Les systèmes électroniques réalisent cela avec l’aide de dispositifs d’entrée tels que des capteurs, qui réagissent d’une certaine manière à ces informations, puis utilisent l’énergie électrique sous forme d’une action de sortie pour contrôler un processus physique ou effectuer un type d’opération mathématique sur le signal.

Cependant, les systèmes de contrôle électroniques peuvent également être considérés comme un processus qui transforme un signal en un autre afin de donner la réponse souhaitée du système. Nous pouvons donc dire qu’un système électronique simple se compose d’une entrée, d’un processus et d’une sortie, avec la variable d’entrée dans le système et la variable de sortie du système étant toutes deux des signaux.

Il existe plusieurs façons de représenter un système, par exemple : mathématiquement, descriptivement, pictorialement ou schématiquement. Les systèmes électroniques sont généralement représentés schématiquement sous la forme d’une série de blocs interconnectés et de signaux, chaque bloc ayant son propre ensemble d’entrées et de sorties.

Ainsi, même les systèmes de contrôle électroniques les plus complexes peuvent être représentés par une combinaison de blocs simples, chaque bloc contenant ou représentant un composant individuel ou un sous-système complet. La représentation d’un système électronique ou d’un système de contrôle de processus sous forme de blocs ou de cases interconnectés est communément appelée « représentation par bloc ».

Représentation par Bloc d’un Système Électronique Simple

Les Systèmes Électroniques possèdent à la fois des Entrées et des Sorties, avec la ou les sorties produites par le traitement des entrées. De plus, les signaux d’entrée peuvent provoquer un changement dans le processus ou peuvent eux-mêmes entraîner un changement dans le fonctionnement du système. Par conséquent, l’entrée dans un système est la « cause » du changement, tandis que l’action résultant qui se produit sur la sortie du système en raison de la présence de cette cause est appelée l’« effet », l’effet étant une conséquence de la cause.

En d’autres termes, un système électronique peut être classé comme « causal » par nature, car il existe une relation directe entre son entrée et sa sortie. L’analyse des systèmes électroniques et la théorie du contrôle des processus reposent généralement sur cette analyse Cause et Effet.

Par exemple, dans un système audio, un microphone (dispositif d’entrée) convertit les ondes sonores en signaux électriques pour que l’amplificateur les amplifie (un processus), et un haut-parleur (dispositif de sortie) produit des ondes sonores en tant qu’effet d’être entraîné par les signaux électriques de l’amplificateur.

Cependant, un système électronique ne doit pas nécessairement être une opération simple ou unique. Il peut également s’agir d’une interconnexion de plusieurs sous-systèmes travaillant ensemble au sein du même système global.

Notre système audio pourrait, par exemple, impliquer la connexion d’un lecteur CD, ou d’un lecteur DVD, d’un lecteur MP3, ou d’un récepteur radio étant toutes des entrées multiples vers le même amplificateur, qui à son tour alimente un ou plusieurs ensembles de haut-parleurs stéréo ou de type home cinéma.

Mais un système électronique ne peut pas être simplement une collection d’entrées et de sorties, il doit « faire quelque chose », même si c’est juste pour surveiller un interrupteur ou pour allumer une lumière. Nous savons que les capteurs sont des dispositifs d’entrée qui détectent ou transforment des mesures du monde réel en signaux électroniques qui peuvent ensuite être traités. Ces signaux électriques peuvent être sous forme de tensions ou de courants dans un circuit. Le dispositif opposé ou de sortie est appelé un actionneur, qui convertit le signal traité en une opération ou une action, généralement sous forme de mouvement mécanique.

Types de Systèmes Électroniques

Les systèmes électroniques fonctionnent soit avec des signaux en temps continu (CT), soit avec des signaux en temps discret (DT). Un système en temps continu est un système dans lequel les signaux d’entrée sont définis le long d’un continuum de temps, tel qu’un signal analogique qui « continue » dans le temps pour produire un signal en temps continu.

Cependant, un signal en temps continu peut également varier en amplitude ou avoir une nature périodique avec une période T. Par conséquent, les systèmes électroniques en temps continu ont tendance à être des systèmes purement analogiques produisant une opération linéaire avec les signaux d’entrée et de sortie référencés sur une période de temps définie.

Par exemple, la température d’une pièce peut être classée comme un signal en temps continu qui peut être mesurée entre deux valeurs ou points d’arrêt, par exemple, du froid au chaud ou du lundi au vendredi. Nous pouvons représenter un signal en temps continu en utilisant la variable indépendante pour le temps t et où x(t) représente le signal d’entrée et y(t) représente le signal de sortie sur une période de temps t.

En général, la plupart des signaux présents dans le monde physique que nous pouvons utiliser tendent à être des signaux en temps continu. Par exemple, voltage, courant, température, pression, vitesse, etc.

D’autre part, un système en temps discret est un système dans lequel les signaux d’entrée ne sont pas continus mais une séquence ou une série de valeurs de signaux définies à des « points discrets » dans le temps. Cela se traduit par une sortie en temps discret généralement représentée comme une séquence de valeurs ou de nombres.

En général, un signal discret n’est spécifié qu’à des intervalles, valeurs ou points de temps discrets également espacés. Par exemple, la température d’une pièce mesurée à 13h00, 14h00, 15h00 et à nouveau à 16h00 sans se soucier de la température réelle de la pièce entre ces points à 13h30 ou à 14h45.

Cependant, un signal en temps continu, x(t) peut être représenté comme un ensemble discret de signaux uniquement à des intervalles discrets ou des « moments dans le temps ». Les signaux discrets ne sont pas mesurés par rapport au temps, mais plutôt tracés à des intervalles de temps discrets, où n est l’intervalle d’échantillonnage. En conséquence, les signaux en temps discret sont généralement notés x(n) représentant l’entrée et y(n) représentant la sortie.

Nous pouvons alors représenter les signaux d’entrée et de sortie d’un système comme x et y respectivement, le signal, ou les signaux eux-mêmes étant représentés par la variable t, qui représente généralement le temps pour un système continu et la variable n, qui représente une valeur entière pour un système discret comme montré précédemment.

Système en Temps Continu et Système en Temps Discret

Interconnexion des Systèmes

L’un des aspects pratiques des systèmes électroniques et de la représentation par blocs est qu’ils peuvent être combinés soit en séries, soit en parallèles, pour former des systèmes beaucoup plus grands. De nombreux systèmes réels plus grands sont construits en utilisant l’interconnexion de plusieurs sous-systèmes et en utilisant des diagrammes de blocs pour représenter chaque sous-système, nous pouvons créer une représentation graphique de l’ensemble du système analysé.

Lorsque les sous-systèmes sont combinés pour former un circuit en série, la sortie globale à y(t) sera équivalente à la multiplication du signal d’entrée x(t) comme le montre le fait que les sous-systèmes sont en cascade.

Système Connecté en Série

Pour un système continu en série, le signal de sortie y(t) du premier sous-système, “A” devient le signal d’entrée du deuxième sous-système, “B” dont la sortie devient l’entrée du troisième sous-système, “C” et ainsi de suite à travers la chaîne série donnant A x B x C, etc.

Ensuite, le signal d’entrée original est en cascade à travers un système connecté en série, donc pour deux sous-systèmes connectés en série, la sortie équivalente unique sera égale à la multiplication des systèmes, c’est-à-dire y(t) = G₁(s) x G₂(s). Où G représente la fonction de transfert du sous-système.

Notez que le terme « Fonction de Transfert » d’un système fait référence et est défini comme étant la relation mathématique entre l’entrée et la sortie du système, ou sortie/entrée et décrit donc le comportement du système.

Aussi, pour un système connecté en série, l’ordre dans lequel une opération série est effectuée n’a pas d’importance en ce qui concerne les signaux d’entrée et de sortie car : G₁(s) x G₂(s) est le même que G₂(s) x G₁(s). Un exemple d’un circuit simple connecté en série pourrait être un microphone unique alimentant un amplificateur suivi d’un haut-parleur.

Système Électronique Connecté en Parallèle

Pour un système continu connecté en parallèle, chaque sous-système reçoit le même signal d’entrée, et leurs sorties individuelles sont additionnées pour produire une sortie globale, y(t). Alors pour deux sous-systèmes connectés en parallèle, la sortie unique équivalente sera la somme des deux entrées individuelles, c’est-à-dire y(t) = G₁(s) + G₂(s).

Un exemple d’un circuit simple connecté en parallèle pourrait être plusieurs microphones alimentant une table de mixage qui à son tour alimente un amplificateur et un système de haut-parleurs.

Systèmes de Rétroaction Électronique

Une autre interconnexion importante des systèmes qui est utilisée de manière extensive dans les systèmes de contrôle est la « configuration de rétroaction ». Dans les systèmes de rétroaction, une fraction du signal de sortie est « renvoyée » et soit ajoutée, soit soustraite du signal d’entrée original. Le résultat est que la sortie du système est continuellement modifiée ou mise à jour avec l’objectif de modifier la réponse d’un système afin d’améliorer sa stabilité. Un système de rétroaction est également communément désigné comme un « Système en Boucle Fermée » comme indiqué.

Système de Rétroaction en Boucle Fermée

Les systèmes de rétroaction sont largement utilisés dans la plupart des conceptions de systèmes électroniques pratiques pour aider à stabiliser le système et à augmenter son contrôle. Si la boucle de rétroaction réduit la valeur du signal original, la boucle de rétroaction est connue sous le nom de « rétroaction négative ». Si la boucle de rétroaction ajoute à la valeur du signal original, la boucle de rétroaction est connue sous le nom de « rétroaction positive ».

Un exemple d’un système de rétroaction simple pourrait être un système de chauffage contrôlé par thermostat dans la maison. Si la maison est trop chaude, la boucle de rétroaction éteindra le système de chauffage pour la rendre plus fraîche. Si la maison est trop froide, la boucle de rétroaction allumera le système de chauffage pour la rendre plus chaude. Dans ce cas, le système est composé du système de chauffage, de la température ambiante et de la boucle de rétroaction contrôlée par thermostat.

Fonction de Transfert des Systèmes Électroniques

Tout sous-système peut être représenté comme un simple bloc avec une entrée et une sortie comme indiqué. Généralement, l’entrée est désignée comme : θi et la sortie comme : θo. Le rapport de la sortie sur l’entrée représente le gain, (G) du sous-système et est donc défini comme : G = θo/θi

Dans ce cas, G représente la Fonction de Transfert du système ou sous-système. Lorsqu’on discute des systèmes électroniques en termes de leur fonction de transfert, l’opérateur complexe, s est utilisé, alors l’équation pour le gain est réécrite sous la forme : G(s) = θo(s)/θi(s)

Résumé des Systèmes Électroniques

Nous avons vu qu’un simple Système Électronique se compose d’une entrée, d’un processus, d’une sortie et éventuellement d’une rétroaction. Les systèmes électroniques peuvent être représentés à l’aide de diagrammes de blocs interconnectés où les lignes entre chaque bloc ou sous-système représentent à la fois le flux et la direction d’un signal à travers le système.

Les diagrammes de blocs ne représentent pas nécessairement un système simple unique, mais peuvent représenter des systèmes très complexes composés de nombreux sous-systèmes interconnectés. Ces sous-systèmes peuvent être connectés ensemble en série, en parallèle ou en combinaisons des deux en fonction du flux des signaux.

Nous avons également vu que les signaux et systèmes électroniques peuvent être de nature continue ou discrète et peuvent être analogiques, numériques ou les deux. Les boucles de rétroaction peuvent être utilisées pour augmenter ou réduire la performance d’un système particulier en offrant une meilleure stabilité et un meilleur contrôle. Le contrôle est le processus permettant de faire en sorte qu’une variable système adhère à une valeur particulière, appelée valeur de référence.

Dans le prochain tutoriel sur les Systèmes Électroniques, nous examinerons un type de système de contrôle électronique appelé Système en Boucle Ouverte qui génère un signal de sortie, y(t) basé sur ses valeurs d’entrée actuelles et, en tant que tel, ne surveille pas sa sortie ni n’effectue d’ajustements basés sur l’état de sa sortie.