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De la boucle ouverte à la boucle ferméeUn système en boucle ouverte exécute une commande sans vérifier le résultat : par exemple, un grille-pain chauffe pendant une durée fixe sans mesurer la couleur du pain. À l'inverse, un système asservi mesure en permanence la grandeur de sortie, la compare à la valeur souhaitée appelée consigne, puis corrige l'écart. C'est le principe de la boucle fermée, présent dans de nombreux objets du quotidien. Le régulateur de vitesse d'une voiture maintient la vitesse affichée même dans une montée en ajustant l'accélération. Cette capacité d'auto-correction rend le système plus précis face aux perturbations.
📖 Définition
Un système asservi est un système en boucle fermée qui maintient une grandeur physique conforme à une consigne malgré les perturbations.
🔍 Exemple
Le four à chaleur tournante régule sa température : un capteur mesure la température interne et le thermostat ajuste la puissance de chauffe.
📢 Rappel
Une boucle ouverte n'utilise pas de capteur pour corriger la commande : la sortie n'influence pas l'entrée.
💡 À retenir : Un système asservi compare en permanence la sortie réelle à la consigne et corrige l'écart.
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Les éléments de la chaîne de régulationUne boucle d'asservissement s'organise autour de cinq blocs fonctionnels. Le capteur mesure la grandeur de sortie, par exemple un codeur incrémental pour la position d'un moteur. Le comparateur calcule l'écart entre la consigne et la mesure : cet écart, aussi appelé erreur, est envoyé au correcteur. Le correcteur élabore la commande adaptée pour réduire l'écart, puis l'actionneur agit sur le processus physique. Enfin, le processus produit la sortie qui est de nouveau mesurée, fermant ainsi la boucle. Chaque bloc a un rôle précis et une panne sur un seul bloc dégrade toute la régulation.
📖 Définition
Le capteur transforme une grandeur physique (température, vitesse, position) en un signal électrique exploitable par le correcteur.
📖 Définition
Le correcteur est le cerveau de la boucle : il transforme l'écart en une commande adaptée à l'actionneur.
🔍 Exemple
Dans un drone, la centrale inertielle mesure l'inclinaison, le comparateur la compare à l'horizontale, et le correcteur ajuste la vitesse des hélices.
💡 À retenir : Le comparateur soustrait la mesure à la consigne : c'est l'écart qui pilote la correction.
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Réduire l'écart sans faire oscillerLe correcteur le plus simple est le correcteur proportionnel : il multiplie l'écart par un gain constant. Si le gain est trop faible, la correction est lente et l'écart reste important. Si le gain est trop fort, le système peut devenir instable et osciller autour de la consigne. Pour améliorer les performances, on ajoute une action intégrale qui mémorise les erreurs passées et annule l'erreur résiduelle. L'action dérivée, elle, anticipe les variations rapides de l'écart et freine les oscillations. Le réglage de ces trois actions est appelé réglage PID, très utilisé dans l'industrie.
⭐ À retenir
Le correcteur proportionnel réduit l'écart mais peut laisser une erreur statique ; l'action intégrale élimine cette erreur résiduelle.
🔍 Exemple
Un thermostat de radiateur trop réactif peut faire alterner chauffage et arrêt trop souvent ; le correcteur PID lisse la température.
📖 Définition
La stabilité est la capacité du système à converger vers la consigne sans oscillations divergentes.
💡 À retenir : Un bon correcteur doit être un compromis : assez réactif pour corriger vite, assez stable pour ne pas osciller.
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Évaluer la qualité d'un asservissementPour comparer des systèmes asservis, on observe leur réponse à un échelon de consigne, c'est-à-dire un changement brusque de la valeur demandée. La précision mesure l'écart final entre la sortie stabilisée et la consigne. La rapidité correspond au temps nécessaire pour atteindre la consigne, souvent quantifié par le temps de réponse à 5 %. La stabilité s'évalue par l'absence ou l'amortissement des oscillations. Un bon asservissement doit être précis, rapide et stable, mais ces trois critères peuvent être contradictoires. Par exemple, augmenter le gain améliore la rapidité mais risque de déstabiliser le système.
🔍 Exemple
Un ascenseur doit être précis (arrêt au niveau du palier), rapide (peu d'attente) et stable (pas de secousses).
⭐ À retenir
Le temps de réponse à 5 % est le temps mis par la sortie pour rester définitivement à ±5 % de la valeur finale.
📢 Rappel
Un échelon de consigne simule un changement soudain, comme passer la vitesse désirée de 50 à 90 km/h.
💡 À retenir : On évalue un asservissement par trois critères : précision, rapidité et stabilité.