QCM : Stabilité des systèmes linéaires — 28 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle propriété caractérise un système linéaire ?

Toute entrée constante produit une sortie constante
Le système possède une réponse identique à toute fréquence
Toute combinaison linéaire de solutions reste une solution
La sortie est indépendante des conditions initiales

Toute combinaison linéaire de solutions reste une solution

Explication

Un système linéaire respecte le principe de superposition : une combinaison linéaire de solutions est encore une solution. La constance de l’entrée, l’indépendance des conditions initiales et la réponse fréquentielle ne définissent pas la linéarité.

2. Comment distingue-t-on le régime transitoire, le régime libre et le régime permanent d’un circuit ?

Le transitoire est la réponse forcée, le libre est la réponse sinusoïdale et le permanent est nul
Le transitoire est homogène, le libre est particulier et le permanent est la solution complète
Le transitoire est particulier, le libre est la solution complète et le permanent est homogène
Le transitoire est la solution complète, le libre est homogène et le permanent est particulier

Le transitoire est la solution complète, le libre est homogène et le permanent est particulier

Explication

La solution complète correspond au régime transitoire, tandis que le régime libre provient de l’équation homogène et le régime permanent d’une solution particulière. Les autres associations intervertissent ces trois notions.

3. Quelle équation différentielle décrit la tension s(t)s(t) d’un circuit RC série soumis à une tension d’entrée e(t)e(t) ?

Rdsdt+LCs(t)=e(t)R\frac{ds}{dt}+LCs(t)=e(t)
RCdsdt+s(t)=e(t)RC\frac{ds}{dt}+s(t)=e(t)
1RCdsdt+s(t)=dedt\frac{1}{RC}\frac{ds}{dt}+s(t)=\frac{de}{dt}
LCd2sdt2+s(t)=e(t)LC\frac{d^2s}{dt^2}+s(t)=e(t)

$$RC\frac{ds}{dt}+s(t)=e(t)$$

Explication

Dans un circuit RC série, la tension vérifie une équation différentielle linéaire du premier ordre, RCdsdt+s(t)=e(t)RC\frac{ds}{dt}+s(t)=e(t). Une équation comportant une dérivée seconde correspondrait plutôt à une structure de type RLC.

4. Que représente le produit RCRC dans un circuit RC ?

La fréquence propre qui fixe les oscillations du circuit
La résistance équivalente qui fixe l’amplitude finale
La constante de temps qui fixe l’échelle temporelle
La capacité équivalente qui fixe la charge maximale

La constante de temps qui fixe l’échelle temporelle

Explication

Le produit RCRC est homogène à un temps et constitue la constante de temps du circuit. Une résistance ou une capacité prise isolément ne détermine pas cette échelle temporelle.

5. Quelle équation différentielle vérifie la tension s(t)s(t) du circuit RLC étudié ?

RCdsdt+s(t)=e(t)RC\frac{ds}{dt}+s(t)=e(t)
dsdt+RLs=1LCe(t)\frac{ds}{dt}+\frac{R}{L}s=\frac{1}{LC}e(t)
d2sdt2+LRdsdt+LCs=LRdedt\frac{d^2s}{dt^2}+\frac{L}{R}\frac{ds}{dt}+LCs=\frac{L}{R}\frac{de}{dt}
d2sdt2+RLdsdt+1LCs=RLdedt\frac{d^2s}{dt^2}+\frac{R}{L}\frac{ds}{dt}+\frac{1}{LC}s=\frac{R}{L}\frac{de}{dt}

$$\frac{d^2s}{dt^2}+\frac{R}{L}\frac{ds}{dt}+\frac{1}{LC}s=\frac{R}{L}\frac{de}{dt}$$

Explication

Le circuit RLC étudié conduit à une équation du second ordre contenant les coefficients RL\frac{R}{L} et 1LC\frac{1}{LC}, avec le terme d’entrée RLdedt\frac{R}{L}\frac{de}{dt}. L’équation du premier ordre caractérise le circuit RC, tandis que les autres coefficients ne correspondent pas au modèle donné.

6. Comment s’écrit la solution générale d’une équation différentielle linéaire ?

Comme la différence entre deux solutions particulières de l’équation complète
Comme le produit d’une solution particulière par une solution homogène
Comme une solution homogène sans contribution de l’équation complète
Comme la somme d’une solution particulière et d’une solution générale homogène

Comme la somme d’une solution particulière et d’une solution générale homogène

Explication

La solution générale est obtenue en ajoutant une solution particulière de l’équation complète à la solution générale de l’équation homogène. Une différence de solutions particulières produit une solution homogène, mais ne constitue pas à elle seule la forme générale.

7. Dans la fonction de transfert harmonique H=SEejφH=\frac{S}{E}e^{j\varphi}, que représentent SE\frac{S}{E} et φ\varphi ?

Le premier est le déphasage et le second le gain en amplitude
Le premier est la pulsation et le second la période
Le premier est le gain en amplitude et le second le déphasage
Le premier est la puissance et le second la fréquence

Le premier est le gain en amplitude et le second le déphasage

Explication

Le rapport SE\frac{S}{E} mesure l’amplitude relative entre la sortie et l’entrée, tandis que φ\varphi mesure leur déphasage. Le déphasage n’est donc pas une amplitude et la pulsation ne figure pas dans cette interprétation.

8. Une excitation a une période de T=0,02 sT=0{,}02\ \text{s}. Quelles sont sa fréquence et sa pulsation ?

f=100π Hzf=100\pi\ \text{Hz} et ω=50 rad⋅s1\omega=50\ \text{rad·s}^{-1}
f=20 Hzf=20\ \text{Hz} et ω=40π rad⋅s1\omega=40\pi\ \text{rad·s}^{-1}
f=0,02 Hzf=0{,}02\ \text{Hz} et ω=0,04π rad⋅s1\omega=0{,}04\pi\ \text{rad·s}^{-1}
f=50 Hzf=50\ \text{Hz} et ω=100π rad⋅s1\omega=100\pi\ \text{rad·s}^{-1}

$$f=50\ \text{Hz}$$ et $$\omega=100\pi\ \text{rad·s}^{-1}$$

Explication

Avec f=1Tf=\frac{1}{T}, on obtient f=50 Hzf=50\ \text{Hz}, puis ω=2πf=100π rad⋅s1\omega=2\pi f=100\pi\ \text{rad·s}^{-1}. La fréquence s’exprime en hertz, alors que la pulsation s’exprime en radians par seconde.

9. Quel gain en décibels correspond à un rapport d’amplitudes SE=10\frac{S}{E}=10 ?

GdB=20 dBG_{dB}=20\ \text{dB}
GdB=10 dBG_{dB}=10\ \text{dB}
GdB=1 dBG_{dB}=1\ \text{dB}
GdB=100 dBG_{dB}=100\ \text{dB}

$$G_{dB}=20\ \text{dB}$$

Explication

La définition donne GdB=20log(SE)G_{dB}=20\log\left(\frac{S}{E}\right), donc pour un rapport égal à 1010, le gain vaut 20log(10)=20 dB20\log(10)=20\ \text{dB}. La valeur 10 dB10\ \text{dB} correspondrait à une autre convention ou à une mauvaise application du facteur vingt.

10. Quelle description correspond au diagramme de Bode ?

Il représente la puissance dissipée et l’énergie stockée selon le temps sur une abscisse linéaire
Il représente la tension temporelle et le courant instantané selon une abscisse linéaire
Il représente le gain en décibels et le déphasage selon la pulsation sur une abscisse logarithmique
Il représente la résistance et la capacité selon la fréquence sur une abscisse logarithmique

Il représente le gain en décibels et le déphasage selon la pulsation sur une abscisse logarithmique

Explication

Un diagramme de Bode présente le gain en décibels et le déphasage en fonction de la pulsation, avec une échelle horizontale logarithmique. Il ne s’agit pas d’une représentation temporelle des tensions, courants ou énergies.

11. Pour une excitation sinusoïdale d’amplitude complexe UU, quelle expression représente sa dérivée seconde dans le domaine fréquentiel ?

ω2U-\omega^2U
jωUj\omega U
ω2U\omega^2U
Ujω\frac{U}{j\omega}

$$-\omega^2U$$

Explication

La dérivation seconde correspond à la multiplication par (jω)2(j\omega)^2, qui vaut ω2-\omega^2. La division par jωj\omega décrit l’intégration, et non une dérivation.

12. Quelle impédance idéale correspond à une capacité de capacité CC en régime harmonique ?

1jCω\frac{1}{jC\omega}
CC
jCωjC\omega
1jLω\frac{1}{jL\omega}

$$\frac{1}{jC\omega}$$

Explication

L’impédance capacitive est ZC=1jCωZ_C=\frac{1}{jC\omega}, elle diminue donc lorsque la pulsation augmente. L’expression jCωjC\omega ne correspond pas à une capacité idéale, mais reprend la dépendance directe caractéristique d’une inductance avec une autre constante.

13. Quelle fonction de transfert décrit le circuit RC étudié lorsque EE est l’entrée et SS la sortie ?

H(jω)=SE=1jRCωH(j\omega)=\frac{S}{E}=\frac{1}{jRC\omega}
H(jω)=SE=11+jRCωH(j\omega)=\frac{S}{E}=\frac{1}{1+jRC\omega}
H(jω)=SE=1+jRCωH(j\omega)=\frac{S}{E}=1+jRC\omega
H(jω)=SE=jRCω1+jRCωH(j\omega)=\frac{S}{E}=\frac{jRC\omega}{1+jRC\omega}

$$H(j\omega)=\frac{S}{E}=\frac{1}{1+jRC\omega}$$

Explication

Le diviseur de tension du circuit RC conduit à H(jω)=11+jRCωH(j\omega)=\frac{1}{1+jRC\omega}. L’expression jRCω1+jRCω\frac{jRC\omega}{1+jRC\omega} décrit une autre structure de filtrage, tandis que les deux autres formes omettent ou inversent la structure du diviseur.

14. Lorsqu’on transforme une fonction de transfert fréquentielle en équation différentielle temporelle, que devient un facteur jωj\omega ?

Il est remplacé par une dérivation temporelle.
Il est remplacé par une multiplication temporelle par ω\omega.
Il est remplacé par une intégration temporelle.
Il est remplacé par une constante indépendante du temps.

Il est remplacé par une dérivation temporelle.

Explication

Le passage fréquentiel-temporel remplace chaque facteur jωj\omega par l’opérateur de dérivation temporelle, après le produit en croix. Le remplacement par une intégration correspondrait à une autre opération fréquentielle, liée à la division par jωj\omega.

15. Quel type de fonction de transfert est associé à une équation différentielle linéaire à coefficients constants ?

Une fraction rationnelle en jωj\omega
Une fonction logarithmique en jωj\omega
Une fonction exponentielle en jωj\omega
Une fonction trigonométrique en jωj\omega

Une fraction rationnelle en $$j\omega$$

Explication

Une équation différentielle linéaire à coefficients constants conduit à une fonction de transfert constituée d’un quotient de polynômes en jωj\omega. Une relation non rationnelle ne possède pas cette correspondance générale avec ce type d’équation différentielle.

16. Quelle forme de décomposition représente une fonction périodique de période TT par série de Fourier ?

u(t)=C0+p=1Cpcos(pπTt+φp)u(t)=C_0+\sum_{p=1}^{\infty}C_p\cos\left(\frac{p\pi}{T}t+\varphi_p\right)
u(t)=C0+p=1Cpcos(2pπTt+φp)u(t)=C_0+\sum_{p=1}^{\infty}C_p\cos\left(\frac{2p\pi}{T}t+\varphi_p\right)
u(t)=C0+p=1Cpsin(2πpTt+φp)u(t)=C_0+\sum_{p=1}^{\infty}C_p\sin\left(\frac{2\pi}{pT}t+\varphi_p\right)
u(t)=p=0Cpcos(2πTt+φp)u(t)=\sum_{p=0}^{\infty}C_p\cos\left(\frac{2\pi}{T}t+\varphi_p\right)

$$u(t)=C_0+\sum_{p=1}^{\infty}C_p\cos\left(\frac{2p\pi}{T}t+\varphi_p\right)$$

Explication

La série de Fourier comporte une composante continue C0C_0 et des composantes sinusoïdales dont les pulsations sont les multiples 2pπT\frac{2p\pi}{T}. Les autres expressions modifient soit la fondamentale, soit la dépendance en rang harmonique, soit la forme de la décomposition.

17. Un signal a une période T=4 msT=4\ \text{ms}. Quelle est la pulsation de son harmonique de rang p=3p=3 ?

750π rad⋅s1750\pi\ \text{rad·s}^{-1}
1500π rad⋅s11500\pi\ \text{rad·s}^{-1}
500π rad⋅s1500\pi\ \text{rad·s}^{-1}
2000π rad⋅s12000\pi\ \text{rad·s}^{-1}

$$1500\pi\ \text{rad·s}^{-1}$$

Explication

La pulsation fondamentale vaut Ω=2πT=500π rad⋅s1\Omega=\frac{2\pi}{T}=500\pi\ \text{rad·s}^{-1}, puis l’harmonique de rang trois vaut Ω3=3Ω=1500π rad⋅s1\Omega_3=3\Omega=1500\pi\ \text{rad·s}^{-1}. La valeur 500π rad⋅s1500\pi\ \text{rad·s}^{-1} correspond à la fondamentale, pas au troisième harmonique.

18. Que faut-il ajouter aux amplitudes représentées dans le spectre d’un signal périodique pour décrire complètement ses composantes harmoniques ?

Les résistances équivalentes du circuit de génération
Les valeurs instantanées du signal entre deux périodes
Les dérivées temporelles de chaque composante continue
Les déphasages φp\varphi_p associés aux différentes pulsations

Les déphasages $$\varphi_p$$ associés aux différentes pulsations

Explication

Le spectre fournit les amplitudes Cp|C_p| en fonction des pulsations Ωp\Omega_p, mais l’information de phase φp\varphi_p est également nécessaire pour caractériser les composantes. Les autres grandeurs ne complètent pas la description spectrale des harmoniques.

19. Comment déterminer la réponse forcée d’un système linéaire soumis à un signal périodique ?

Remplacer le signal périodique par sa composante continue avant de calculer la sortie.
Additionner les amplitudes d’entrée avant d’appliquer la fonction de transfert à la fréquence moyenne.
Calculer une seule réponse à la pulsation fondamentale et la reproduire pour toutes les harmoniques.
Décomposer l’entrée en harmoniques, appliquer la fonction de transfert à chacune, puis sommer les réponses.

Décomposer l’entrée en harmoniques, appliquer la fonction de transfert à chacune, puis sommer les réponses.

Explication

La méthode utilise la décomposition de Fourier, le traitement de chaque harmonique par la fonction de transfert à sa propre fréquence, puis la superposition des réponses. Traiter uniquement la fondamentale ou la composante continue néglige les autres contributions du signal périodique.

20. Quel comportement caractérise un système non linéaire soumis à un signal d’entrée ?

Il réduit le signal à une seule fréquence indépendante de l’entrée
Il transforme chaque fréquence d’entrée en une fréquence proportionnelle
Il conserve le spectre initial sans modifier les fréquences présentes
Il produit de nouvelles fréquences et enrichit le spectre du signal

Il produit de nouvelles fréquences et enrichit le spectre du signal

Explication

Un système non linéaire peut engendrer de nouvelles fréquences, ce qui enrichit le spectre du signal d’entrée. La conservation du spectre caractérise plutôt un comportement linéaire dans ce contexte.

21. Un multiplicateur intégré reçoit deux signaux e1(t)e_1(t) et e2(t)e_2(t). Quelle relation décrit sa sortie lorsque k>0k>0 ?

s(t)=k[e1(t)+e2(t)]s(t)=k\left[e_1(t)+e_2(t)\right]
s(t)=ke1(t)e2(t)s(t)=k\frac{e_1(t)}{e_2(t)}
s(t)=ke1(t)e2(t)s(t)=k e_1(t)e_2(t)
s(t)=k[e1(t)e2(t)]s(t)=k\left[e_1(t)-e_2(t)\right]

$$s(t)=k e_1(t)e_2(t)$$

Explication

Le multiplicateur intégré réalise le produit des deux entrées, soit s(t)=ke1(t)e2(t)s(t)=k e_1(t)e_2(t) avec k>0k>0. Une somme pondérée constituerait une combinaison linéaire et non une multiplication des signaux.

22. Selon quel critère un système linéaire invariant est-il considéré comme stable ?

La contribution du régime libre reste constante après une perturbation initiale
La contribution du régime libre au transitoire tend vers zéro quand tt tend vers l’infini
La réponse permanente augmente progressivement lorsque tt tend vers l’infini
Le signal d’entrée disparaît avant que la réponse transitoire ne commence

La contribution du régime libre au transitoire tend vers zéro quand $$t$$ tend vers l’infini

Explication

La stabilité est définie ici par l’extinction progressive de la contribution du régime libre au régime transitoire lorsque tt tend vers l’infini. Une contribution libre constante ne satisfait pas ce critère d’extinction.

23. Quelle distinction décrit correctement le régime permanent et le régime libre ?

Le régime permanent et le régime libre sont deux expressions interchangeables de la réponse transitoire
Le régime permanent est généralement recherché et ne diverge pas, tandis que le régime libre peut diverger ou le masquer
Le régime permanent peut diverger, tandis que le régime libre reste borné après toute perturbation
Le régime permanent provient des conditions initiales, tandis que le régime libre résulte de l’entrée appliquée

Le régime permanent est généralement recherché et ne diverge pas, tandis que le régime libre peut diverger ou le masquer

Explication

Le régime permanent correspond généralement à la réponse recherchée et ne diverge pas, alors que le régime libre peut déstabiliser la réponse ou masquer le régime permanent. Le régime libre est donc bien la contribution susceptible de diverger.

24. Pour le régime libre d’un système d’ordre 1, quelle solution correspond à l’équation dsdt+as(t)=0\frac{ds}{dt}+as(t)=0 ?

sg(t)=Asin(at)s_g(t)=A\sin(at)
sg(t)=Aeats_g(t)=Ae^{-at}
sg(t)=A+ats_g(t)=A+at
sg(t)=Aeats_g(t)=Ae^{at}

$$s_g(t)=Ae^{-at}$$

Explication

La résolution de l’équation homogène du premier ordre donne sg(t)=Aeats_g(t)=Ae^{-at}. Le signe de aa détermine ensuite le comportement : une valeur positive entraîne une décroissance, tandis qu’une valeur négative provoque une divergence.

25. Pour l’équation homogène d’ordre 2 d2sdt2+bdsdt+cs(t)=0\frac{d^2s}{dt^2}+b\frac{ds}{dt}+cs(t)=0, quelle équation caractéristique et quel discriminant lui sont associés ?

p2+cpb=0p^2+cp-b=0 et Δ=c2+4b\Delta=c^2+4b
p2+cp+b=0p^2+cp+b=0 et Δ=c24b\Delta=c^2-4b
p2+bp+c=0p^2+bp+c=0 et Δ=b24c\Delta=b^2-4c
p2+bpc=0p^2+bp-c=0 et Δ=b2+4c\Delta=b^2+4c

$$p^2+bp+c=0$$ et $$\Delta=b^2-4c$$

Explication

En remplaçant les dérivées par les puissances de la variable caractéristique, on obtient p2+bp+c=0p^2+bp+c=0, dont le discriminant vaut Δ=b24c\Delta=b^2-4c. Les coefficients de l’équation ne suffisent donc pas à déterminer directement la nature du régime sans ce calcul.

26. Quelle association entre le discriminant et la nature du régime libre d’un système d’ordre 2 est correcte ?

Δ>0\Delta>0 : apériodique critique ; Δ<0\Delta<0 : instable ; Δ=0\Delta=0 : pseudopériodique
Δ>0\Delta>0 : instable ; Δ<0\Delta<0 : apériodique critique ; Δ=0\Delta=0 : apériodique
Δ>0\Delta>0 : apériodique ; Δ<0\Delta<0 : pseudopériodique ; Δ=0\Delta=0 : apériodique critique
Δ>0\Delta>0 : pseudopériodique ; Δ<0\Delta<0 : apériodique ; Δ=0\Delta=0 : instable

$$\Delta>0$$ : apériodique ; $$\Delta<0$$ : pseudopériodique ; $$\Delta=0$$ : apériodique critique

Explication

Un discriminant positif donne un régime apériodique, un discriminant négatif un régime pseudopériodique et un discriminant nul un régime apériodique critique. Le régime pseudopériodique est donc associé à des racines complexes, et non à Δ>0\Delta>0.

27. Dans les systèmes d’ordres 1 et 2, quelle condition sur les coefficients de l’équation différentielle homogène indique que le régime libre s’éteint avec le temps ?

Les coefficients sont de même signe, ce qui correspond à un système stable
Les coefficients ont des valeurs différentes, ce qui correspond à un système stable
Les coefficients sont tous nuls, ce qui correspond à un système stable
Les coefficients sont de signes opposés, ce qui correspond à un système stable

Les coefficients sont de même signe, ce qui correspond à un système stable

Explication

Pour les systèmes d’ordres 1 et 2, des coefficients de même signe indiquent que la contribution du régime libre s’éteint avec le temps et que le système est stable. Des signes opposés ne fournissent pas ce critère de stabilité.

28. Quelle relation existe entre les racines de l’équation caractéristique et la stabilité d’un système ?

Les racines sont les pôles de H(p)H(p), et la stabilité exige des pôles négatifs ou à partie réelle négative
Les racines sont les zéros de H(p)H(p), et la stabilité exige des pôles positifs ou à partie réelle positive
Les racines sont les zéros de H(p)H(p), et la stabilité dépend de leur distance à l’origine
Les racines sont les pôles de H(p)H(p), et la stabilité exige des pôles de module supérieur à un

Les racines sont les pôles de $$H(p)$$, et la stabilité exige des pôles négatifs ou à partie réelle négative

Explication

Les racines de l’équation caractéristique correspondent aux pôles de la fonction de transfert H(p)H(p). La stabilité est associée à des pôles négatifs, ou plus généralement à des pôles dont la partie réelle est négative.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 48 flashcards sur Stabilité des systèmes linéaires.

Qu'impose le principe de superposition à un système linéaire ?

Toute combinaison linéaire de solutions est encore solution.

Que signifie la causalité dans un système ?

Les effets sont toujours précédés par leurs causes.

Qu'est-ce qu'un système invariant dans le temps ?

Ses caractéristiques sont indépendantes du temps.

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