Le diagramme de Bode est un moyen de représenter le comportement fréquentiel d'un système. Il permet une résolution graphique simplifiée, en particulier pour l'étude des fonctions de transfert de systèmes analogiques. Il est utilisé pour les propriétés de marge de gain, marge de phase, gain continu, Bande passante, rejet des perturbations et stabilité des systèmes.
Le diagramme de Bode d'un système de réponse fréquentiel est composé de deux tracés :
L'échelle des pulsations est logarithmique et est exprimée en rad/s (radian par seconde). L'échelle logarithmique permet un tracé très lisible, car composé majoritairement de tronçons linéaires.
Prenons une fonction de transfert quelconque qui s'écrit de la façon suivante :
où
Bien qu'une fonction de transfert puisse s'écrire de plusieurs façons, c'est de la façon décrite ci-dessus qu'il faut les écrire :
On remarque que le module de est égal à la somme des modules des termes élémentaires en raison du logarithme. Il en va de même pour la phase, cette fois en raison de la fonction argument. C'est pourquoi on va dans un premier temps s'intéresser aux diagrammes de Bode des termes élémentaires.
Soit la fonction de transfert :
La pulsation est appelée pulsation de coupure.
Pour donc et .
Pour donc et .
Dans un repère logarithmique, se traduit par une pente de -20dB/Décade ou encore -6dB/Octave. On parle également de pente -1. Le diagramme de Bode asymptotique du module se résume donc à deux tronçons linéaires.
en , soit : la courbe passe 3dB en dessous de l'asymptote.
Soit la fonction de transfert :
Le tracé s'obtient en prenant l'opposé du module en dB et de la phase du passe-bas.
Soit la fonction de transfert :
La pulsation est appelée pulsation propre et est l'amortissement.
Pour donc et .
Pour donc et .
Dans un repère logarithmique, se traduit par une pente de -40dB/Décade ou encore -12dB/Octave. On parle également de pente -2. Le diagramme de Bode asymptotique du module se résume donc à deux tronçons linéaires.
Lorsque , le système présente une résonance de module en .
Soit la fonction de transfert :
Le tracé s'obtient en prenant l'opposé du module en dB et de la phase du passe-bas.
Comme nous l'avons fait remarquer plus haut, on pourrait additionner tous les diagrammes de bode des termes élementaires pour obtenir le diagramme de la fonction de transfert .
Cependant, lorsque cette fonction de transfert est compliquée, il est plus facile de prendre en compte les contributions de chaque terme au fur et à mesure en faisant croître la pulsation .
Au début, lorsque , l'asymptote du module est une droite de pente q (q*20dB/Décade) et la phase est constante à . Par la suite, à chaque fois que l'on rencontre une pulsation , on modifie le tracé selon la procédure suivante :
Nous disposons cette fois d'une fonction de tranfert d'un système discret.
Pour obtenir son diagramme de Bode, il faut evaluer la fonction sur le cercle unité.
Autrement dit, avec (on obtient le cercle complet par symétrie).
Si le système discret a été obtenu à partir de l'Échantillonnage à la période T d'un système continu , alors avec .
De plus, les relations et ne sont pas rationnelles en . Par conséquence, l'étude du tracé est compliquée et nécessite des moyens informatiques.
Cependant, il existe une application permettant de se ramener au cas continu :
ou la fonction réciproque
Il s'agit d'une transformée de Möbius.
Cette transformation fait correspondre l'axe imaginaire du domaine continu avec le cercle unité du domaine discret avec .
Or, lorsque , on a , auquel cas on se retrouve dans le cas continu d'une fraction rationnelle à étudier. On peut alors se ramener à une étude classique des systèmes analogiques sur en sachant que les valeurs du diagramme près de sont entachées d'une erreur.