Skip to content

Correspondance Continu/Discret

Ce chapitre présente la correspondance entre le plan de Laplace (plan s) et le plan en z. Cette correspondance est fondamentale pour comprendre comment les propriétés d'un système continu se traduisent dans le domaine discret.

Relation fondamentale

Expression

La relation entre un pôle continu sk et le pôle discret correspondant zk est donnée par :

zk=eskTe

Te est la période d'échantillonnage.

Interprétation

En posant sk=σk+jωkσk est la partie réelle et ωk la partie imaginaire, nous obtenons :

zk=e(σk+jωk)Te=eσkTeejωkTe

Cette expression peut s'écrire sous forme polaire :

zk=|zk|ejθk

avec :

  • Module : |zk|=eσkTe
  • Argument : θk=ωkTe

Correspondance des régions de stabilité

Plan de Laplace (plan s)

Dans le plan s, un système continu est stable si tous ses pôles ont une partie réelle négative, c'est-à-dire s'ils sont situés dans le demi-plan gauche :

e(sk)=σk<0

Plan en z

Dans le plan z, un système discret est stable si tous ses pôles sont situés à l'intérieur du cercle unité :

|zk|<1

Démonstration de la correspondance

Si σk<0 (pôle stable en continu), alors :

|zk|=eσkTe<e0=1

Le pôle discret est donc à l'intérieur du cercle unité.

Inversement, si σk>0 (pôle instable en continu), alors |zk|>1 et le pôle discret est à l'extérieur du cercle unité.

Correspondance des régions

Plan sPlan zStabilité
Demi-plan gauche (σ<0)Intérieur du cercle unité (|z|<1)Stable
Axe imaginaire (σ=0)Cercle unité (|z|=1)Marginalement stable
Demi-plan droit (σ>0)Extérieur du cercle unité (|z|>1)Instable
Correspondance des régions de stabilité entre le plan s et le plan z

Correspondance de l'axe des fréquences

Axe imaginaire du plan s

L'axe imaginaire du plan s (où σ=0) correspond aux fréquences du système continu. Pour s=jω :

z=ejωTe

Cette expression décrit le cercle unité dans le plan z.

Périodicité

La correspondance z=ejωTe est périodique de période ωe=2πTe (pulsation d'échantillonnage) :

ej(ω+ωe)Te=ejωTeej2π=ejωTe

Cela signifie que toutes les fréquences séparées de ωe sont confondues dans le plan z. C'est l'origine du repliement spectral.

Points remarquables

Pulsation continue ωPosition sur le cercle unité
ω=0 (DC)z=1
ω=ωe4z=j
ω=ωe2 (Nyquist)z=1
ω=3ωe4z=j
ω=ωez=1 (retour au point de départ)
Correspondance de l'axe des fréquences : l'axe imaginaire du plan s s'enroule sur le cercle unité

Lignes iso-amortissement

Dans le plan s

Les lignes d'amortissement constant ξ pour un système de second ordre correspondent à des droites passant par l'origine, faisant un angle β=arccos(ξ) avec l'axe réel négatif.

Pour un pôle sur cette ligne :

s=σ+jω=ξωn+jωn1ξ2

Le rapport σω est constant :

σω=ξ1ξ2

Dans le plan z

En appliquant la transformation z=esTe, ces droites deviennent des spirales logarithmiques dans le plan z.

Transformation des lignes d'iso-amortissement du plan s vers le plan z

Lignes iso-pulsation propre

Dans le plan s

Les lignes de pulsation propre constante ωn correspondent à des demi-cercles centrés à l'origine de rayon ωn (dans le demi-plan gauche).

Dans le plan z

Ces demi-cercles se transforment en courbes fermées dans le plan z. Plus ωn est grand par rapport à ωe, plus la courbe s'éloigne de l'origine.

Transformation des lignes d'iso-pulsation propre du plan s vers le plan z

Grille complète de correspondance

La figure suivante présente une vue d'ensemble de la correspondance entre le plan s et le plan z, montrant simultanément les lignes d'iso-amortissement et d'iso-pulsation propre.

Grille complète de correspondance s → z

Implications pratiques

Choix de la période d'échantillonnage

La correspondance z=esTe montre que :

  1. Si Te est trop grand : les pôles rapides (grande partie imaginaire) se retrouvent repliés, et la dynamique du système n'est pas correctement capturée.

  2. Si Te est trop petit : les pôles discrets se rapprochent de z=1, ce qui peut poser des problèmes de précision numérique.

Règle pratique

Pour un système de constante de temps dominante τ, on recommande :

Te[τ20,τ5]

Cela correspond à 5 à 20 échantillons par constante de temps.

Placement des pôles

Lors de la conception d'un correcteur numérique, il est souvent plus intuitif de :

  1. Spécifier les performances souhaitées dans le plan s (temps de réponse, dépassement)
  2. Calculer les pôles continus correspondants
  3. Transformer ces pôles en pôles discrets via z=esTe

Formules utiles

Pour un système de second ordre avec ξ et ωn donnés, les pôles continus sont :

s1,2=ξωn±jωn1ξ2

Les pôles discrets correspondants sont :

z1,2=eξωnTee±jωn1ξ2Te

En coordonnées polaires : |z|=eξωnTe et θ=±ωn1ξ2Te