Comportement d’un système asservi (Tle)

Introduction

Il existe pour tout système technique une relation entre les grandeurs d'entrées (la ou les commandes) et les grandeurs de sortie (les actions). On représente un système technique et ses interconnexions par des schémas blocs.

Système en boucle ouverte

Un système en boucle ouverte n'a aucun retour d'information sur la sortie. Des écarts peuvent donc apparaître entre la valeur de commande et la sortie.

L'utilisateur doit adapter en permanence la valeur de la consigne sans garantie de maintenir au niveau souhaité la grandeur physique en sortie.

Avantages et inconvénients

• Avantage : systèmes très simples à mettre en œuvre
• Inconvénients :
  • Correction difficile. Obligation de réajuster « manuellement » la commande pour modifier la sortie.
  • Sensibilité aux perturbations qui, à tout instant, peuvent affecter la sortie.

Ouverture d'une fenêtre dans une pièce chauffée.

Système en boucle fermée

Dans un système asservi, ou en « boucle fermée », on installe une boucle de retour pour corriger les écarts de la sortie. On compare la grandeur de sortie (connue grâce au capteur) à une valeur de consigne (rôle du comparateur) et on corrige la valeur de l'entrée du système (rôle du correcteur).

Utilité de l'asservissement

Il n'est pas nécessaire d'asservir un système si son comportement est bien connu et s'il n'y a pas de perturbations. La boucle fermée permet de tenir compte de perturbations et améliore les performances du système.

Fonction de transfert et comportement des systèmes

Le comportement intrinsèque d'un système est caractérisé par une fonction mathématique appelée fonction de transfert. On en déduit son comportement lors d'une consigne : stabilité, précision et rapidité.

Les trois critères de performance

Stabilité

Stabilité : caractéristique impérative. Pour une consigne donnée, la réponse doit être stable quels que soient les perturbations, les variations des paramètres (température, usure…). L'instabilité est due à la présence d'une boucle de retour (un système en boucle ouverte ne peut être instable).

Rapidité

Rapidité : temps après lequel la valeur de consigne sera atteinte (à 5 % près).

Précision

Précision : écart entre la consigne et la sortie en régime permanent : elle augmente avec le gain statique et est liée à la présence d'intégrateurs.

Amélioration des performances avec un correcteur

Afin d'améliorer les performances d'un système asservi, on ajoute, dans la chaîne directe, un élément appelé correcteur.

Le type de correcteur le plus courant est appelé PID (Proportionnel, Intégral, Dérivé).

Réglage du correcteur PID

Ce sont trois réglages qui doivent être ajustés pour obtenir les meilleures performances.

Il s'agira toujours de trouver le meilleur compromis puisque l'action d'un réglage pour améliorer un comportement peut dégrader les autres.