dans l’expression). • de la nature du système (présence de la fonction de transfert en boucle ouverte G(p)). 𝜺 𝒑 = 𝑬(𝒑) 𝟏 + 𝑭𝑩𝑶(𝒑) = 𝑬(𝒑) 𝟏 + 𝑮(𝒑)
  • 32. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 32 Précision des Systèmes Asservis Linéaire Continus La fonction de transfert en boucle ouverte peut être exprimée sous la forme suivante : 𝐹𝐵𝑂 𝑝 = 𝐺 𝑝 = 𝐾(𝑏𝑚𝑝𝑚 + 𝑏𝑚−1𝑝𝑚−1 + ⋯ + 𝑏1𝑝 + 1) 𝑝𝛼(𝑎𝑛𝑝𝑛 + 𝑎𝑛−1𝑝𝑛−1 + ⋯ + 𝑎1𝑝 + 1) Où :  𝛼 : le nombre d’intégrateurs de la fonction de transfert en boucle ouverte, c’est la classe du système.  𝑎𝑖, 𝑏𝑗 : coefficients positifs.  𝑛 > 𝑚 : pour des raisons de réalisabilité du système.  𝐾 : gain statique de 𝐺 𝑝 .
  • 33. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 33 Précision des Systèmes Asservis Linéaire Continus Exemples: 𝐺 𝑝 = 𝐾(𝑏𝑚𝑝𝑚 + 𝑏𝑚−1𝑝𝑚−1 + ⋯ + 𝑏1𝑝 + 1) 𝑝𝛼(𝑎𝑛𝑝𝑛 + 𝑎𝑛−1𝑝𝑛−1 + ⋯ + 𝑎1𝑝 + 1) 𝐺1 𝑝 = 3 𝑝 *𝐾 = 3, 𝑏𝑖 = 0, 𝑎𝑖 = 0, 𝛼 = 1 𝐺2 𝑝 = 𝑝 + 1 𝑝(𝑝2 + 3𝑝 + 1) *𝐾 = 1, 𝑚 = 1, 𝑏𝑚 = 𝑏1 = 1, 𝛼 = 1, 𝑛 = 2, 𝑎2 = 1, 𝑎1 = 3
  • 34. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 34 Précision des Systèmes Asservis Linéaire Continus 𝜺∞ = 𝒍𝒊𝒎 𝒑→𝟎 𝒑 𝑬(𝒑) 𝟏 + 𝑮(𝒑) = 𝒍𝒊𝒎 𝒑→𝟎 𝒑 𝑬(𝒑) 𝟏 + 𝑲 𝒑𝜶 = 𝒍𝒊𝒎 𝒑→𝟎 𝒑𝜶+𝟏 𝒑𝜶 + 𝑲 𝑬(𝒑) Sachant que: 𝒍𝒊𝒎 𝒑→𝟎 𝒃𝒎𝒑𝒎+𝒃𝒎−𝟏𝒑𝒎−𝟏+⋯+𝒃𝟏𝒑+𝟏 𝒂𝒏𝒑𝒏+𝒂𝒏−𝟏𝒑𝒏−𝟏+⋯+𝒂𝟏𝒑+𝟏 = 𝟏 𝐺 𝑝 = 𝐾(𝑏𝑚𝑝𝑚 + 𝑏𝑚−1𝑝𝑚−1 + ⋯ + 𝑏1𝑝 + 1) 𝑝𝛼(𝑎𝑛𝑝𝑛 + 𝑎𝑛−1𝑝𝑛−1 + ⋯ + 𝑎1𝑝 + 1) 𝜺∞ = 𝒍𝒊𝒎 𝒕→+∞ 𝜺 𝒕 = 𝒍𝒊𝒎 𝒑→𝟎 𝒑𝜺 𝒑 = 𝒍𝒊𝒎 𝒑→𝟎 𝒑 𝑬(𝒑) 𝟏 + 𝑮(𝒑)
  • 35. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 35 Précision des Systèmes Asservis Linéaire Continus  Types de consigne (entrée) : L’erreur statique peut être calculée pour n’importe quelle consigne, mais en pratique l’intérêt est porté pour trois types de consigne : • L’échelon unitaire : 𝑒 𝑡 = 𝑢 𝑡 ℒ 𝐸 𝑝 = 1 𝑝 . • La rampe : 𝑒 𝑡 = 𝑡𝑢 𝑡 ℒ 𝐸 𝑝 = 1 𝑝2. • L’accélération : 𝑒 𝑡 = 𝑡2 𝑢 𝑡 ℒ 𝐸 𝑝 = 2 𝑝3.
  • 36. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 36 Précision des Systèmes Asservis Linéaire Continus Erreur statique pour une entrée échelon unitaire : 𝑒 𝑡 = 𝑢 𝑡 ℒ 𝐸 𝑝 = 1 𝑝 Dans ce cas l’erreur statique est appelée erreur de position et est notée 𝜀𝑝. On remplace de l’expression de 𝜀∞ : 𝜀∞ = 𝜀𝑝 = lim 𝑝→0 𝑝 𝐸(𝑝) 1 + 𝐾 𝑝𝛼 = lim 𝑝→0 𝑝𝛼+1 𝑝𝛼 + 𝐾 1 𝑝 = lim 𝑝→0 𝑝𝛼 𝑝𝛼 + 𝐾 = 𝛼 = 0 → 1 1 + 𝐾 𝛼 = 1 → 0 𝛼 > 1 → 0
  • 37. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 37 Précision des Systèmes Asservis Linéaire Continus Erreur statique pour une entrée rampe : 𝑒 𝑡 = 𝑡𝑢 𝑡 ℒ 𝐸 𝑝 = 1 𝑝2 Dans ce cas l’erreur statique est appelée erreur de vitesse (ou de trainage) et est notée 𝜀𝑉. 𝜀∞ = 𝜀𝑉 = lim 𝑝→0 𝑝 𝐸(𝑝) 1 + 𝐾 𝑝𝛼 = lim 𝑝→0 𝑝𝛼+1 𝑝𝛼 + 𝐾 1 𝑝2 = lim 𝑝→0 𝑝𝛼−1 𝑝𝛼 + 𝐾 𝛼 = 0 → lim 𝑝→0 1 𝑝(1 + 𝐾) = +∞ 𝛼 = 1 → lim 𝑝→0 1 (𝑝 + 𝐾) = 1 𝐾 𝛼 > 1 → 0
  • 38. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 38 Précision des Systèmes Asservis Linéaire Continus Erreur statique pour une entrée accélération (ou parabole) : 𝑒 𝑡 = 𝑡2 𝑢 𝑡 ℒ 𝐸 𝑝 = 2 𝑝3 Dans ce cas l’erreur statique est appelée erreur d’accélération et est notée 𝜀𝑎. 𝜀∞ = 𝜀𝑎 = lim 𝑝→0 𝑝 𝐸(𝑝) 1 + 𝐾 𝑝𝛼 = lim 𝑝→0 𝑝𝛼+1 𝑝𝛼 + 𝐾 2 𝑝3 = lim 𝑝→0 2 𝑝𝛼−2 𝑝𝛼 + 𝐾
  • 39. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 39 Précision des Systèmes Asservis Linéaire Continus 𝛂 𝛃-Entrée 𝟎 𝟏 𝟐 ≥ 𝟑 𝛃 = 𝟏 ⟹ 𝐄 𝐩 = 𝐀 𝐩 𝛆𝐩 = 𝐀 𝐊𝐩 𝛆𝐩 = 𝟎 𝛆𝐩 = 𝟎 𝛆𝐩 = 𝟎 𝛃 = 𝟐 ⟹ 𝐄 𝐩 = 𝐀 𝐩𝟐 𝛆𝐕 = +∞ 𝛆𝐕 = 𝐀 𝐊𝐯 𝛆𝐕 = 𝟎 𝛆𝐕 = 𝟎 𝛃 = 𝟑 ⟹ 𝐄 𝐩 = 𝐀 𝐩𝟑 𝛆𝐚 = ∞ 𝛆𝐚 = ∞ 𝛆𝐚 = 𝐀 𝐊𝐚 𝛆𝐚 = 𝟎
  • 40. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 40 Stabilité des Systèmes Asservis Linéaire Continus
  • 41. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 41 𝑮(𝒑) + - 𝑬(𝒑) 𝜺(𝒑) 𝑺(𝒑) 𝑺(𝒑) 𝐺 𝑝 = 𝑝 + 2 𝑝2 + 6𝑝 + 2 = 2(0,5𝑝 + 1) 2(0,5𝑝2 + 3𝑝 + 1) = 0,5𝑝 + 1 0,5𝑝2 + 3𝑝 + 1 𝐾 = 1; 𝑏1 = 0,5; 𝑎2 = 0,5; 𝑎1 = 3; 𝛼 = 0 ⟹ pas d′intégration 1 𝑝 • L’erreur de position pour une entrée échelon : 𝐸 𝑝 = 1 𝑝 𝜀𝑝 = 𝑐𝑡𝑒 = lim 𝑝→0 𝑝 1/𝑝 1 + 𝐺 𝑝 = lim 𝑝→0 1 1 + 0,5𝑝 + 1 0,5𝑝2 + 3𝑝 + 1 = 1 2 Précision des Systèmes Asservis Linéaire Continus Exemple 1:
  • 42. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 42 • L’erreur de vitesse pour une entrée en rampe:𝐸 𝑝 = 1 𝑝2 𝜀𝑉 = +∞ = lim 𝑝→0 𝑝 1/𝑝2 1 + 𝐺 𝑝 = lim 𝑝→0 1 𝑝(1 + 0,5𝑝 + 1 0,5𝑝2 + 3𝑝 + 1 ) = +∞ • L’erreur d’accélération pour une entrée (𝑒 𝑡 = 𝑡2 𝑢(𝑡)): 𝐸 𝑝 = 2 𝑝3 𝜀𝑎 = +∞ = lim 𝑝→0 𝑝 2/𝑝3 1 + 𝐺 𝑝 = lim 𝑝→0 1 𝑝2(1 + 0,5𝑝 + 1 0,5𝑝2 + 3𝑝 + 1 ) = +∞ Précision des Systèmes Asservis Linéaire Continus
  • 43. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 43 𝑮(𝒑) + - 𝑬(𝒑) 𝜺(𝒑) 𝑺(𝒑) 𝑺(𝒑) 𝐺 𝑝 = 𝑝 + 2 𝑝(𝑝2 + 6𝑝 + 2) = 2(0,5𝑝 + 1) 2𝑝(0,5𝑝2 + 3𝑝 + 1) = 0,5𝑝 + 1 𝑝(0,5𝑝2 + 3𝑝 + 1) 𝐾 = 1; 𝑏1 = 0,5; 𝑎2 = 0,5; 𝑎1 = 3; 𝛼 = 0 ⟹ il y′ a une intégration 1 𝑝 • L’erreur de position: entrée échelon E(p)=1/p 𝜀𝑝 = 𝑐𝑡𝑒 = lim 𝑝→0 𝑝 1/𝑝 1 + 𝐺 𝑝 = lim 𝑝→0 1 1 + 0,5𝑝 + 1 𝑝(0,5𝑝2 + 3𝑝 + 1) = 0 Précision des Systèmes Asservis Linéaire Continus Exemple 2:
  • 44. Analyse des Systèmes Linéaires Continus 44 • L’erreur de vitesse pour une entrée en rampe: 𝐸 𝑝 = 1 𝑝2 𝜀𝑉 = lim 𝑝→0 𝑝 1/𝑝2 1 + 𝐺 𝑝 = lim 𝑝→0 1 𝑝(1 + 0,5𝑝 + 1 𝑝(0,5𝑝2 + 3𝑝 + 1) ) ⟹ 𝜀𝑉 = lim 𝑝→0 1 𝑝 + 0,5𝑝 + 1 0,5𝑝2 + 3𝑝 + 1 ) = 1 • L’erreur d’accélération pour une entrée (𝑒 𝑡 = 𝑡2 𝑢(𝑡)): 𝐸 𝑝 = 2 𝑝3 𝜀𝑎 = lim 𝑝→0 𝑝 2/𝑝3 1 + 𝐺 𝑝 = lim 𝑝→0 1 𝑝2(1 + 0,5𝑝 + 1 𝑝(0,5𝑝2 + 3𝑝 + 1) ) = +∞ Précision des Systèmes Asservis Linéaire Continus