20.3 : Systèmes de contrôle à boucle ouverte et fermée

Les systèmes de contrôle sont des éléments fondamentaux de l'automatisation et de l'ingénierie. Ils sont classés en deux grandes catégories : les systèmes à boucle ouverte et les systèmes à boucle fermée. Ces classifications dépendent de la présence ou de l'absence de mécanismes de rétroaction, qui influencent considérablement les performances, la complexité et l'application du système.

Un système de contrôle à boucle ouverte fonctionne sans rétroaction de la sortie. Il se compose de deux éléments principaux : le contrôleur et le processus contrôlé. Le contrôleur reçoit un signal d'entrée et manipule le processus pour obtenir le résultat souhaité. Il est important de noter que les systèmes à boucle ouverte fonctionnent indépendamment de la sortie, ce qui signifie qu'il n'y a pas de correction automatique basée sur les performances du système. Un exemple courant de système à boucle ouverte est une machine à laver qui fonctionne selon un cycle de temps prédéfini. Elle n'ajuste pas son fonctionnement en fonction de la propreté des vêtements, ce qui met en évidence l'absence de rétroaction. Les systèmes à boucle ouverte sont avantageux dans les scénarios où une mesure précise de la sortie est soit peu pratique, soit économiquement irréalisable. Ils sont généralement plus simples et moins coûteux à concevoir et à entretenir en raison de leur architecture simple.

En revanche, les systèmes de contrôle à boucle fermée ou à rétroaction intègrent une ou plusieurs boucles de rétroaction qui surveillent en permanence la sortie et ajustent l'entrée en conséquence pour maintenir les performances souhaitées. Cette configuration améliore considérablement la précision et la réactivité. Par exemple, dans un système de contrôle du régime de ralenti à boucle fermée utilisé dans les moteurs automobiles, le système surveille en permanence le régime de ralenti et le compare au régime souhaité. Si une différence est détectée, le système ajuste l'angle de l’accélérateur pour corriger la vitesse. Ce mécanisme de rétroaction permet au système de se remettre rapidement des perturbations et de maintenir la valeur prédéfinie, garantissant ainsi des performances constantes.

Malgré leur précision supérieure et leur capacité à gérer les perturbations, les systèmes à boucle fermée sont intrinsèquement plus complexes. Ils nécessitent des composants supplémentaires pour la surveillance et la rétroaction, ce qui augmente la complexité de la conception, le coût et la consommation d'énergie. Le choix entre les systèmes à boucle ouverte et à boucle fermée dépend des exigences spécifiques de l'application, notamment du besoin de précision, de la faisabilité de la mesure de sortie et des considérations économiques.