Quel est le gain de boucle?
Le gain de boucle est le terme appliqué au gain d'un paramètre lorsqu'une partie de la sortie d'un périphérique du circuit ou du système est renvoyée en entrée du périphérique. Il existe des systèmes de gain de boucle négatif et positif. Ce mécanisme de rétroaction est important en tant que technique de contrôle dans le contrôle de processus chimique, les lignes de fabrication, les circuits électroniques et les systèmes biologiques.
Le crissement d'un haut-parleur lorsqu'un microphone est pointé illustre un gain de boucle incontrôlable. Le microphone capte le son du haut-parleur et le renvoie à l'amplificateur, qui grossit le son et le renvoie à nouveau. Au fur et à mesure que le cycle se poursuit, le signal est supérieur à la plage d'entrée de fonctionnement du haut-parleur et le son gênant est problématique.
En rétroaction négative, l'information recule. Les flux d'entrée arrivent à une étape de traitement, le processus ou le changement se produit et le paramètre de sortie est mesuré et comparé au point de consigne ou à la valeur souhaitée. Un ajustement en amont est effectué et la boucle se répète. C'est un système de rétroaction de gain en boucle fermée.
Un retour positif, également appelé feed-forward, se produit lorsque les paramètres du flux d'entrée sont mesurés avant le processus et que le contrôleur est ajusté avant que le processus ne se produise. Les deux systèmes ont du mérite et sont généralement combinés à l'aide d'un contrôleur de rétroaction pour transmettre des informations au contrôleur feed-forward. Le contrôleur feed-forward traite ces données avec les données de paramètre du flux d'entrée pour effectuer l'ajustement.
Le chauffage d'un courant de liquide à une température définie en faisant passer le liquide dans un échangeur de chaleur démontre ce système de contrôle combiné. La température et le débit du liquide entrant sont envoyés au contrôleur feed-forward. La température en aval est envoyée au contrôleur de retour, qui la compare à la valeur de consigne. Le contrôleur feed-forward modifie le changement requis par le contrôleur de retour avec les informations actuelles qu'il reçoit. En utilisant ce système de contrôle de gain en boucle fermée combiné, les oscillations de la température du liquide chauffé sont évitées et le processus restant se déroule de manière plus fluide.
Le système de contrôle combiné feed-forward / feedback pourrait être appelé tampon car il permet de conserver une valeur de sortie constante. Un ampli op est un appareil électronique qui fait la même chose. Il accepte deux entrées et possède une seule sortie qui va haut ou bas, en fonction de la différence des entrées. La conception de certains amplis op provoque l’inversion ou la modification du signe d’une des valeurs d’entrée, puis la sortie est renvoyée comme l’une des entrées. L'objectif est d'équilibrer les deux entrées à la même valeur.
Le gain en boucle ouverte fait référence à un mécanisme de contrôle qui n'utilise aucune information de processus pour contrôler le comportement du système. Un ampli op peut être qualifié de dispositif à gain en boucle ouverte, mais il est placé dans un système de contrôle à rétroaction plus large, qui est fermé. Il sert de dispositif tampon dans le circuit.
La fabrication utilise des systèmes de rétroaction de gain en boucle fermée, bien que souvent via des processus manuels. La base du contrôle de processus statistique est une autre expression d'un système de rétroaction. Les systèmes biologiques utilisent des contrôles de boucle de gain, allant du contrôle de la respiration cellulaire à l'équilibre d'écosystèmes entiers.