Chapitre 3D Automatique Analyse fréquentielle

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1 Chapitre 3D Automatique Analyse fréquentielle
Buts et définition Rappels mathématiques Diagramme de Bode Cas des systèmes du 1er ordre Cas des systèmes du 2nd ordre Autres outils (Black et Nyquist)

2 But de l’analyse fréquentielle en SII
Pour les systèmes étudiés (essentiellement mécaniques), l’analyse fréquentielle sera utilisée pour déterminer la stabilité d’un système. Définition L’étude fréquentielle est donc l’étude en régime permanent de la réponse d’un système à une entrée sinusoïdale dont on fait varier la fréquence. Elle nécessite l’utilisation de la fonction de transfert complexe (on remplace la variable p par j.). H(j.) est appelée fonction de transfert en fréquence

3 Réponse harmonique…

4 Rappels mathématiques
x y Nombre complexe : P=x+j.y Module : Argument : Opérations :

5 Le diagramme de Bode L’outil permettant de réaliser l’étude fréquentielle est le diagramme de Bode. Il consiste en 2 tracés : le diagramme en gain : il permet d’obtenir le rapport d’amplitude de la sortie sur l’entrée ; c’est le module exprimé en dB du nombre complexe H(j) en fonction de la pulsation  tracée sur une échelle logarithmique. le diagramme en phase : il permet de déterminer le déphasage entre la sortie et l’entrée ; c’est l’argument du nombre complexe H(j) exprimé en degrés, en fonction de la pulsation  tracée sur une échelle logarithmique.

6 Avantage du diagramme de Bode
Si : Alors : Et : Ainsi les modules en dB et les arguments en degrés s’ajoutent, lorsque les fonctions de transfert se multiplient.

7 Diagramme de Bode d’un gain pur

8 Diagramme de Bode d’un intégrateur

9 Mise en place des diagrammes de BODE pour du 1er et 2nd ordre
Les courbes définies par les diagrammes de Bode restent très proches de leurs asymptotes, sauf près du point d’intersection des asymptotes, on peut donc les tracer en deux temps: Tracé du squelette (asymptote) : la recherche du point d’intersection des asymptotes (i) est indispensable. Tracé de la courbe : obtenue par le calcul de quelques points particuliers.

10 Cas du système du 1er ordre :
Diagramme de Bode en Gain : Recherche des asymptotes : 0 : G(dB) tend vers une constante G(dB) donc vers une droite horizontale  : G(dB) tend vers ou encore Puisque l’axe des abscisses est de la forme x=log , l’asymptote est une droite de la forme y=a.x+b avec une pente a=-20 et b=20log(K/)=cste Pour les valeurs fortes de , l’asymptote est oblique de pente -20dB/décade, c’est-à-dire que le gain diminue de 20dB quand  augmente d’un facteur 10. 3dB Asymptote de pente -20dB/décade  Echelle logarithmique G en dB Asymptote horizontale 1/ Intersection des asymptotes: 20log K=20log K-20log  -20log  entraîne log (.)=0 soit .=1

11 Cas du système du 1er ordre :
Diagramme de Bode en Phase : Recherche des asymptotes : 0 : () =-Arctan(0)=0°  : () -Arctan()=-90° Intersection des asymptotes: =i :  ()=-Arctan(1)=-45° -45° -90° 0° () Echelle logarithmique  1/

12 Cas du système du 1er ordre :

13 Cas du système du 2nd ordre :
Pour les systèmes du 2nd ordre, 2 cas se présentent. Cas de racines réelles au dénominateur (z>1) : on retrouve le produit de deux fonctions du premier ordre étudiées précédemmentintérêt des diagrammes de Bode.

14 Cas du système du 2nd ordre :
Cas de racines complexes au dénominateur (z<1) : 0 : G(dB) tend vers une constante G(dB) donc vers une droite horizontale  : G(dB) tend vers  est proche de 0: 2 cas peuvent se produire : Si z 0.7 le système est mal amorti et il y a un effet de résonance c’est à dire que le gain dans ces fréquences est supérieur au gain statique Si z 0.7, il n’y a pas de résonance et il y a continuité de comportement Influence du facteur d’amortissement z

15 Cas du système du 2nd ordre :
Pente de -40dB/décade  0 r Echelle logarithmique G en dB Facteur de résonance Réponse fréquentielle d’un système du 2nd ordre sans résonance (z>0,707) Réponse fréquentielle d’un système du 2nd ordre avec résonance (z<0,707)  0 Echelle logarithmique () 0° -90° -180° 0 : () =-Arctan(0)= 0°  :() -Arctan(0-)= -180° =0 : ()=-Arctan()= -90°

16 Cas du système du 2nd ordre :

17 Détails…. Si z>0,707 alors il n’y a pas de phénomène de résonance ; la courbe de gain se situe en dessous des asymptotes (ici z=0.9)

18 Détails…. Si 0.707>z>0,5 alors la courbe passe en dessous du point de cassure.(ici z=0.55)

19 Détails…. Si z=0,5 alors la courbe passe par le point de cassure des asymptotes

20 Détails…. Si z<0,5 alors la courbe passe au dessus du point de cassure (résonance)

21 Autres outils… Diagramme de Black

22 Autres outils… Diagramme de Nyquist