Analyse d’un Système du Second Ordre

Analyse d’un Système du Second Ordre

Comprendre l’Analyse d’un Système du Second Ordre

Considérons un système de contrôle représenté par la fonction de transfert suivante :

\[ G(s) = \frac{25}{s^2 + 10s + 25} \]

où \(G(s)\) est la fonction de transfert du système en fonction de la variable complexe \(s\).

Objectifs :

1. Déterminer les caractéristiques du système :

  • Calculer la fréquence naturelle non amortie (\(\omega_n\)) et le coefficient d’amortissement (\(\zeta\)).

2. Calculer les indicateurs de performance du système :

  • Temps de montée (\(t_r\)) : temps nécessaire pour que la réponse atteigne de 0% à 100% de sa valeur finale pour la première fois.
  • Dépassement (\(M_p\)) : pourcentage maximum par lequel la réponse dépasse sa valeur finale.
  • Temps de réponse à 5% (\(t_{r5\%}\)) : temps nécessaire pour que la réponse reste à l’intérieur d’une bande de 5% autour de la valeur finale.
  • Temps de stabilisation (\(t_s\)) : temps nécessaire pour que la réponse atteigne et reste dans une bande de 2% de la valeur finale.

Hypothèses :

  • Considérez que pour un système du second ordre sous-amorti (\(0 < \zeta < 1\)), le temps de montée (\(t_r\)) de 0 à 100% n’est pas bien défini. À la place, nous utiliserons le temps de montée de 10% à 90%.

Correction : Analyse d’un Système du Second Ordre

1. Détermination des paramètres du système

La première étape consiste à identifier les paramètres caractéristiques du système, à savoir la fréquence naturelle non amortie (\( \omega_n \)) et le coefficient d’amortissement (\( \zeta \)).

Fréquence naturelle non amortie (\( \omega_n \)) :

La fréquence naturelle non amortie peut être trouvée à partir du coefficient du terme \( s^2 \) dans le dénominateur de la fonction de transfert.

Pour \[ G(s) = \frac{25}{s^2 + 10s + 25} \], le terme correspondant à \( s^2 \) est 25, donc \[ \omega_n = \sqrt{25} = 5\, \text{rad/s} \]

Coefficient d’amortissement (\( \zeta \)) :

Le coefficient d’amortissement est obtenu à partir du coefficient du terme \( s \) dans le dénominateur, normalisé par deux fois le produit de \( \omega_n \).

Pour notre fonction de transfert,

\[ \zeta = \frac{10}{2\sqrt{25}} = 1.0 \]

2. Calcul des indicateurs de performance

Avec \( \omega_n \) et \( \zeta \) déterminés, nous calculons les indicateurs de performance.

Temps de montée (\( t_r \)) :

Pour un système du second ordre sous-amorti, le temps de montée de 10% à 90% est approximé par \( t_r \approx \frac{2.2}{\omega_n} \).

Ici, \[ t_r = \frac{2.2}{5} = 0.44\, \text{s} \]

Dépassement (\( M_p \)) :

Le dépassement est calculé par

\[ M_p = e^{\frac{-\zeta\pi}{\sqrt{1-\zeta^2}}} \times 100\% \]

Cependant, pour \( \zeta = 1 \), le système ne présente aucun dépassement car il est critique. Donc, \[ M_p = 0\% \]

Temps de stabilisation (\( t_s \)) :

Le temps de stabilisation est approximativement \( t_s \approx \frac{4}{\zeta \omega_n} \).

Pour notre système, \[ t_s = \frac{4}{1 \times 5} = 0.8\, \text{s} \]

Analyse des résultats:

Les résultats obtenus offrent des insights sur le comportement dynamique du système :

  • Le coefficient d’amortissement \( \zeta = 1 \) indique un système critique, qui atteint son état stable le plus rapidement possible sans oscillations.
  • Un temps de montée (\( t_r = 0.44 \) s) assez court indique une réponse rapide du système à une entrée step.
  • L’absence de dépassement (\( M_p = 0\% \)) et un temps de stabilisation (\( t_s = 0.8 \) s) court sont désirables dans de nombreuses applications de contrôle où la précision et la rapidité sont cruciales.

Analyse d’un Système du Second Ordre

D’autres exercices de systemes de controle:

0 commentaires

Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

Vitesse d’un Moteur CC à l’aide d’un Contrôleur PI

Vitesse d'un Moteur CC à l'aide d'un Contrôleur PI Comprendre la Vitesse d'un Moteur CC à l'aide d'un Contrôleur PI Un ingénieur en électricité travaille sur la conception d'un système de contrôle pour un moteur électrique à courant continu (CC) utilisé dans une usine...

Classification de Systèmes de Contrôle

Classification de Systèmes de Contrôle Comprendre la Classification de Systèmes de Contrôle Vous travaillez en tant qu'ingénieur en automatisation pour une entreprise spécialisée dans les solutions de contrôle pour l'industrie électrique. Votre tâche consiste à...

Choix d’un Actionneur pour un Système

Choix d'un Actionneur pour un Système Comprendre le Choix d'un Actionneur pour un Système Vous êtes ingénieur en conception de systèmes de contrôle pour une entreprise spécialisée dans l'automatisation industrielle. Votre tâche est de sélectionner un actionneur...

Système de contrôle pour un convoyeur industriel

Système de contrôle pour un convoyeur industriel Comprendre le système de contrôle pour un convoyeur industriel Un convoyeur industriel est utilisé pour transporter des matériaux d'un point A à un point B. Pour optimiser la consommation d'énergie et assurer une...

Régulateur PID avec la Méthode Ziegler-Nichols

Régulateur PID avec la Méthode Ziegler-Nichols Comprendre le Régulateur PID avec la Méthode Ziegler-Nichols Vous travaillez sur un système de contrôle de température pour un four industriel. Le système de contrôle est conçu pour maintenir la température à un niveau...

Système du second ordre et diagramme de Bode

Système du second ordre et diagramme de Bode Comprendre le Système du second ordre et diagramme de Bode Vous êtes ingénieur en systèmes de contrôle et devez analyser le comportement fréquentiel d'un système du second ordre dont la fonction de transfert \(H(s)\) est...

Réponse Temporelle d’un Circuit RC

Réponse Temporelle d'un Circuit RC Comprendre la Réponse Temporelle d'un Circuit RC Considérons un circuit RC (résistance R en série avec un condensateur C) alimenté par une source de tension continue \(V_{in}\) qui est appliquée à l'instant t=0. Le système peut être...