22.1 : Éléments des schémas fonctionnels

Les schémas fonctionnels servent de représentation visuelle des relations d'entrée-sortie au sein d'un système. Un exemple illustratif est un système de chauffage, où la température réglée active le four pour chauffer la pièce au niveau souhaité. Les schémas fonctionnels sont polyvalents, modélisant des systèmes linéaires via des variables de transformation de Laplace et des systèmes non linéaires utilisant des variables du domaine temporel.

Un schéma fonctionnel comprend généralement des éléments essentiels tels que des comparateurs, des blocs et des boucles de rétroaction. Chacun de ces éléments est représenté par des équations spécifiques. Les comparateurs fonctionnent comme des points de jonction où les signaux sont comparés, effectuant des opérations mathématiques fondamentales comme l'addition et la soustraction. Cette comparaison est cruciale dans les systèmes de contrôle pour générer des signaux d'erreur qui entraînent des actions correctives.

Les blocs d'un schéma fonctionnel représentent les équations du système dans le domaine temporel ou sous forme de fonctions de transfert dans le domaine fréquentiel. Dans les systèmes de contrôle, ces blocs symbolisent divers composants tels que les installations, les contrôleurs, les actionneurs et les capteurs. Dans l'exemple précédent, un comparateur comparerait la température de consigne à la température mesurée et mettrait le four sous et hors tension, selon le cas. Dans un autre exemple, une installation représente le processus ou le système principal contrôlé, tandis qu'un contrôleur ajuste l'entrée de l'installation en fonction des retours d'information. Les actionneurs convertissent les signaux de contrôle en actions physiques et les capteurs mesurent la sortie, fournissant ainsi un retour d'information au système.

Dans un système de contrôle par rétroaction, la variable contrôlée est continuellement comparée à l'entrée de référence pour produire un signal d'erreur. Ce signal d'erreur active un actionneur qui fonctionne pour minimiser l'erreur. Le capteur du système convertit la sortie physique en un signal qui peut être comparé à l'entrée de référence. La rétroaction peut être positive ou négative, affectant la stabilité et la réponse du système.

Les schémas fonctionnels peuvent présenter des éléments de systèmes de contrôle par rétroaction disposés en série ou en parallèle. La fonction de transfert globale du système est déterminée en combinant les fonctions de transfert individuelles des blocs. Ce processus implique une manipulation algébrique des équations de bloc pour dériver le comportement du système. La compréhension de la fonction de transfert est essentielle pour analyser les performances et la stabilité du système, afin de garantir qu'il répond aux spécifications souhaitées.