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TD d"automatique - Licence 3 ESA - 2015/20161

Travaux dirigés d"automatiqueNo1

Exercice 1 - transformée de Laplace

Démontrer les propriétés suivantes de la transformée de Laplace :

1. La transformée de Laplace d"un produit de convolution de deux fonctions du temps est égale

au produit des transformées de Laplace de ces fonctions.

2. La réponse d"un système linéaire invariant s"obtient en faisant la convolution de sa réponse

impulsionnelle avec le signal d"entrée.

3. La fonction de transfert d"un système est la transformée de Laplace de sa réponse impulsion-

nelle.

4.f(tτ)=eτsF(s)avecF(s) =f(t)etf(t)causale.

Exercice 2 - réponse harmonique d"un système Un système a la fonction de transfert suivante :

F(s) =Y(s)

U(s)=1s+a

aveca >0. On applique à l"entrée de ce système un signal sinusoïdalu(t) =Asin(ωt)Γ(t).

1. Calculer la transformée de LaplaceU(s)deu(t)sans utiliser les tables de transformées.

2. En déduire la transformée de LaplaceY(s)de la sortie, puis son expression temporelley(t).

3. Vérifier quey(t) =AF(jω)sin(ωt+ arg(F(jω)))en régime permanent.

4. Démontrer, que cette propriété est vraie dans le cas général à condition que les pôles deF(s)

soient à partie réelle négative.

Exercice 3 - modélisation d"un système

On désire modéliser le système d"entraînement des têtes de lecture/écriture d"un disque dur. Le

bras supportant ces têtes est en rotation autour d"un axe et sa position est donnée par la grandeur

Un actionneur électromagnétique permet de le mouvoir. Le bras a une inertieJet son axe a un

coefficient de frottement visqueuxf. L"effet de l"actionneur est compensé par un ressort de raideur

K r(en Nm/rad) qui est au repos lorsqueθ= 0.

Le coupleΓgénéré par l"actionneur est proportionnel au courantIbcirculant dans une bobine :

Γ =KbIb. La bobine qui a une résistanceRbet une inductanceLbest alimentée par une tension u.

1. Ecrire les équations différentielles du système.

2. En déduire la fonction de transfert entreU(s) =u(t)etΘ(s) =θ(t).

3. On donne les valeurs suivantes pour les constantes du système :J= 1e5m2.kg,Kb=

0.05N.m/A,Rb= 1Ω,Lb= 1mH,f= 1e5Nms/rad,Kr= 0.1Nm/rad. Faites l"applica-

tion numérique et déduisez-en la réponse indicielle du système.

TD d"automatique - Licence 3 ESA - 2015/20162

Travaux dirigés d"automatiqueNo2

Exercice 1 - Calcul d"une réponse temporelle

On considère un système de fonction de transfertG(s) =0.1(s+10) (s+2)(s+1).

1. Calculez la réponse indicielle du système dans le cas où ilest initialement au repos

2. Calculez la réponse indicielle dans le cas où

-y(0) = 2 -y(0) = 0

3. Comparez le comportement en régime permanent dans les deux cas

Exercice 2 - Tracé d"une réponse temporelle

On considère un système de fonction de transfertG(s) =10(s+2) (s+5)(s+50).

1. Calculez le gain statique du système

2. Tracez l"allure de la réponse indicielle qu"on obtiendrait s"il n"y avait pas de zéro dansG(s).

3. Déterminez l"allure de la réponse indicielle en prenant en compte le zéro.

4. Calculez exactement la réponse indicielle deG(s).

Exercice 3 - Approximations et tracés

On donne les fonctions de transfert suivantes :

1.G(s) =10(s+ 100)

(s2+ 10s+ 50)(s+ 50)

2.G(s) =100(s+ 2)

s(s+ 10)2

3.G(s) =5 + 0.05s

s2+ 12s+ 20

Pour chacune tracez la réponse indicielle en vous ramenant,si possible, à des systèmes simples.

Exercice 4 - Tracé d"une réponse temporelle

Un système a pour fonction de transfertG(s) =32 s(s+8).

1. Ce système est-il stable?

2. Tracez la forme de sa réponse indicielle sans calcul.

3. On reboucle le système à l"aide d"une rétroaction négative de gain unité. Donnez la fonction

de transfert de la boucle fermée. Tracez la réponse indicielle de la boucle fermée.

Exercice 5 - Identification indicielle

On a relevé la réponse indicielle d"un procédé :

TD d"automatique - Licence 3 ESA - 2015/20163

01234560

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Step Response

Time (sec)

Amplitude

A partir de cette réponse proposez une fonction de transfertpour ce procédé.

TD d"automatique - Licence 3 ESA - 2015/20164

Travaux dirigés d"automatiqueNo3

Exercice 1

Soit la fonction de transfert :

G(s) =10(s+ 10)

s(s+ 2)(s+ 5)

1. Tracer les diagrammes de Bode asymptotiques deG(s)(amplitude et phase).

2. Calculer l"erreur commise à l"intersection des asymptotes entre les diagrammes de Bode

asymptotiques et les diagrammes réels.

Exercice 2

Soit la fonction de transfert :

G(s) =10e0.2s(s+ 2)

s2+ 2s+ 100

1. Tracer les diagrammes de Bode asymptotiques de l"amplitude et de la phase deG(s).

2. Calculer l"erreur commise à l"intersection des asymptotes dans le diagramme d"amplitude.

3. Calculer la phase enω= 2etω= 10.

Exercice 3

Soit le système bouclé suivant :

???G(s) =4s(s+5)? r(t)y(t)+

1. Tracer les diagrammes de Bode asymptotiques de l"amplitude et de la phase deG(s).

2. En déduire directement un diagramme de Bode asymptotiquede l"amplitude deT(s) =Y(s)

R(s) (la fonction de transfert du système bouclé) sans calculerT(s).

3. Comparer ce dernier diagramme au diagramme de Bode asymptotique de l"amplitude deT(s)

obtenu après calcul deT(s).

TD d"automatique - Licence 3 ESA - 2015/20165

Travaux dirigés d"automatiqueNo4

Exercice 1 - simplification de shémas

Simplifier les schémas fonctionnels suivants et donner la fonction de transfert entreU(s)et Y(s). +-F1(s)-+F1(s)U(s)Y(s) +-U(s)F1(s)+-F2(s)Y(s) +-U(s)F1(s)F2(s)-++-F3(s)Y(s) F4(s)

Exercice 2 - moteur à courant continu

Soit un moteur à courant continu dont les caractéristiques sont les suivantes : Induit : courant

I, tensionU, inductanceL= 3mH, résistanceR= 1 Ω, inertieJ= 0.01m2kg, frottement visqueuxf= 3.103Nm/rad.s1. Coefficient de couple = coefficient de fcem =K= 1.3Nm/A=

1.3V/rad.s1. Le moteur produit un coupleΓsur l"arbre dont la vitesse angulaire de rotation est

1. Etablir le schéma fonctionnel du moteur en faisant apparaître les grandeursU,I,ΓetΩ,

ainsi qu"une entrée de perturbation de couplePvenant s"additionner au couple moteur.

2. Simplifier ce schéma de manière à obtenir la relationΩ(s) =F(P(s),U(s)).

3. Déterminer numériquement les pôles de la fonction de transfertΩ(s)

U(s).

4. Même question pourJ= 0.1m2kg. Conclusion.

Exercice 3 - réducteur avec élasticité (DIFFICILE) Donner la fonction de transfert du dispositif ci-dessous dont l"entrée estΓmet la sortieθa.

Donner le schéma bloc du système et dessiner l"allure de la réponse indicielle.JmetΓmsont

Réducteur

1/N

ΓmJm

JrΘr

Kr

RessortAxe de sortieAxe moteur

ΓaJaΘa

respectivement l"inertie et le couple de l"axe moteur. Le réducteur a un rapport de réduction de

1/N. L"axe de sortie du réducteur a une inertieJret la position angulaire de l"axe de sortie est

TD d"automatique - Licence 3 ESA - 2015/20166

notéeθr. La flexibilité est modélisée par un ressort en torsion de raideurKr. L"axe de sortie a une

inertieJa, le couple qu"il subit estΓaet sa position angulaire etθa.

TD d"automatique - Licence 3 ESA - 2015/20167

Travaux dirigés d"automatiqueNo5

Exercice 1

Déterminez si les systèmes suivants sont stables : a)G(s) =10(s+ 20) s(s2+ 12s+ 20) b)G(s) =5e0.2s (s2)(s10)(s50) c)G(s) =20(s10) s42s3+s2+ 5s+ 10

Exercice 2

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