Le gain de boucle est le terme appliqué au gain d’un paramètre lorsqu’une partie de la sortie d’un appareil du circuit ou du système est renvoyée en entrée de l’appareil. 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 des processus chimiques, les lignes de fabrication, les circuits électroniques et les systèmes biologiques.
Le crissement d’un haut-parleur lorsqu’un microphone est pointé vers lui illustre un gain de boucle incontrôlable. Le microphone capte le son du haut-parleur et le renvoie à l’amplificateur, qui amplifie le son et le renvoie vers le haut-parleur. 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 les problèmes sonores gênants.
Dans la 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. Il s’agit d’un système de rétroaction de gain en boucle fermée.
La rétroaction positive, également appelée 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 fournir des informations au contrôleur d’anticipation. Le contrôleur d’anticipation traite ces données avec les données de paramètre de flux d’entrée pour effectuer l’ajustement.
Le chauffage d’un flux liquide à une température définie en faisant passer le liquide à travers un échangeur de chaleur démontre ce système de contrôle combiné. La température et le débit du liquide entrant sont envoyés au contrôleur d’anticipation. La température aval est envoyée au régulateur de retour qui la compare à la consigne. Le contrôleur d’anticipation modifie le changement requis par le contrôleur de rétroaction avec les informations actuelles qu’il reçoit. Grâce à l’utilisation de ce système combiné de contrôle de gain en boucle fermée, les variations de température du liquide chauffé sont évitées et le processus restant se déroule plus facilement.
Le système de contrôle combiné feed-forward/feedback pourrait être appelé un tampon car il fonctionne pour maintenir une valeur de sortie constante. Un ampli op est un appareil électronique qui fait la même chose. Il accepte deux entrées et a une seule sortie qui va soit haut ou bas, selon la différence des entrées. La conception de certains amplis op provoque l’inversion ou le changement de signe de l’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 caractérisé comme un dispositif de gain en boucle ouverte, mais il est placé dans un système de contrôle de 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 statistique des processus est une autre expression d’un système de rétroaction. Les systèmes biologiques utilisent des contrôles de boucle de gain, du contrôle de la respiration cellulaire à l’équilibre d’écosystèmes entiers.