Chaîne d’information, moteur pas à pas et régulation continue

Un système industriel se lit en trois flux : matière, énergie et information. Cette fiche suit l’information, du capteur jusqu’à la commande qui corrige le procédé.

La chaîne d’information

Grandeur physique→capteur→conditionneur→filtre et amplificateur→convertisseur analogique-numérique→microcontrôleur

• ✱Le capteur traduit la grandeur (température, pression, lumière) en signal électrique ; le conditionneur le rend exploitable (tension proportionnelle).
• ✱Un filtre garde les fréquences utiles et élimine le bruit : passe-bas, passe-haut, passe-bande. Son comportement se résume par son gain et sa bande passante, souvent imposés par un gabarit.

Gain en décibels : G = 20 × log ( U_sortie / U_entrée )

La fréquence de coupure correspond à une chute de 3 dB par rapport au gain maximal.

• ✱Le CAN transforme la tension en nombre sur n bits :

Résolution (quantum) : q = plage de tension / 2ⁿ

Un CAN 10 bits sur 0 – 5 V distingue des écarts de 5 / 1 024 ≈ 4,9 mV.

Transmettre par fibre optique

La lumière est guidée par réflexions totales entre le cœur (indice n₁) et la gaine (n₂ < n₁).

Ouverture numérique : ON = sin θ_max = √(n₁² − n₂²)

Dans une fibre à saut d’indice, les rayons de trajets différents arrivent décalés : l’impulsion s’élargit (dispersion), ce qui limite le débit maximal. La fibre résiste aux perturbations électromagnétiques et atténue peu.

Contrôler une position : le moteur pas à pas

Des bobines parcourues par un courant créent un champ magnétique qui oriente un rotor aimanté. En alimentant les bobines dans un ordre précis (commande par microcontrôleur), le rotor tourne d’un angle fixe à chaque impulsion :

angle par pas = 360° / nombre de pas par tour

On positionne ainsi sans capteur une platine, un objectif d’autofocus, une seringue de pousse-seringue.

La boucle de régulation

Consigne→comparateur (écart)→correcteur→actionneur→procédé→capteur→retour au comparateur

Une perturbation (porte ouverte, débit qui change) écarte la grandeur réglée de la consigne ; la boucle la ramène.

Régulation tout ou rien ou continue

Critères de performance

Après un échelon de consigne ou de perturbation, on mesure :

1. 1l’écart statique (différence finale consigne – mesure) ;
2. 2le temps de réponse à 5 % (temps pour rester à moins de 5 % de la variation totale autour de la valeur finale) ;
3. 3le premier dépassement.

Augmenter K en correction P réduit l’écart statique mais augmente le dépassement, jusqu’à rendre le système instable. La correction PI annule l’écart statique.

Exemple travaillé

Consigne 60 °C, correction P : l’eau se stabilise à 57 °C. Écart statique = 3 °C. En doublant K, il devient environ 1,5 °C, avec un dépassement plus grand ; en ajoutant l’action intégrale, la température finit à 60 °C.

!Une correction proportionnelle seule ne peut pas ramener exactement à la consigne : s’il n’y avait plus d’écart, il n’y aurait plus d’action.