⚙ Spécialité Sciences de l’ingénieur Terminale Générale · Chapitre 2

Asservissements et systèmes bouclés

Systèmes en boucle ouverte et en boucle fermée, schéma-bloc (consigne, comparateur, écart, correcteur, capteur), fonction de transfert d'un bloc, performances : stabilité, rapidité (temps de réponse à 5 %), précision (erreur statique), dépassement ; correcteurs proportionnel et intégral.

1. Boucle ouverte, boucle fermée

Définition

En boucle ouverte, la commande ne tient pas compte du résultat (grille-pain à minuterie). En boucle fermée (système asservi), un capteur mesure la sortie, un comparateur calcule l'écart entre la consigne et la mesure, et un correcteur agit pour réduire cet écart, même en présence de perturbations (régulateur de vitesse, thermostat, drone stabilisé).

consigne+?écartcorrecteuractionneursystèmesortiecapteurmesure (retour)Le système corrige en permanence l'écart entre consigne et mesure.
Schéma-bloc d'un système asservi (boucle fermée).

Propriété · Gain d'un bloc

En régime permanent, un bloc peut être caractérisé par son gain $K = \dfrac{\text{sortie}}{\text{entrée}}$. Des blocs en série ont pour gain le produit des gains.

2. Performances

246810120,510t (s)sortiedépassementbande ± 5 %consigne
Réponse indicielle d'un système asservi : rapidité (temps de réponse à 5 %), dépassement et précision.

Propriété · Critères

Stabilité : la sortie converge vers une valeur finie (pas d'oscillations croissantes). Rapidité : temps de réponse à $5\,\%$ $t_{5\%}$, instant à partir duquel la sortie reste dans la bande $\pm 5\,\%$ autour de la valeur finale. Précision : erreur statique $\varepsilon_s$ = écart final entre consigne et sortie. Dépassement : $D = \dfrac{s_\text{max} - s_\text{finale}}{s_\text{finale}}$.

3. Correcteurs

Propriété · Proportionnel et intégral

Un correcteur proportionnel (P) multiplie l'écart par un gain $K_p$ : augmenter $K_p$ rend le système plus rapide et plus précis, mais risque de provoquer des oscillations et un dépassement. Un correcteur intégral (I) accumule l'écart au cours du temps : il annule l'erreur statique. Le correcteur PID combine proportionnel, intégral et dérivé.

Activité · Régler un asservissement de position

Matérielaxe linéaire motorisé asservi (maquette didactique) ou logiciel de simulation.
ConsigneAppliquer une consigne de $100$ mm pour trois valeurs de $K_p$ et relever $t_{5\%}$, le dépassement et l'erreur statique.
Résultat$K_p$ faible : lent, sans dépassement, erreur statique de quelques mm. $K_p$ moyen : plus rapide, léger dépassement. $K_p$ élevé : fortes oscillations.
BilanLe réglage est un compromis entre rapidité, précision et stabilité, à vérifier par rapport au cahier des charges.

S'entraîner

Exercices corrigés

🎓 20 exercices corrigés et un quiz vous attendent dans ce chapitre.

Créez votre compte gratuit pour voir les corrections, faire les quiz et suivre votre progression.

1

Boucle ouverte ou fermée

★☆☆

Classer : thermostat de radiateur, lave-linge à programme fixe, régulateur de vitesse d'une voiture.

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
2

Rôle du capteur

★☆☆

Quel est le rôle du capteur dans un système asservi ?

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
3

Calcul de l'écart

★☆☆

Consigne $20\,{}^\circ\text{C}$, mesure $18{,}5\,{}^\circ\text{C}$. Écart ?

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
4

Perturbation

★★☆

Donner une perturbation pour le régulateur de vitesse d'une voiture.

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
5

Gain en série

★★☆

Trois blocs de gains $5$, $0{,}2$ et $10$ sont en série. Gain global ?

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
6

Sortie d'un bloc

★☆☆

Un capteur de gain $0{,}01$ V/°C mesure $35\,{}^\circ\text{C}$. Tension de sortie ?

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
7

Lire la réponse

★★☆

D'après la figure du cours, quelle est la valeur finale ? Y a-t-il une erreur statique ?

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
8

Dépassement

★★☆

La sortie atteint au maximum $1{,}2$ pour une valeur finale de $1$. Dépassement ?

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
9

Temps de réponse

★★☆

Définir le temps de réponse à $5\,\%$.

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
10

Erreur statique

★★☆

Consigne $100$ mm, position finale $97$ mm. Erreur statique (absolue et relative) ?

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
11

Effet du gain

★★☆

Que se passe-t-il généralement si l'on augmente le gain d'un correcteur proportionnel ?

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
12

Correcteur intégral

★★☆

Quel est l'intérêt d'un correcteur intégral ?

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
14

Cahier des charges

★★★

Exigences : $t_{5\%} \leq 2$ s, dépassement $\leq 10\,\%$, erreur statique nulle. On mesure $1{,}5$ s, $15\,\%$, $0$. Conclure.

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
15

Thermostat

★★☆

Décrire les éléments de la boucle d'un chauffage régulé : consigne, capteur, correcteur, actionneur.

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
16

Drone

★★☆

Pourquoi un drone doit-il être asservi pour rester horizontal ?

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
17

Valeur finale avec gain

★★★

Une boucle fermée a un gain de chaîne directe $K = 9$ et un retour unitaire. La sortie finale vaut $\dfrac{K}{1 + K}$ fois la consigne. Erreur statique relative ?

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
18

Boucle ouverte et perturbation

★★☆

Pourquoi un système en boucle ouverte ne peut-il pas compenser une perturbation ?

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
19

Lecture du schéma-bloc

★☆☆

Dans le schéma du cours, que représente le cercle ?

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
20

Vrai ou faux

★★☆

a) Un thermostat est un système asservi. b) Un fort dépassement améliore la précision. c) L'écart vaut consigne moins mesure.

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →

Vérifier

Avez-vous bien compris ?

Répondez au quiz : la correction s'affiche immédiatement.