Fiche de révision : Ingénierie système et capteurs

📋 Plan du Cours

1. Analyse fonctionnelle du besoin
2. Diagrammes structurels et comportementaux
3. Puissance et chaînes fonctionnelles
4. Capteurs et caractéristiques métrologiques
5. Codeur incrémental
6. Codeur absolu et code Gray

📖 1. Analyse fonctionnelle du besoin

🔑 Notions clés & Définitions

• Exigence : Exprime une fonction, une règle, une contrainte ou une performance à satisfaire par le système.
• Cahier des charges fonctionnel : Document qui expose l’ensemble des exigences devant être satisfaites par le système et leurs caractéristiques, notamment le critère, le niveau et la flexibilité.
• Diagramme de cas d’utilisation : Diagramme fonctionnel qui définit les acteurs nommés et les fonctions attendues par ces acteurs afin de formaliser le besoin.
• Diagramme des exigences : Diagramme général qui regroupe hiérarchiquement les exigences du système.

📝 Points essentiels

• Une exigence est caractérisée par: un critère, qui est une grandeur physique mesurable, un niveau, qui est une valeur maximale ou minimale chiffrée, une flexibilité

📖 2. Diagrammes structurels et comportementaux

🔑 Notions clés & Définitions

• Diagramme de définition de blocs : Diagramme structurel qui inventorie les constituants du système en le décomposant en sous-systèmes puis en constituants élémentaires par une analyse descendante.
• Diagramme de blocs internes : Diagramme structurel qui identifie les échanges de matière, d’énergie et d’information entre les constituants.
• État : Un état modélise une phase du fonctionnement du système pendant laquelle il est actif et accomplit une activité simple, une activité séquentielle ou reste en attente.
• Transition : Une transition modélise la possibilité d’un passage instantané d’un état source vers un état cible et s’écrit événement [garde] / effet.
• Pseudo-état initial : Unique et obligatoire, il est activé au lancement de la machine à états, marque le début et ne possède aucune transition entrante.
• Diagramme de séquence : Décrit dans l’ordre chronologique un scénario de fonctionnement possible et l’enchaînement des interactions entre les acteurs ou entre les composants du système.
• Pseudo-état final : Optionnel, signe la fin de la machine à états et ne possède aucune transition sortante.

★ À maîtriser

• Le franchissement d’une transition est évalué seulement lorsque l’état source est actif, puis il dépend d’un événement déclencheur et d’une condition de garde avant l’exécution éventuelle de l’effet.

Compléments

• Dans un diagramme de blocs internes, les ports modélisent soit les flux de matière, d’énergie et d’information hors informations logiques, soit des services correspondant aux informations logiques.

📌 Une machine à états possède un seul état actif à chaque instant, et chaque état possède un titre unique dans le diagramme.

• Les événements temporels peuvent être exprimés par When(N=3), After (30s) ou At (1min), et sont traités instantanément lors de leur front montant ou de leur apparition.

💡 Astuce mémo

Structure : blocs définis → échanges internes ; comportement : états → transitions.

📖 3. Puissance et chaînes fonctionnelles

🔑 Notions clés & Définitions

• Chaîne de puissance : Ensemble organisé de composants qui convertit un ordre émis par la partie commande en action de la partie opérative.
• Chaîne d’information : Ensemble organisé de composants qui prélève des grandeurs physiques sur la partie opérative ou l’environnement et les convertit en signaux interprétables par la partie commande.

★ À maîtriser

📐 Formule — La puissance est le produit de la grandeur effort et de la grandeur flux : $P(t)=e(t)f(t)$.

• Une puissance de 1 W équivaut à 1 J/s, 1 V·A, 1 N·m/s et 1 Pa·m3/s.

• Les conversions caractéristiques sont: un moteur électrique convertit une puissance électrique en puissance mécanique de rotation, une pompe hydraulique convertit une puissance mécanique de rotation en puissance hydraulique, un vérin hydraulique convertit une puissance hydraulique en puissance mécanique de translation

Compléments

• En électricité, la grandeur effort est la tension u(t) en V et la grandeur flux est l’intensité i(t) en A ; en mécanique de translation, elles sont respectivement la force F(t) en N et la vitesse linéaire V(t) en m/s ; en mécanique de rotation, le couple C(t) est en N·m et la vitesse angulaire en rad/s ; en hydraulique ou pneumatique, la pression p(t) est en Pa et le débit volumique est en m3/s.

• Les cinq flux sont:

  • matière
  • puissance
  • information
  • mesure
  • commande

💡 Astuce mémo

Chaîne d’information = basse puissance ; chaîne de puissance = haute puissance.

📖 4. Capteurs et caractéristiques métrologiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Résolution : Plus petite variation de grandeur mesurable par le capteur ; celle du codeur incrémental est de 0,087° dans l’exemple donné.
• Sensibilité : Variation du signal de sortie par rapport à la variation du signal d’entrée ; le capteur de température LM35 a une sensibilité de 10mV/°C.

★ À maîtriser

• Les capteurs délivrent une information analogique, les codeurs une information numérique et les détecteurs une information logique.

📌 La fidélité correspond à la répétabilité de la mesure, la justesse à une réponse proche de la valeur vraie et la précision à l’écart entre la valeur vraie et la valeur mesurée.

Compléments

📌 Les capteurs actifs ont généralement besoin d’un apport d’énergie extérieure, tandis que les capteurs passifs transforment directement le phénomène physique utilisé pour déterminer le mesurande en grandeur électrique.

💡 Astuce mémo

Fidélité = répétabilité ; justesse = proximité de la valeur vraie.

📖 5. Codeur incrémental

🔑 Notions clés & Définitions

• Codeur incrémental : Délivre des impulsions sur deux voies en quadrature et un top zéro ; il fonctionne par comptage et décomptage d’impulsions et mesure le déplacement relatif.

★ À maîtriser

• Un codeur incrémental est généralement placé en amont du réducteur afin d’obtenir davantage d’impulsions pour un même mouvement et donc une meilleure résolution.

• Les pistes en quadrature de phase du codeur incrémental permettent de connaître le sens de rotation et d’améliorer par 2 la résolution du capteur.

📌 Le codeur incrémental est de coût raisonnable et permet d’obtenir aisément la vitesse par intégration numérique, mais il perd toutes ses informations lors d’une coupure d’énergie et nécessite une prise d’origine.

Compléments

• Le nombre n correspond au nombre de périodes, c’est-à-dire au nombre d’impulsions délivrées par le codeur pour un tour complet de son disque.

💡 Astuce mémo

Deux pistes A et B décalées en quadrature entourent un disque alternant secteurs opaques et transparents.

📖 6. Codeur absolu et code Gray

🔑 Notions clés & Définitions

• Codeur absolu : Délivre un signal image de la position sous la forme d’un code numérique binaire et donne le déplacement absolu.
• Code Gray : Également appelé binaire réfléchi, est un code binaire dans lequel un seul bit change d’état entre deux combinaisons successives, ce qui évite les erreurs de lecture.

★ À maîtriser

• Le codeur absolu ne perd pas d’information lors d’une coupure d’énergie, ne nécessite pas de prise d’origine à la mise sous tension et chaque secteur possède un code unique.

Compléments

• Le codeur absolu dispose de N pistes généralement agencées suivant le code Gray, dont la piste intérieure correspond au bit de poids le plus fort.

• Le codeur absolu est relativement onéreux, possède une interface de commande plus complexe avec N entrées et nécessite un transcodeur pour reconvertir le signal en binaire naturel.

💡 Astuce mémo

Un seul bit change entre deux codes Gray successifs → les erreurs de lecture sont évitées.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des codeurs