56 - morissonphysique

Chapitre 11 : Asservissement, systèmes commandés
(partie 4 du programme officiel)
TP Asservissement de lumière
Objectifs :
− Lire et utiliser un diagramme fonctionnel unifilaire (ou schéma bloc).
− Utiliser le vocabulaire et le formalisme relatifs aux systèmes en chaîne ouverte et en chaîne fermée.
• Boucle fermée, excitation (ou commande). réponse, schéma fonctionnel (ou schéma bloc)
• Chaîne directe (ou d'action), chaîne de retour ( ou réaction), signal d'erreur.
− Câbler un montage correspondant à un système de commande en chaîne fermée.
Document : fichier « CF- LXB-1004A.pdf » sur Internet
1/ Système industriel
Indiquer le principe du système présenté dans le document ci-dessus.
2/ Montage
Réaliser le montage : ce principe
est-il vérifié ? Justifier.
3/ Principe
a) Chaîne directe
On ne considère que le montage à transistor.
L’éclairement dépend de la lumière ambiante, donc aussi de la lampe : celle-ci éclaire plus ou moins en
fonction de l’intensité de la base.
Que se passe-t-il si le ciel s’assombrit ? Comment compenser ?
Vcc=15V ; alim ADI TL081= 15V ; R=10k ;
R’=1k ; RB=4,7k ; lampe 6V ; Rp est la
photorésistance M9960 ; E est l’éclairement en
lux ; uC est la tension de consigne : environ14V
uC
ur
R
R
R
R
RB
Vcc
E
Rp
R’
+
+
iL
Vcc
uD

b) Chaîne de retour
Comment capter l’éclairement ? Quelle est la réponse en cas d’assombrissement ?
c) Système bouclé
Quel est l’intérêt de renvoyer l’image de l’éclairement en entrée ? Exprimer la tension d’erreur uD (écart de
régulation) ?
4/ Fonctions
Quel est le signal d’entrée ? Quel est le signal de sortie ?
Identifier et décrire chaque fonction.
Réaliser un schéma unifilaire avec ces fonctions.
5/ Réaction positive
Que se passe-t-il si on effectue
une somme en entrée plutôt
qu’une différence ?
uC
ur
R
R
R
R
RB
Vcc
E
Rp
R’
+
+
iL
Vcc
uD

TP : quelques réponses
1/ Système industriel
Ce système permet de conserver un éclairement
constant dans un local quel que soit l’ensoleillement
grâce à un éclairage artificiel variable.
2/ Montage
Réaliser le montage : ce principe est-il
vérifié ? Justifier.
3/ Principe
a) Chaîne directe
Si le ciel s’assombrit, la lampe
éclaire toujours avec la même
intensité.
Pour compenser et obtenir un
éclairement global identique, il
suffit d’augmenter la tension
uD sur la base du transistor.
b) Chaîne de retour
On utilise un photorésistor monté en diviseur de tension.
En cas d’assombrissement ur diminue.
c) Système bouclé
La tension d’erreur uD = uCur donc si l’éclairement diminue, ur
aussi, uD et la luminosité de la lampe augmentent : cela permet
de compenser la perte d’éclairement extérieur.
Vcc=15V ; alim ADI TL081= 15V ; R=10k ;
R’=1k ; RB=4,7k ; lampe 6V ; Rp est la
photorésistance M9960 ; E est l’éclairement en
lux ; uC est la tension de consigne
uC
ur
R
R
R
R
RB
Vcc
E
Rp
R’
+
+
iL
Vcc
uD

Cours
1/ Principe du système bouclé
La grandeur d’entrée du système permet de commander la sortie.
Exemples :
- circuit à ADI
- commande d’un interrupteur électronique par un courant (transistor)
- commande de la vitesse d’un moteur à courant continu par action sur U
Maintient de la grandeur de sortie :
Lorsqu’une contrainte extérieure modifie la sortie, il faut agir sur l’entrée pour réajuster la grandeur de sortie.
Appliquer cette explication à l’exemple du moteur.
Dans l’exemple du moteur, si l’objectif est de maintenir une vitesse constante, lorsqu’une charge mécanique entraîne un freinage, il
faut augmenter manuellement la tension pour réajuster la vitesse.
On peut également utiliser un asservissement qui permet un réajustement automatique : l’information de l’état de sortie est
renvoyée à l’entrée afin de comparer et d’ajuster.
On remplace alors le compteur vitesse, par un capteur de vitesse qui convertit en une tension renvoyée à l’entrée, réajustant ainsi
automatiquement la tension du moteur pour que la vitesse reste constante.
2/ Représentation par un schéma unifilaire
Exemple : appliquer ce schéma à l’exemple du moteur.
Rappel : une transmittance est une fonction de transfert qui fait passer d’une grandeur à une autre.
{ Transmittance de la chaîne directe (plusieurs éléments en cascade) : H=s/. ;Transmittance de la chaîne de retour (capteur) : K=r/s.
 Transmittance du système bouclé : T=s/e or =er (utilisation d’un amplificateur de différence)  Montrer que T=
Error!
.
T=
Error!
=
Error!
=
Error!
=
Error!
CQFD
Remarques :
H K est la transmittance de la chaîne ouverte.
Chaîne
directe H
+
Chaîne de
retour K
s
s
e
r
moteur
compteur vitesse
+ yeux
accélérateur
moteur
+
capteur
de vitesse
vitesse
consigne
r

Les montages à AO en fonctionnement linéaire sont des systèmes bouclés.
est un opérateur de différence (amplificateur de différence)
Plusieurs blocs en cascade ont une transmittance globale égale au produit des transmittances des blocs.
Exprimer s/e :
T=H1.H2.H3
3/ Réaction négative ou positive
T<H (|1+H.K|>1)  la réaction est négative (contre réaction), la transmittance est diminuée mais la précision, la linéarité et la
stabilité du système sont augmentées.
Exemple en montage à amplificateur opérationnel : montage amplificateur de tension
T>H (|1+H.K|<1) la réaction est positive, la transmittance est augmentée mais le système peut devenir instable.
Exemple en montage à amplificateur opérationnel : oscillateur (voir chapitre 8)
Remarque : on peut représenter une réaction positive avec un opérateur de somme, on a alors T=
Error!
.
+
H1
H2
H3
e
s