rétroaction

La rétroaction est une portion du signal de sortie d'un système qui est délibérément renvoyée à son étage d'entrée. Cela crée une boucle fermée, permettant au système de comparer ce qu'il fait réellement à ce qu'on lui demande de faire, puis de se corriger. Sans rétroaction, un amplificateur ou un contrôleur de moteur fonctionne à l'aveugle, ignorant les changements de charge, la dérive de température ou le vieillissement des composants. Avec la rétroaction, le système s'auto-corrige en temps réel.

Les deux types principaux sont la rétroaction négative et la rétroaction positive. La rétroaction négative s'oppose au signal d'entrée, réduisant le gain et la distorsion tout en améliorant la stabilité et la linéarité. Un amplificateur audio utilise la rétroaction négative pour réduire la distorsion harmonique de peut-être 5 % à 0,1 %. La rétroaction positive renforce le signal d'entrée et est utilisée délibérément dans les oscillateurs pour maintenir l'oscillation, mais elle est dangereuse dans les amplificateurs où elle provoque l'emballement et l'oscillation. La plupart des systèmes de contrôle industriels reposent sur la rétroaction négative.

Rétroaction dans le contrôle en boucle fermée

Les contrôleurs de processus industriels dépendent de la rétroaction pour maintenir le point de consigne. Un contrôleur de température mesure la température réelle du processus via un thermocouple ou une RTD, la compare au point de consigne et ajuste la puissance de chauffage pour ramener l'erreur à zéro. La vitesse de ce cycle de comparaison, généralement de 10 à 100 fois par seconde, et la force de la correction, appelée le gain, déterminent la stabilité. Un gain trop faible laisse le processus dériver; un gain trop élevé provoque une oscillation autour du point de consigne.

La rétroaction peut introduire un décalage et une instabilité si la boucle inclut des retards. Un élément chauffant met du temps à réagir; le capteur met du temps à mesurer; le contrôleur met du temps à calculer. Si ces retards sont longs par rapport à l'action de contrôle, le système dépasse, oscille et peut ne jamais se stabiliser. C'est pourquoi le réglage proportionnel-intégral-dérivé (PID) est essentiel : les trois paramètres sont ajustés pour correspondre au temps de réponse naturel et aux caractéristiques de décalage de la boucle.

Le terme rétroaction lui-même vient de l'analogie d'une personne recevant des informations sur les résultats de son action et utilisant ces informations pour ajuster la tentative suivante. En électronique, le concept est apparu dans les années 1920 lorsque Harold Black a inventé l'amplificateur à rétroaction pour compenser la non-linéarité et la dérive des tubes à vide. Aujourd'hui, la rétroaction est le fondement de tout contrôle automatique, des servomoteurs aux alimentations électriques en passant par l'instrumentation de processus.