PHYSIQUE APPLIQUEE BTS CIEL

Exercice 1 : Systèmes passe-bas du 1er et du 2ème ordre ( Réponse indicielle et diagramme de Bode)

Exercice 2 : Transmission du signal ( code NRZ, NRZI, Manchester, modulation ASK, FSK, PSK)

Exercice 3 : Extrait BTS (capteur, filtrage analogique)

1.Filtrage analogique ou numérique du signal issu d’un capteur.

— signal capteur.
— signal filtré par un algorithme récursif de type passe-bas.
— signal filtré par un algorithme no récursif de type moyenne glissante.

2.Etude d’un filtre numérique.

Equation de récurrence.
Transmittance en Z.
Stabilité.
Réponse impulsionnelle.
Réponse indicielle.
Réponse fréquentielle.

DS LUNDI 13 Octobre en salle B400 :

Revoir les exercices sur le traitement numérique du signal.

MISE EN ŒUVRE D’UN FILTRE NUMERIQUE DU SON: «écho»

Le phénomène d’écho est bien connu. Les surfaces réfléchissantes comme un mur, du bois ou du verre renvoient l’onde sonore vers la source à la vitesse de 340m/s.
Le son original e(t) et sa réflexion atténuée A.e(t-to) se superposent. S(t) = e(t) + A.e(t-to)
A : atténuation du signal, to : retard du à la réflexion.

L’algorithme associé à l’écho est donc le suivant : yn = xn + A.xn-m
Le retard dépend de la valeur de m.

On pose : A = 0,6 et m = valeur déterminée.
Réaliser le filtrage numérique en entrant l’équation de récurrence (onglet « expression Evaluator f(x)»).
Observer et écouter l’effet obtenu.
Modifier la valeur du retard (valeur de m). Ajouter un deuxième retard. Commentaires.

MISE EN ŒUVRE D’UN FILTRE NUMERIQUE DU SON: «réverbération»

Par rapport à l’effet d’écho, l’effet de réverbération est obtenu dans une pièce de petite taille.
Les réflexions sont donc multiples.
L’algorithme associé à la réverbération est le suivant : yn = xn + A.yn-m
Reprendre le travail précédent avec to = 20ms et A = 0,9.

MODIFICATION DE LA FREQUENCE DE COUPURE DU FILTRE

L’application Simulation/Filtrage/filtrage numérique dans permet de concevoir un filtre numérique d’après ses caractéristiques : filtre passe bas de type Butterworth d’ordre 1 de fréquence de coupure f_c = 1 Hz.

On choisit une fréquence d’échantillonnage f_E = 100 Hz.

Réaliser le filtre sous ISIS.

MODIFICATION DE LA STRUCTURE DU FILTRE

Pour lisser le signal précédent, on choisit un  traitement numérique d’algorithme :

y_n = 0,125*( x_n + x_{n – 1} + x_{n – 2} + x_{n – 3} + x_{n – 4} + x_{n – 5} + x_{n – 6} +  x_{n – 7})

Réaliser le filtre sous ISIS.

MODIFICATION DE LA STRUCTURE DU FILTRE (2)

On utilise un filtre réalisant la fonction passe bas d’ordre 2.

Réaliser le filtre sous ISIS.

MISE EN ŒUVRE D’UN FILTRE NUMERIQUE DU SON : « écho »

L’algorithme associé à l’écho est donc le suivant : y_n = x_n + A.x_n-m

Réaliser le filtre sous GOLDWAVE.

MISE EN ŒUVRE D’UN FILTRE NUMERIQUE DU SON : « réverbération »

L’algorithme associé à la réverbération  est  le suivant : y_n = x_n + A.y_n-m

Réaliser le filtre sous GOLDWAVE.

Etude d’un filtre à partir de son équation de récurrence.

1) Causalité, récursivité, RII ou RIF.

2) Schéma bloc de l’algorithme.

3) transmittance en z.

4) Etude de la stabilité.

5) Réponse impulsionnelle. Réponse indicielle.

Etudier un échantillonneur bloqueur sous ISIS.
Etudier et mettre en œuvre différents filtres numériques et analogiques sous ISIS.

Comparaison des diagrammes de Bode filtre analogique/ filtre numérique

1) Classification des systèmes de traitement suivant la fréquence des signaux

2) Outils mathématiques pour étudier un système physique. (transmittance complexe, transformée de laplace, transformée en z)

3) Définition et propriétés de la T.Z.

4) Utilisation de la T.Z : passage de l’équation de récurrence à la transmittance en z et vice-versa.

Exercice 1 : Notions de base en courant continu : tension, potentiels, diviseurs de tension, résistance équivalente.

Exercice 2 : Caractéristiques temporelles d’un signal PWM : période, fréquence, amplitude , amplitude crête à crête, rapport cyclique, valeur moyenne, valeur efficace.

Exercice 3 : Mise en oeuvre d’un capteur d’éclairement : Caractéristiques du capteur, équation, valeur de l’éclairement mesuré.

Exercice 4 : Filtrage analogique du signal : spectre du signal d’entrée,  lecture du diagramme de Bode, fréquence de coupure, bande passante, atténuation en dB/décade, ordre du filtre, calcul des amplitudes des harmoniques de sortie.

Exercice 5 : Eléments d’une chaîne de traitement numérique : Filtre antirepliement, échantillonneur-bloqueur, CAN, calculateur, CNA, filtre de lissage.

Exercice 6 : Choix d’une carte d’acquisition d’après un cahier des charges : Condition de Shannon, tension pleine échelle, quantum.

Exercice 7 :  Filtrage numérique du signal : équation de récurrence, schéma -bloc, filtre récursif ou non récursif, RII ou RIF, stable ou instable, tracé de la réponse impulsionnelle.

Exercice 8  : Extrait BTS  :Installation de panneaux photovoltaïques avec dispositif suiveur de soleil (SUN TRACKING)

Partie A : module capteur : quelques éléments sur le dispositif chargé de déterminer l’azimut. Partie B : module capteur : conditionnement analogique. Partie C : module capteur : conversion analogique-numérique et traitement numérique.

Commande électrique du volet d’admission d’air du moteur thermique.

iris_phys_09 

Partie A:  Moto-réducteur d’entraînement du volet (asservissement analogique)

Partie B:  Capteur de position du volet (potentiomètre )

Partie C : Asservissement de position du volet (transmittance en Boucle fermée)

Partie D : Rôle du correcteur (réponse indicielle sans et avec correcteur)

Partie E : Étude du système dans sa version numérique (échantillonnage, équation de récurrence, transformée en Z)

Partie F : Bus de données (notions de base sur le transport en bande de base)

Partie G : Alimentation en énergie électrique (alternateur, redresseur,batterie)

Partie H : Étude du régulateur (hacheur série)

3^ème PARTIE : Asservissement du système réel

On réalisera les régulations suivantes :

Réponse indicielle en BO :
Réponse indicielle avec correcteur proportionnel P.             P = 1,  P = 2,  P = 3…
Réponse indicielle avec correcteur proportionnel PI.  (P = 1, ti = 60 ms et ti = 100 ms)
Effet d’une perturbation sur la réponse indicielle en BF avec régulateur PI.
Réponse à une rampe avec correcteur proportionnel P et PI.
Réponse à des signaux e(t) Préenregistrés : « Trapèze » puis « parabole »

Comparer chaque réponse réelle avec chaque réponse simulée.

Réponse indicielle avec correcteur proportionnel PI. (P = 1, Ti = 60ms )

L’erreur statique est nulle : U s = 5V ==> n =31 tr/s. Le temps de réponse est légèrement différent de la simulation.

DEUXIEME PARTIE : simulation en boucle fermée.

Réponse indicielle avec correcteur proportionnel P.
Réponse indicielle avec correcteur proportionnel PI.
Effet d’une perturbation sur la réponse indicielle.
Réponse à une rampe avec correcteur proportionnel P et PI.
Réponse à des signaux e(t) particuliers : « Trapèze » puis « parabole »
Conclusion sur les effets de l’asservissement  (stabilité, précision, rapidité, effet sur une perturbation)

Exemple de réponse à un signal « Trapèze » avec un correcteur PI

(P=1, Ti=60ms)

Première partie : Etude du système  Amplificateur / MCC / DT / adaptateur

on  réalisera une étude en boucle ouverte (pas d’asservissement)

Etude statique : ensemble amplificateur-moteur-dynamo tachymètrique-adaptateur.

Etude dynamique : réponse indicielle.

Modélisation du système (1er ordre et 2ème ordre)

1. Fin du TP Simulation PID

2. Correction Partie D – BTS IRIS 2013 :

Acquisition et traitement des mesures (fréquence d’échantillonnage, Shannon, quantum,algorithme,stabilité,TZ.

1.  Passe bas d’ordre 1 : réponse indicielle et fréquentielle.

2.  Passe bas d’ordre 2 : réponse indicielle et fréquentielle.

1) Réponse indicielle :

Paramétrer le système numérique (Application « filtrage numérique »)

Observer à l’oscilloscope l’échelon e(t) et la réponse indicielle s(t).

Identifier le système. (On pourra utiliser l’application « identification de systèmes linéaires »)

2) Réponse fréquentielle

Tracer le diagramme de Bode du système (gain et phase)

Identifier le système.