stabilité et précision d’un système echantillonné

44
1 Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné Master 1 Master 1- Génie Industriel Génie Industriel Spécialité Spécialité - Génie Génie Industriel Industriel

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Page 1: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

1

Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

Master 1Master 1-- Génie IndustrielGénie IndustrielSpécialité Spécialité -- Génie Génie IndustrielIndustriel

Page 2: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

2

Introduction8.1. Stabilité d’un système échantillonné8.2. Critère de Jury8.3. Critère de Raible8.4. Exercices d’application8.5. Précision d’un Système Echantillonné8.6. Exercices d’applicationConclusion

8. Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné8. Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

Chapitre 8

Page 3: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

3

Dans ce chapitre on mène une étude sur les deux concepts de base que sont la stabilité et la précision d’un système asservi discret.

Introduction

La précision qui est une performance que tout système asservi doit satisfaire en régime permanent fait l’objet d’une attention particulière.

Les principales techniques relatives à l’étude de la stabilité d’un système discret y sont largement détaillées.

Comme en continu, les pôles de la fonction de transfert caractérisent la dynamique du système.

Page 4: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

4

La stabilité est une condition fondamentale que tout système linéaire discret invariantdoit vérifier qu’il soit décrit par une fonction de transfert en boucle ouverte H0(z) ou parla représentation d’état

8.1. Stabilité d’un système échantillonné

Un système discret est asymptotiquement stable si les valeurs propres de sa matrice F,(lorsqu’il est décrit par une représentation d’état), ou les racines de son équationcaractéristique 1+H0(z), (lorsqu’il est décrit par une fonction de transfert)

Théorème :

ont leur module strictement inférieur à un.

Condition de stabilité

Un système numérique est stable si et seulement si tous les pôles de ce système sont demodule strictement inférieur à un; c'est à dire si tous les pôles sont à l‘intérieur du cerclede rayon 1 et de centre (0; 0) dans le plan complexe.

Un système numérique est stable si et seulement si tous les pôles de ce système sont demodule strictement inférieur à un; c'est à dire si tous les pôles sont à l‘intérieur du cerclede rayon 1 et de centre (0; 0) dans le plan complexe.

kCXkS

kukHXkX

1

Page 5: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

5

Lors de l'étude de la relation entre le plan P et le plan Z, on a vu que le système continustable dans le demi-plan réel négatif se transforme en un cercle unité (de rayon 1)

stabilitedeitelaaSystemezaavec

instableSystemezaavec

stableSystemezaavec

ezjap

siAinsi pT

lim10

10

10

,

8.1.1. Stabilité d’un Système Echantillonné

Page 6: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

6

Considérons le système suivant

)()()()(1

)()()()()(zHzCzEzHzCzS

zSzEzHzCzzHzCzS

L’étude de la stabilité est basé sur les pôles de laFonction de transfert en boucle fermée soit F(z)

(z) C(z)S(z)

0

11

01

1

..

)()(

)()(1)()(

)()(

azazabzbzb

zDzN

zHzCzHzC

zEzSzF n

nn

n

mm

mm

soit

01

10 .)(1)()(1 azazazDzHzHzC nn

nn

Ou l’équation caractéristique est

Et H0(z) la fonction de transfert en boucle ouverte

Si on envoie une impulsion de Dirac à un système de fonction de transfert F(z) , sa sortie est : S(z) =F(z),

Page 7: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

7

Développons F(z)/z en éléments simples autour de ces pôles zi:

1.

.)( 11

01

1

nn

nn

mm

mm

zazabzbzbzSzF

3

3

2

2

1

1

zzA

zzA

zzA

zzF

10

1

0 11)()()(

az

azzazFakfpourquesavonsnousOrk

k

kk

k

kkk

az

zaZ k

Ainsi, la réponse impulsionnelle s(kT) ne s’amortie et tend vers zéro que si 1iz

3

3

2

2

1

1

zzzA

zzzA

zzzAzF

kkk zAzAzAkTs 332211

donc

Page 8: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

8

Considérons l'équation caractéristique 081

431 21 zz

Les racines de l'équation caractéristique sont : z1 = 1/2 et z2 = 1/4. Les deux racinesse trouvent a l‘intérieur du cercle unité, alors le système est stable.

Exemple 1

8.1.2. Exemples d’application

Considérons l'équation caractéristique 04520

4521 221 zzouzz

Les racines de l'équation caractéristique sont : z1 = 1+j1/2 et z2 = 1-j1/2. Les deux racinesse trouvent à l’extérieur du cercle unité, alors le système est instable.

Exemple 2

Page 9: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

99

Sortie d'un système de premier ordre en fonction de son pole en z

Conclusion

Il n'est pas toujours facile de calculer les pôles d'une fonction de transfert en boucle fermée,surtout quand celle-ci se présente sous une forme assez développée.

Remarques

Certains critères permettent l’étude de la stabilité d'un système représenté sans calculerexplicitement ces pôles.

Page 10: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

10

Pour les systèmes continus, on utilise le critère de Routh-Hurwitz afin d'étudier la stabilité.Pour les systèmes discrets, on utilise le critère de Jury.

8.2. Critère de Jury

8.2. 1. Définition

zDzN

zHzH

zHzCzHzC

zEzSzF

0

0

1)()(1)()(

)()(

Soit F(z) la fonction de transfert d’un système en boucle fermée

Pour l’étude de la stabilité, on peut éviter le calcul des valeurs propresde F dans la représentation d’état ou les racines du polynômecaractéristique en faisant appel à certains criteres:

Page 11: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

11

Les conditions nécessaires et suffisantes pour que le système décrit par D(z) soit stable sont :

impairestnsipairestnsi

D

D

00

1

01

Démarches relatives à l’application du critère

reelsaetaavecazazazazD inn

nn

n 00... 011

1

zHzD 01

Soit une fonction de transfert d’un système en boucle fermée dont le dénominateur s'écrit :

Condition 1

Page 12: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

12

Ligne 1 a0 a1 a2 … an-1 an

Ligne 2 an an-1 an-2 … a1 a0

Ligne 3 c0 c1 c2 … cn-1

Ligne 4 cn-1 cn-2 cn-3 … c0

Ligne 5 d0 d1 d2 …Ligne 6 dn-2 dn-3 dn-4 …: : : : : : :Ligne 2n-5 p0 p1 p2 p3

Ligne 2n-4 p3 p2 p1 p0

Ligne 2n-3 q0 q1 q2

23

102

03

300

2

20

1

100 ,,...,,,pppp

qpppp

qdd

dde

cccc

daa

aac

kn

knk

kn

knk

kn

knk

ou

Tableau de Jury

Page 13: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

13

20

30

20

10

0

int1

qq

ee

dd

cc

aa

escontrann

n

n

n

Les deux premières lignes du tableau sont les coefficients de P(z). Les éléments des lignes suivantes du tableau sont définis par :

knnkkknnkkknnkk ddddeccccdaaaac 2201100

Condition 2

Page 14: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

14

8.2. 2. Critère de Jury pour un système du second ordre

0012 azazzD

Comme le tableau de Jury comporte 2n-3 lignes. Dans le cadre d’un système du second ordre, le tableau se réduit à une seul ligne

Les conditions nécessaires sont donc

10110101

0

01

01

aaaDaaD

11

1

0

10

10

aaa

aa

Ces conditions imposent que les racines soient comprises entre -1 et +1 .

Condition 1

Condition 2

Page 15: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

15

Étudiez la stabilité d’un système du second ordre

On considère un système échantillonné de Fonction de Transfert G(z) placée dans une boucle d’asservissement à retour unitaire,

08.04.0

Kaveczz

KzG

1. Calculer la Fonction de Transfert en Boucle Fermée du système et étudier les conditions de stabilité de ce système

zDzN

KzzK

KzzK

zzKzz

K

zGzGzF

32.02.18.04.0

8.04.01

8.04.01 2

68.00

68.0052.2012.0

132.001

01

KK

KK

KDD

Appliquons le théorème de JurySoit P(z) l’équation caractéristique

KzzzD 32.02.12

8.2. 3. Exemples d’application

Page 16: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

16

2. Le système étant sollicité en boucle fermée, par une impulsion unité, calculer les premiers éléments de la suite d’échantillons de sortie dans le cas ou K=0.3 et K=1.

21

2

2 32.02.1132.02.1

zKzKz

KzzK

zEzSzF

2232.012.1 kKeksKksks

Le système étant soumis a une impulsion unitaire, la réponse impulsionnelle est la fonction de transfert en boucle fermée soit F(z)=S(z) puisque E(z)=1

221 32.02.11 KzzEzKzzS

En utilisant la transformée en Z inverse

zEKzZzSzKzSzzSZ 21211 32.02.1

Pour calculer la suite d’échantillons de sortie, exprimons l’équation de récurrence du système à partir de la FT en boucle fermée :

Page 17: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

17

K=0.3 23.0262.012.1 keksksks

;680.08;787.07;911.06;978.05

;906.04;660.0233.02362.0132.13;3.0223.02262.0122.120213.02162.0112.11;0203.02062.0102.10

sssssesssesss

esssesss

K=1 2232.112.1 keksksks

;685.08;369.17;006.16

880.05;320.04200.2232332.1132.131222232.1122.12

0212132.1112.11;0202032.1102.10

sssss

esssesssesssesss

Avec plus d’échantillons on remarquera la convergence du signal de sortie, cequi prouve la stabilité du système

On remarque bien que le signal de sortie oscille en divergeant, ce qui confirme l’instabilitédu système.

Page 18: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

18

Étudiez la stabilité du système décrit par le polynôme du troisième ordre suivant : 08.033.3 23 zzzzD

On forme néanmoins le tableau de Jury

08.0

1

36.033.3

9.03.3

3

36.018.0

321

3

3

2

1

2

1

2

1

0

3

0

caa

ca

a

caa

ca

a

o

33

003

23

102

13

201

03

300 ,,,

aaaa

caaaa

caaaa

caaaa

c

Conditions de stabilité: Puisque n = 3, alors on a les conditions suivantes a satisfaire :

fauxcc

vraiaa

36.06.3.06.3.0

18.0

20

30

Une seule condition fausse suffit a déclarer le système instable.

fauximpairestncaretredoitD

vraiD01.033.3101

01.833.311

10

0int2n

n

ccaa

escontra

20

30

ccaa

le système est instable.

Page 19: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

19

Étudiez la stabilité du système décrit par le polynôme suivant :

008.033.007.02.1 234 zzzzzD

On forme le tableau de Jury

08.01

994.0204.03.02.1

315.0176.10756.007.007.0

184.10756.0176.1

2.13.0

946.0204.0994.0

108.0

20

03

30

04

40

ddccccaaaa

vraip 009.008.033.007.02.111

vraiD 014.008.033.007.02.111

01 D

impairestnsipairestnsi

D00

1

Page 20: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

20

Conditions de stabilité: Puisque n = 4, alors on a les conditions suivantes a satisfaire :

vraidd

vraicc

vraiaa

315.0946.0

24.0994.0

108.0

20

30

40

20

10

0

int3

n

n

n

ddccaa

escontra

20

30

40

ddccaa

Toutes les conditions sont satisfaites alors le système est stable.

01 2

0

Kavec

zzz

KzG

1. Calculer la Fonction de Transfert en Boucle Fermée et étudier les conditions de stabilité de ce système en Boucle Fermée

Exercice 1

0

20

02

0

1211 KzKzzzzK

zzKzzzK

zGzGzF

On considère un système échantillonné de Fonction de Transfert G(z) placée dans une boucle d’asservissement à retour unitaire,

Page 21: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

21

02 12 KzKzzzP

10111 000 zKza

00

0

00

140

1412101

0112101

zK

zKKzKP

zKKzKP

Un cas particulier se présente pour : K = 2 et z0 = 0.5. Pour ces valeurs,

2122

02

0 2125.0212

zz

zz

zz

KzKzzzzKzF

C'est aussi un cas de réponse pile puisque par la forme de F(z), on a forcement une réponse finie en 2 pas d’échantillonnage.

Page 22: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

22

Pour s'en convaincre, on peut calculer la sortie à une entrée rampe unité e(k) = k. Latransformee inverse de S(z) = F(z).E(z) donne :

2122 21 kekekszzzF

2212

21223;20122;01;00

kkkks

kkkeeskkkeesss

la sortie rejoint l’entrée pour k = 2.

Etudier de la stabilité d’un système décrit par la représentation d’état suivante:

Exercice 2

kCXky

kHukFXkX

1

3211

1210

4321

CHFou

Page 23: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

23

1. calculer les valeurs propres de F :

64143

21det

4321

00

detdet

zz

zz

zz

FIz

37.037.5 21 zetzOn conclut que le système est instable car 137.51 z

2. calculer la fonction de transfert si les conditions initiales sont nulles

zHUFIzCzYzHUFIzzX

zCXzYzHUzFXzXzzX

kCXkykHukFXkX

kCXkykHukFXkX Z

1

10

11 1

HFIzCzUzY 1

Page 24: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

24

On considère un système échantillonné de Fonction de Transfert G1(z) respectivement G2(z) placée dans une boucle d’asservissement à retour unitaire,

8.09.0

5.022

zzzzG

25.3

2221

zzzzG

1. Calculer la Fonction de Transfert en Boucle Fermée2. Etudier les conditions de stabilité de ce système en Boucle Fermée3. Le système étant sollicité en Boucle Fermée, par un échelon unité, calculer les premiers

éléments de la suite d’échantillons de sortie4. Donner une représentation d’état des deux fonctions

8.2.4.Ces exercices sont à rendre et sont considérés comme DEVOIR N° 8

Exercice 1

Page 25: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

25

Cet exercice est à rendre et est considéré comme DEVOIR N° 8On considère un système échantillonné représenté par sa Fonction de Transfert en boucle ouverte H(z)

01

Kavecp

KzH

1. En prenant T comme période d’échantillonnage, et un échantillonneur bloqueur d’ordre un, montrer que sa Fonction de Transfert en Boucle Fermée est de la forme

ereràtcoefficienunestouz

KzF mindet1

2. Donner l’expression de son équation caractéristique3. Etablir la condition que doit vérifier K en fonction de T pour que le système discret soit stable en Boucle Fermée en appliquant le critère de Jury. Conclure

Exercice 2

Page 26: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

26

Soit le polynôme a coefficients réels.

0... 11

10

nnnn azazazazP

8.3. Critère de Raible

8.3.1.Définition

10

11

1

10

11

1

00

10

11

1

1

10

11

12

11

1

1

01

11

11

11

10

0

00

122

12

4321

aa

teurmultiplica

aa

teurmultiplica

aa

teurmultiplicaaa

aa

aa

aa

aaaa

aaa

aa

aa

nlignenligne

nligne

ligneligneligneligne

nn

n

nn

n

nnn

n

nn

n

nn

nn

nn

nn

On construit le tableau

Page 27: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

27

• La 1ère ligne est formée des coefficients du polynôme

• La 2ème ligne est formée par les mêmes coefficients mais à rebours

• La 3ème ligne s'obtient en multipliant la 2ème ligne par n =an/a0, puis en soustrayant le résultat de la 1ère.

• La 4ème ligne est formée des coefficients de la 3ème ligne placés a rebours

Ces opérations sont repesées jusqu'a ce que le tableau possède 2n + 1 lignes. La dernière ligne ne comporte qu'un seul nombre.

Quand a0 > 0, les racines du polynôme sont toutes à l'intérieur du cercle unité si et seulement

Les coefficients 1,...,2,1,0,00 nia i apparaissent entre guillemets dans le tableau de Raible

L'hypothèse a0 > 0 n'est pas restrictive. En effet, quand a0 < 0, il suffit de changer les signes de tousles coefficients du polynôme P(z) pour obtenir –P(z), lequel est soumis au critère de Jury. Cettemanière de procéder est correcte puisque les racines de P(z) et de -P(z)sont identiques

8.3.3. Théorème

Note

8.3.2. Procédure

Page 28: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

28

Étudiez la stabilité du système décrit par le polynôme du troisième ordre suivant :

03.05.07.0 23 zzzzPComme a0 doit être positif, alors on forme le tableau du polynôme -P(z) tel que :

03.05.07.0 23 zzzzP

36.019.0

91.071.0

13.0

13.0

91.071.07.05.0

36.019.085.085.05.07.0

26.019.036.071.091.0

3.01

1

2

3

8.3.4. Exemples d’application

Les coefficients 1, 0.91, 0.36, 0.26. qui apparaissent dans le tableau sont tous positifs, donc,les racines de P(z) se trouvent tous à l’intérieur du cercle unité. Le Système est stable

Les 1,...,2,1,0,00 nia i

Page 29: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

29

Étudiez la stabilité du système décrit par le polynôme du troisième ordre suivant :

008.024.02.02 23 zzzzPComme a0 est positif, alors on forme le tableau du polynôme P(z) tel que :

1199.0

1242.0

04.0208.0

9968.1248.02.0

24.0

966.12356.020965.02096.0

24.02.0

9378.12356.0966.1248.0

9968.108.0

2

1

2

3

Les 1,...,2,1,0,00 nia i

Les coefficients 2, 1.9968, 1.966, 1.9378. qui apparaissent dans le tableau sont tous positifs,donc, les racines de P(z) se trouvent tous à l’intérieur du cercle unité. Le Système est stable

Page 30: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

30

8.4. Exercice d’application8.4. 1. Exercice 1Etude de la stabilité du système discret représenté par le schéma fonctionnel suivant

zKGzHestOuverteBoucleenTransfertdeFonctionla

zT

pZz

ppBZzG

0

21

0 1111

a. Calculer la fonction de transfert en Boucle Ouverte soit H0(z)

b. Calculer la Fonction de Transfert en Boucle Fermée soit F(z)

KTz

KT

zTK

zTK

zKGzKGzF

1

11

11

p1

Le système est stable lorsque le module de 2011 KTKT

Page 31: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

31

a. Calculer la Fonction de Transfert en Boucle Ouverte soit H0(z)

zKGzHzz

zpp

ZzzG

02

1

37.0126.037.0

111

b. Calculer la Fonction de transfert en Boucle fermée soit F(z)

zPzN

KzKzzK

zKzzzK

zKGzKGzFTBF

26.037.037.137.026.037.0

26.037.037.0126.037.0

1 2

c. Vérifions la stabilité par le critère de Jury

026.037.037.137.02 KzKzzP

24.20

126.037.0011.074.226.037.037.137.011

063.026.037.037.137.011

K

KKKKD

KKKD

8.4. 2. Exercice 2

Page 32: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

32

sradetstcarjjpaveceez

ezezzzzD

ssTpj

p

jj

/37.1137.114.0

37.11

37.137.12

Pour K=2.42

Soit le système suivant

8.4. 3. Exercice 3

Quelle condition doit vérifier la période d’échantillonnage T pour que le système discret soit stable en Boucle Fermée lorsque K=1?

Cet exercice est à rendre et est considéré comme DEVOIR N° 8

32p

Page 33: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

33

L’erreur permanente, qui représente l’écart en régime établi entre la consigne et la sortie du système, caractérise la précision du système asservi.

8.5. Précision d’un Système Echantillonné

Introduction

G(p)

H(p)

U(p) Y(p)(p)

(p)

Comme en continu, la précision du système en boucle fermée dépend du gain et du type (nombre d'intégrateurs) du système en boucle ouverte

Page 34: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

34

L’erreur de suivi est donnée par

****

****

ppGpHpUp

ppGpYorpYpHpUppYpHpUp

pUpHGpppHGpUp **1*****

)(1

)(1zHG

zUzzUzHGz

Ainsi, l’erreur en régime permanent est

)(11lim1lim 1

1

1

1 zHGzUzzz

zze

Déterminons l’erreur statique

111

zzU p

zss KzHG

1

1)(1

1lim1

)(lim1

zHGKzp

Exemple 1

L’erreur statique est obtenue lorsque l’entrée est un échelon

Page 35: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

35

21

1

1

zTzzU

vz

zv

KzHGzT

zHGzTz

1)(1

lim

)(11lim

11

1

1

1

T

zHGzKzv

)(1lim1

1

Déterminons l’erreur face à une entrée accélération

31

12

121

zzTzU

az

za

KzHGzT

zHGzzzT

1)(1

lim

)(1121lim

21

2

1

21

112

1

2

21

1

)(1limT

zHGzKza

Déterminons l’erreur de vitesseL’erreur de vitesse est obtenue lorsque l’entrée est une rampe

Page 36: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

36

G(p)

H(p)

U(p) Y(p)

Exemple 2

***** pYpHpUppYpHpUp

pYpHpUp ****

p*

p

ppGpHpUp *****

ppGppGpYppGpY ***** or

Donc

)(1

)(zGzH

zUzzzGzHzUz

Page 37: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

37

2

21

1

1

1

1

)(1lim

)(1lim

)(lim

TzGzHzK

TzGzHzK

zGzHK

za

zv

zp

Ainsi, l’erreur en régime permanent est

)(11lim1lim 1

1

1

1 zGzHzUzzz

zze

De façon similaire au cas précédent, on obtient

Page 38: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

38

Le calcul de l‘erreur donne

zBzA

zK

zUz

N111

En étudiant

zzkzk

1limlim1

8.5.1. Type d’une fonction de transfert pulsée

Considérons la fonction de transfert pulsée boucle ouverte (GH )(z) ou G(z)H(z)) que nous pouvons représenter par

zBzA

zzGH N1

1

ou A(z)/B(z) ne contient pas de pole ni de zéro à z = 1. De façon similaire au cas continu, N définit le type du système et on obtient le même tableau

Type de GH(z) Echelon Rampe AccelerationN=0

N=1 0

N=2 0 0

pK11

aK1

vK1

Page 39: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

39

a. Calculer l´erreur permanente pour u(k) = 1 ; k = 0,1,2…

Un système asservi échantillonné à retour unitaire dont la fonction de transfert en boucleouverte est donnée par:

echelonunpouree 0

Selon les notations adoptées, la consigne est un échelon unité. La fonction de transfert en boucle ouverte possède une intégration, il s´en suit que l’erreur permanente

5.01.01

5.0lim)(lim11 zzz

zzGKzzp 0

11

p

ss K

Exemple 1

8.5.2. Exemples d’application

Un système asservi échantillonné à retour unitaire dont la fonction de transfert en boucleouverte est donnée par:

5.01.01

5.0

zzzzzG

)(11lim1lim 1

1

1

1 zGzUzzz

zze

Page 40: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

40

Selon les notations adoptées, la consigne est une rampe de pente unité.

uniterampeunepourKT

vee

b. Calculer l´erreur permanente pour u(k ) = k ; k = 0,1,2..

TzzzTz

zzT

zGzKzzv

370.05.01.01

5.01lim)(1lim1

1

1

370.0T

ss

Exemple 2

985.0015.0

31

zzKzG

Un système asservi échantillonné à retour unitaire dont la fonction de transfert en boucleouverte est G1(z) respectivement G2(z)

1. Calculer pour chacune des fonctions son gain statique2. Calculer l’erreur permanente face à une entrée échelon unité3. Calculer l’erreur permanente face à une entrée rampe unité

95.01

21.123.11093.03

2

zzzzG

Ces exercices sont à rendre et sont considérés comme DEVOIR N°8

Page 41: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

41

Exemple 3:

Un système échantillonné de fonction de transfert en boucle ouverte G(z) est placé dans une boucle d’asservissement à retour unitaire

. 0,1s. T :est nnageéchantillod' période La reglable.est 0K avec8.0

16.02

zKzG

1. Calculer la fonction de transfert en boucle fermée et déterminer la condition de stabilité du système en boucle fermée.

2. Le gain étant réglé sur K=1, déterminer, en boucle fermée, l’erreur de position, l'équation de récurrence, et calculer, puis tracer, les premiers éléments de la suite des échantillons de sortie lorsque l'entrée est un échelon unitaire.

3. Répondre aux mêmes questions en réglant le gain sur K = 2. Conclure.

Cet exercice est à rendre et est considéré comme DEVOIR N°8

Page 42: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

42

Exemple 4: l’influence d’un intégrateur sur la stabilité

On considère un système échantillonné de fonction de transfert G(z) placé dans une boucle d’asservissement à retour unitaire.

réglable. 0K avec6.0 3

zKzG

1. Calculer la fonction de transfert en boucle fermée et étudier les conditions de stabilité de ce système en boucle fermée.

2. Calculer l'erreur statique en fonction de K et déterminer les valeurs minimales et maximales de cette erreur statique

3. On introduit à présent un intégrateur dans la chaîne directe. Calculer la nouvelle fonction de transfert en boucle fermée et montrer que, dans ces conditions, il sera pratiquement impossible de régler K pour assurer la stabilité du système.

4. Conclure quant à l’influence d’un intégrateur sur la stabilité

Cet exercice est à rendre et est considéré comme DEVOIR N°8

Page 43: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

43

Conclusion

Plus l´ordre de l´entrée augmente, plus le nombre d´intégrations nécessaire pour annulerl´erreur permanente augmente.

Lorsque l´erreur est constante, elle est inversement proportionnelle au gain K. Uneaugmentation de celui-ci entraine une diminution de l´erreur, cependant cela risque dedéstabiliser le système asservi.

De même, l´ajout d`une intégration ou plus dans le but d´annuler l´erreur permanente, entraîne forcément l’augmentation de l´ordre de la fonction de transfert en boucle ouverte, il s´en suit par conséquent une éventuelle instabilité de la boucle fermée.

Compte tenu de la similitude des résultats entre le cas continu et le cas discret, on peut dire que le phénomène d´échantillonnage ne modifie pas le comportement permanent.

Page 44: Stabilité et Précision d’un Système Echantillonné

44

Comme pour le cas continu, on peut développer la même étude à propos de l´effet desperturbations sur l´erreur permanente. On rappellera plus particulièrement que le nombred´intégrations que possède la fonction en boucle ouverte est aussi important.

Cependant, celles-ci doivent être situées en amont par rapport au point d´application de ces perturbations. (voir cours des systèmes linéaires continus).

Cependant, celles-ci doivent être situées en amont par rapport au point d´application de ces perturbations. (voir cours des systèmes linéaires continus).