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Niveau maths spé
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Passe-bande - Régime impulsionnel

Posté par
iSirrol
22-10-15 à 15:56

Bonjour

J'ai un circuit RLC série tension de sortie prise à la résistance
j'ai établit sa fonction de transfert en régime sinusoïdal
ma question est de trouver la relation entre la tension d'entrée e(t) et de sortie s(t) (une équa diff) si l'entrée n'est pas forcément sinusoïdale

merci de m'aider si vous avez des idées

***Edit gbm : niveau changé en accord avec ta fiche de profil***

Posté par
J-P
re : Passe-bande - Régime impulsionnel 22-10-15 à 17:33

En sinusoïdal, tu as probablement des "jw" un peu partout.

Tu les remplaces par des (d.../dt) ... et c'est fait.

Par exemple (simple) si tu trouves en sinusoïdal : Vs/Ve = K(1 + jwT)/(1 + jw.A + j²w².B), alors on fait :

Vs.(1 + jw.A + j²w².B) = Ve.K(1 + jwT)
Vs + A.jw Vs + j²w².B.Vs = K.Ve + jwKT.Ve

on remplace jw par d.../dt et j²w² par d².../dt² ... et on arrive à :

Vs + A dVs/dt + B.d²Vs/dt² = K.Ve + K.T.dVe/dt

Attention de ne pas remplacer les j² par -1 dans la relation en sinusoïdal ... sous peine de louper les dérivées secondes dans l'équation différentielle cherchée par des signaux non sinusoïdaux.

Cette pratique n'est pas limitée à des équations du second ordre.
j^n.w^n sera remplacé par une dérivée n iéme ...

-----
Cette "pratique" est évidemment démontrable, mais ce n'est pas nécessaire dans les exercices concrets.

Sauf distraction.

Posté par
iSirrol
re : Passe-bande - Régime impulsionnel 22-10-15 à 18:42

Pour le moment les seuls choses que j'ai dit sont qu'
à basse fréquence : s(t)=\dfrac{1}{\omega _0 Q}\dfrac{\mathrm d e(t)}{\mathrm d t}

à haute fréquence : s(t)=\dfrac{\omega _0}{ Q} \int e(t)\mathrm d t

mais ces expressions sont issues de la première partie où l'on me demande à quelle condition le montage peut etre considéré comme pseudo-dérivateur ou pseudo-intégrateur.

rappel la fonction de transfert s'écrit (canoniquement) : \underline{H}=\dfrac{1}{1+jQ(\frac{\omega}{\omega _0}-\frac{\omega _0}{\omega})} avec les facteur de qualité et pulsation propre usuels

Posté par
J-P
re : Passe-bande - Régime impulsionnel 22-10-15 à 20:10

Même si cela va en remuer certains, mettre la fonction de transfert sous cette forme n'est pas des plus judicieux dans certaines (beaucoup) applications.

Il vaut souvent mieux laisser la fonction de transfert sous forme de pôles et zéros de forme (1 + jw.T) ou (1 +  jw.A + j²w².B) ...

C'est idéal pour tracer par exemple les diagrammes de Bode ... mais aussi pour pouvoir facilement revenir à une équation différentielle dans le cas de signaux non sinusoïdaux.
*****

Quant à la forme canonique que tu donnes ..., ce n'en est qu'une parmi plusieurs autres.

Il y en a par exemple une autre ici :

Et une autre ici (au début) :

Chacune de ses formes a des avantages et des inconvénients.
Celle que tu donnes n'est pas la plus appropriée pour la question que tu as posée dans ton premier post.

Posté par
iSirrol
re : Passe-bande - Régime impulsionnel 22-10-15 à 22:58

J-P @ 22-10-2015 à 20:10


Celle que tu donnes n'est pas la plus appropriée pour la question que tu as posée dans ton premier post.


je l'ai mise simplement à titre indicatif, d'ailleurs je ne savais même pas qu'on pouvait écrire des fonctions de transfert pour des régimes différents du sinuisoidal, tu viens de m'apprendre que c'était le cas ...

du coup sous une forme "plus polynomiale" j'ai :
\underline{H}=\dfrac{j\omega R}{j\omega R+(j\omega)^2 L+\frac{1}{C}}
ca ne m'aide pas tellement

Posté par
iSirrol
re : Passe-bande - Régime impulsionnel 22-10-15 à 23:07

enfin ca me donne \underline{s(t)}(j\omega R+(j\omega)^2 L+\frac{1}{C})=\underline{e(t)}(j\omega R)
soit \dfrac{\mathrm d^2 s(t)}{\mathrm d t^2}+\frac{\omega _0}{Q}\dfrac{\mathrm d s(t)}{\mathrm d t}+\omega _0^2 s(t)  =\dfrac{\mathrm d e(t)}{\mathrm d t} mais je ne suis pas certain que ce soit la réponse à la question ..

Posté par
iSirrol
re : Passe-bande - Régime impulsionnel 22-10-15 à 23:08

***EDIT COQUILLE***

\dfrac{\mathrm d^2 s(t)}{\mathrm d t^2}+\frac{\omega _0}{Q}\dfrac{\mathrm d s(t)}{\mathrm d t}+\omega _0^2 s(t)  =\frac{\omega _0}{Q}\dfrac{\mathrm d e(t)}{\mathrm d t}  

Posté par
iSirrol
re : Passe-bande - Régime impulsionnel 22-10-15 à 23:10

***EDIT LATEX***

iSirrol @ 22-10-2015 à 23:08

\dfrac{\mathrm d^2 s(t)}{\mathrm d t^2}+\frac{\omega _0}{Q}\dfrac{\mathrm d s(t)}{\mathrm d t}+\omega _0^2 s(t)  =\frac{\omega _0}{Q}\dfrac{\mathrm d e(t)}{\mathrm d t}

Posté par
iSirrol
re : Passe-bande - Régime impulsionnel 27-10-15 à 17:13

On me dit que l'imprécision qui affecte \omega_0 (incertitude relative 7x10^{-3}) permet d'écrire la solution de l'équation homogène sous la forme
s(t)=A\cos(\omega_0t)+B\sin(\omega_0t)\exp(-\dfrac{\omega_0t}{2Q}})

or quand je résoud l'équation caractéristique je trouve une solution qui s'écrit:

\dfrac{\omega_0}{2Q}\pm j\dfrac{\omega_0}{Q}\sqrt{4Q^2-1}

en posant \dfrac{1}{\tau}=\dfrac{\omega_0}{2Q} j'ai effectivement le bon argument dans l'exponentielle

mais si je pose la pseudo pulsation \Omega=\dfrac{\omega_0}{Q}\sqrt{4Q^2-1} je ne la retrouve pas en argument dans les fonctions trigo ...

ma question est donc qu'est ce qui me permet de dire que \dfrac{\omega_0}{Q}\sqrt{4Q^2-1}\approx\omega_0 avec un raisonnement sur l'incertitude à priori (aux vues de la formulation de la question)

Posté par
J-P
re : Passe-bande - Régime impulsionnel 27-10-15 à 19:49

Citation :
or quand je résoud l'équation caractéristique je trouve une solution qui s'écrit:

\dfrac{\omega_0}{2Q}\pm j\dfrac{\omega_0}{Q}\sqrt{4Q^2-1}


Je pense que c'est plutôt :

\dfrac{\omega_0}{2Q}\pm j\dfrac{\omega_0}{2Q}\sqrt{4Q^2-1}

Posté par
iSirrol
re : Passe-bande - Régime impulsionnel 27-10-15 à 20:35

oui c'est ça je me suis trompé en recopiant
mais sinon tu as une idée ? sr l'approximation ?

Posté par
J-P
re : Passe-bande - Régime impulsionnel 28-10-15 à 09:53

Faudrait voir l'ordre de grandeur de Q dans le problème.

Si Q > > 1/2, alors 4Q² > > 1 et \sqrt{4Q^2-1} \simeq 2Q

On aurait alors : \dfrac{\omega_0}{2Q}\pm j\dfrac{\omega_0}{2Q}\sqrt{4Q^2-1}

qui devient \dfrac{\omega_0}{2Q}\pm j\dfrac{\omega_0}{2Q} * 2Q

soit \dfrac{\omega_0}{2Q}\pm j.\omega_0

On aboutirait alors à :

s(t) = (A\cos(\omega_0t)+B\sin(\omega_0t)) * \exp(-\dfrac{\omega_0t}{2Q}})

Posté par
iSirrol
re : Passe-bande - Régime impulsionnel 28-10-15 à 10:30

merci
ta solution est la manière dont je l'avais fait mais la question est ambiguë puisque elle dit que c'est l'imprécision sur \omega_0 qui permet d'aboutir à cette écriture ... au final c'est plus simple

nouvelle question:
Passe-bande - Régime impulsionnel
j'ai montré que s était continu au moment (-\theta) de la discontinuité de l'entrée et que \dfrac{\mathrm d s}{\mathrm d t}(-\theta ^+)-\dfrac{\mathrm d s}{\mathrm d t}(-\theta ^-)=\dfrac{\omega_0}{Q}E_0
et j'aimerai connaitre l'expression de s(t) en fonction  de (t+\theta), \omega_0, Q et E_0 dans l'approximation de l'atténuation exponentielle négligeable (égale à 1)

Posté par
J-P
re : Passe-bande - Régime impulsionnel 28-10-15 à 13:06

Supposons Ve = 0 pour t < 0 et Ve = Eo pour t > 0 : (donc un échelon de tension epparaissant en t = 0)

Vs(t) = [A.cos(t * wo.RC(4Q²-1)/(2Q)) + B.sin(t * wo.RC(4Q²-1)/(2Q))].e^(-wo.t/(2Q)) + Eo (du moins si Q > 1/2)

Vs(0) = 0 --> A + Eo = 0, A = -Eo

Vs(t) = [-Eo.cos(t * wo.RC(4Q²-1)/(2Q)) + B.sin(t * wo.RC(4Q²-1)/(2Q))].e^(-wo.t/(2Q)) + Eo

(dVs/dt)(0) = 0 -->

-wo/(2Q) * (-Eo) + B.wo.RC(4Q²-1)/(2Q) = 0
Eo + B.RC(4Q²-1) = 0
B = -Eo/RC(4Q²-1)

Vs = [-Eo.cos(t * wo.RC(4Q²-1)/(2Q)) -Eo/RC(4Q²-1).sin(t * wo.RC(4Q²-1)/(2Q))].e^(-wo.t/(2Q)) + Eo

Vs = Eo.[1 - (cos(t * wo.RC(4Q²-1)/(2Q)) - 1/RC(4Q²-1).sin(t * wo.RC(4Q²-1)/(2Q))).e^(-wo.t/(2Q))]

Et si l'implusion est envoyée en t = -theta au lieu de t = 0, il suffit de décaler le résultat trouvé dans le temps

On aura alors :

Vs((t) = Eo.[1 - (cos((t + theta) * wo.RC(4Q²-1)/(2Q)) - 1/RC(4Q²-1).sin((t + theta) * wo.RC(4Q²-1)/(2Q))).e^(-wo.(t + theta)/(2Q))]

Et ceci pour t compris dans [-theta ; 0]

On peut alors calculer Vs(t) en t = 0
Et on peut aussi calculer I(t) en t = 0 (par I = C.dU/dt si j'en juge par le message du 22-10-15 à 22:58)

On obtient ainsi les conditions initiales à prendre en considération pour ce qui suit le flanc descendant de l'impulsion.

On repart alors de Vs(t) = [A'.cos(t * wo.RC(4Q²-1)/(2Q)) + B'.sin(t * wo.RC(4Q²-1)/(2Q))].e^(-wo.t/(2Q)) avec les conditions initiales qu'on vient de trouver (ce qui permet de calculer A' et B')
  
Et on a alors Vs(t) pour t > 0... dans le cas général (dont quel que soit theta)

Si on donne des conditions sur theta, on les introduit dans les résultats ... par exemple pour simplifier la relation trouvée.

Mais est-ce cela qui est attendu ?
-----

Rien vérifié.  

Posté par
iSirrol
re : Passe-bande - Régime impulsionnel 28-10-15 à 13:47

J-P @ 28-10-2015 à 13:06



Vs(t) = [A.cos(t * wo.RC(4Q²-1)/(2Q)) + B.sin(t * wo.RC(4Q²-1)/(2Q))].e^(-wo.t/(2Q)) + Eo (du moins si Q > 1/2)


qu'est ce qui te permet d'écrire + E_0 en fin d'expression ?

Posté par
J-P
re : Passe-bande - Régime impulsionnel 28-10-15 à 14:47

Erreur de ma part, je pense.



Passe-bande - Régime impulsionnel

Posté par
iSirrol
re : Passe-bande - Régime impulsionnel 28-10-15 à 14:48

d'autre part

J-P @ 28-10-2015 à 13:06


(dVs/dt)(0) = 0 -->


qu'est ce qui te permet de dire ceci ?
la dérivée de la sortie n'est même pas continue en 0
j'ai démontré ceci \dfrac{\mathrm d s}{\mathrm d t}(0^+)-\dfrac{\mathrm d s}{\mathrm d t}(0^-)=\dfrac{\omega_0}{Q}E_0

en plus de ces remarques j'ai indiqué que l'on négligeait l'atténuation exponentielle or tu la prends toujours en compte dans ta mise en équation.

Posté par
J-P
re : Passe-bande - Régime impulsionnel 28-10-15 à 15:43

Vs = (A.cos(Omega*t) + B.sin(Omega.t)).e^(-R.t/(2L))

Avec Omega la pseudo pulsation = ...

Supposons Ve = 0 en t = 0- (depuis "longtemps) et Ve = Eo en t = 0+

Vs(0) = 0 (car le courant dans le circuit est nul en t = 0 par la présence de l'inductance) ---> A = 0

Vs =  B.sin(Omega.t) . e^(-R.t/(2L))

En t = 0+, Ve = Eo et avec Vs(0) = 0 eu Uc(0) = 0 --> UL(0) = Eo

Or UL = L.di/dt et comme Us = R.i --> UL = L/R * dVs/dt

UL(0) = L/R * (dVs/dt)(0)

Eo = L/R * B * Omega

B = Eo * R/(L*Omega)

Vs =  Eo * R/(L*Omega) . sin(Omega.t) . e^(-R.t/(2L))

Si on est dans un cas tel que Omega presque égal Wo -->

Vs =  Eo * R/(wo.L) . sin(wo.t) . e^(-R.t/(2L))
(dans laquelle on peut faire sauter R rt L et réintroduire Q)

valable de t = 0 à t = theta.  (et sous réserve d'erreurrs)

Si l'implusion part en t = -theta alors, on décale dans le temps et on obtient :

Vs =  Eo * R/(L*wo) . sin(wo.(t + theta)) . e^(-R.(t+theta)/(2L)) qui est valable de t = -theta jusque t = 0

Je suppose que si on néglige l'atténuation exponentielle c'est qu'on considère R.(theta)/(2L) comme quasi nul ...

On peut alors calculer Vs(0) =  Eo * R/(L*wo) . sin(wo.theta)) ... qui servira comme condition intiale pour la réponse sur le flanc descendant de l'impulsion.

Il faudra aussi déterminer une 2eme conditions initiales ... (par exemple la valeur de Uc(0))

Attention, toujours rien relu.  

Posté par
iSirrol
re : Passe-bande - Régime impulsionnel 28-10-15 à 16:46

je suis désolé mais tu ne réponds pas à ma question en introduisant L dans l'expression de la sortie

je cherche l'expression de s(t) en fonction  de (t+\theta), \omega_0, Q et E_0 EXCLUSIVEMENT dans l'approximation de l'atténuation exponentielle négligeable (égale à 1)

j'ai donc d'après ce qu'on a fait précedemment
s(t)= A\cos(\omega_0t)+B\sin(\omega_0t)
ou encore sans approximation
s(t) = A\cos(\Omega t)+B\sin(\Omega t) avec \Omega=\dfrac{\omega_0}{2Q}\sqrt{4Q^2-1}

mais rien ne nous dit que l'approximation n'est plus valable donc \boxed{s(t)= A\cos(\omega_0t)+B\sin(\omega_0t)}

s(0)=0=A \implies s(t)=B\sin(\omega_0t)

\dfrac{\mathrm d s}{\mathrm d t}=\omega_0B\cos(\omega_0t)

et la seule chose que l'on sache sur \dfrac{\mathrm d s}{\mathrm d t} c'est \dfrac{\mathrm d s}{\mathrm d t}(0^+)-\dfrac{\mathrm d s}{\mathrm d t}(0^-)=\dfrac{\omega_0}{Q}E_0  

voilà où je suis bloqué merci de bien vouloir répondre à mes interrogations et/ou me signaler si j'ai fait une erreur plutôt que d'écrire une multitudes de lignes qui n'ont pas de rapport direct avec la question. [sans vouloir être offensant bien sûr car tout tes messages finissent pas un sourire]

Posté par
J-P
re : Passe-bande - Régime impulsionnel 28-10-15 à 19:56

Mais j'ai répondu.

On n'a pas s(t) = A.cos(wo.t) + B.sin(wo.t)

Mais bien s(t) = (A.cos(wo.t) + B.sin(wo.t)).e^(-Wo.t/(2Q))

Si le signal est Ve = 0 pour t < 0 et Ve = Eo pour t > 0 , alors :

Par la présence de l'inductance;, i(0) = 0 et donc Vs(0) = 0 ---> A = 0

s(t) =  B.sin(wo.t) . e^(-Wo.t/(2Q))

En t = 0+, Ve = Eo et avec Vs(0) = 0 eu Uc(0) = 0 --> UL(0) = Eo

Or UL = L.di/dt et comme Us = R.i --> UL = L/R * dVs/dt

UL(0) = L/R * (ds/dt)(0)

Eo = L/R * B * wo

B = Eo * R/(wo.L)

Avec Q = wo*L/R

B = Eo/Q

--> s(t) =  (Eo/Q).sin(wo.t) . e^(-Wo.t/(2Q))

Et si c'est en t = = -theta que l'impulsion de fait, alors on décale dans le temps et on obtient :

s(t) =  (Eo/Q).sin(wo.(t+theta)) . e^(-Wo.(t+theta)/(2Q))

Et si l'atténuation exponentionnelle est néglgeable, je présume qu'on est sensé prendre e^(-Wo.(t+theta)/(2Q)) ^ratiquement égal à 1 et donc :

s(t) =  (Eo/Q).sin(wo.(t+theta))

Qui répond à la question de la dernière ligne du message du 28-10-15 à 10:30
*****

Aux erreurs près bien entendu.

Posté par
iSirrol
re : Passe-bande - Régime impulsionnel 29-10-15 à 13:55

pourquoi tu ne néglige l'exponentielle que à la fin et pas au début ?

Posté par
J-P
re : Passe-bande - Régime impulsionnel 29-10-15 à 15:29

Fais-le plus tôt si tu veux ...

Attention que comme je l'ai dit dans un de mes messages, s(t) = (Eo/Q).sin(wo.(t+theta)) est valable pour t compris dans [-theta ; 0[

Pour trouver ce qui se passe pour t > 0, suite au flanc descendant de l'impulsion, il faut recommencer des calculs analogues en prenant cette fois comme conditions initiales, celles en t = 0

...


Posté par
iSirrol
re : Passe-bande - Régime impulsionnel 29-10-15 à 19:49

le t que l'on considère est bien dans l'intervalle que du donne.
donc pas de soucis sur la mise en équation

Posté par
iSirrol
re : Passe-bande - Régime impulsionnel 31-10-15 à 11:09

bonjour

J-P @ 28-10-2015 à 15:43


Or UL = L.di/dt et comme Us = R.i --> UL = L/R * dVs/dt

UL(0) = L/R * (dVs/dt)(0)


je comprend pourquoi tu fais ça et j'ai aussi envie de le faire
mais j'ai montré dans une question précédente que \dfrac{\mathrm d s}{\mathrm d t}(0^+)-\dfrac{\mathrm d s}{\mathrm d t}(0^-)=\dfrac{\omega_0}{Q}E_0 ce qui signifie que la dérivée du signal de sortie n'est pas continue en 0 ...
ce qui est en contradiction avec \dfrac{\mathrm d s}{\mathrm d t}=\omega_0B\cos(\omega_0t) l'expression que je trouve dans le cadre des approximations faites .. cette même expression qui t'a permis de dire après que
J-P @ 28-10-2015 à 15:43


Eo = L/R * B * Omega


soit l'énoncé est incohérant soit on s'y prend mal pour trouver B

Posté par
J-P
re : Passe-bande - Régime impulsionnel 31-10-15 à 14:12

Citation :
soit l'énoncé est incohérant soit on s'y prend mal pour trouver B


Et bien je ne suis pas d'accord.
Le "B" que j'ai déterminé est celui valable sur ]-theta ; 0[
Donc valable jusqu'à l'instant ultime 0-

Il ne prend pas du tout en compte ce qui, pour lui sera fait dans "l'avenir" donc pour et au délà de t = 0+ (donc, entre autre, le flanc négatif de l'impulsion).

La relation \dfrac{\mathrm d s}{\mathrm d t}(0^+)-\dfrac{\mathrm d s}{\mathrm d t}(0^-)=\dfrac{\omega_0}{Q}E_0 n'a donc strictement rien à voir avec le "B" calculé ... puisque cette relation prend en compte le futur de t = 0-

Je suis d'accord avec cette relation que je retrouve ainsi :

VL(0-) = -(Eo - s(0-) - Uc(0-))
VL(0+) = -(- s(0+) - Uc(0+))

Mais à cause de la présence de L --> s(0-) = s(0+) et comme la tension de C ne peut pas changer instantanémént, on a : Uc(0-) = Uc(0+)

On a donc :
VL(0-) = -(Eo - s(0-) - Uc(0-))
VL(0+) = -(- s(0-) - Uc(0-))

di/dt(0-) = -(Eo - s(0-) - Uc(0-))/L
di/dt(0+) = -(- s(0-) - Uc(0-))/L

Or s = R.i --> ds/dt = R di/dt -->

ds/dt(0-) = -(Eo - s(0-) - Uc(0-))*R/L
ds/dt(0+) = -(- s(0-) - Uc(0-))*R/L

ds/dt(0+) - ds/dt(0-) = Eo*R/L

ds/dt(0+) - ds/dt(0-) = (wo/Q)Eo ... on retrouve ta relation.

Mais elle n'a rien à voir avec le calcul du B pour t dans ]-theta ; 0[.

Pour trouver ce qui se passe pour t dans [0+ ; +oo[ il faut, comme je l'ai dit et répété, recommencer le même travail mais en repartant de nouvelles conditions initiales qui sont celles à l'instant t = 0-

Posté par
iSirrol
re : Passe-bande - Régime impulsionnel 31-10-15 à 21:15

merci pour ces infos claires

J-P @ 31-10-2015 à 14:12

Pour trouver ce qui se passe pour t dans [0+ ; +oo[ il faut, comme je l'ai dit et répété, recommencer le même travail mais en repartant de nouvelles conditions initiales qui sont celles à l'instant t = 0-


ce n'est pas nécessaire de prendre t dans [0^+,+\infty[ la question ne le demandais pas

Posté par
J-P
re : Passe-bande - Régime impulsionnel 01-11-15 à 10:38

Bon, alors ton "ds/dt(0+) - ds/dt(0-) = (wo/Q)Eo" n'est pas nécessaire pour répondre.



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