Le contrôle en cascade fait référence à une stratégie de contrôle de processus dans laquelle une variable de processus est contrôlée en manipulant le point de consigne d’une variable de processus associée. Dans cette stratégie particulière, la variable d’intérêt est contrôlée par deux boucles de contrôle travaillant en tandem. Dans les industries de transformation chimique, un système de contrôle en cascade est souvent utilisé pour réduire l’effet des perturbations et des perturbations sur l’objectif de contrôle principal.
Une boucle de régulation en cascade se compose d’une boucle primaire et d’une boucle secondaire. Ces boucles peuvent également être appelées boucle externe et boucle interne, respectivement. La boucle principale fournit à la boucle secondaire un point de consigne, ou cible, pour un processus lié à l’objectif de contrôle principal. La boucle primaire est parfois appelée boucle maître car elle fournit une consigne que la boucle secondaire, ou boucle esclave, doit suivre.
L’objectif principal de l’utilisation du contrôle en cascade comme stratégie de contrôle de processus est de permettre à la boucle secondaire de contrôler les perturbations avant qu’elles ne puissent affecter l’objectif de contrôle principal. Pour que ce système de contrôle fonctionne efficacement, la dynamique de processus de la boucle secondaire doit être beaucoup plus rapide que la dynamique de la boucle primaire. En règle générale, la dynamique de processus de la boucle secondaire doit être au moins quatre fois plus rapide que la dynamique de processus de la boucle primaire.
L’application la plus courante du contrôle en cascade pour la plupart des procédés chimiques implique l’utilisation d’un contrôleur de débit comme boucle secondaire. La plupart des contrôleurs de débit ont un temps de réponse très rapide, ce qui en fait des candidats appropriés pour les boucles secondaires. Les boucles primaires ont tendance à se concentrer sur des variables telles que la température, le niveau, les niveaux d’hydrogène (pH) ou la composition chimique.
Le contrôle en cascade n’est pas nécessairement limité aux systèmes basés sur seulement deux boucles de contrôle. Les configurations en cascade multiples fonctionnent de la même manière qu’une boucle de contrôle en cascade traditionnelle mais ont plus de deux boucles. Par exemple, un analyseur de composition chimique et une boucle de contrôle avec un temps mort long peuvent s’appuyer sur une boucle de contrôle de température pour éliminer les perturbations du processus. La boucle de régulation de température pourrait alors s’appuyer sur un contrôleur encore plus rapide, tel qu’un contrôleur de débit.
Plusieurs facteurs sont pertinents dans le développement de contrôleurs en cascade pour un processus donné. Par exemple, un ingénieur de contrôle devra déterminer si une boucle secondaire choisie a un effet important sur la boucle principale d’intérêt. L’ingénieur devra également connaître la dynamique du processus de la boucle secondaire proposée. De tels facteurs pourraient déterminer si la boucle secondaire proposée est capable d’absorber les perturbations de processus et de les empêcher d’affecter la boucle primaire.