Les commandes à rétroaction sont largement utilisées dans les systèmes automatisés modernes. Un système de contrôle à rétroaction se compose de cinq éléments de base : (1) l’entrée, (2) le processus contrôlé, (3) la sortie, (4) les éléments de détection, et (5) les dispositifs de commande et d’actionnement. Ces cinq composants sont illustrés à la figure 1. Le terme de contrôle par rétroaction en boucle fermée est souvent utilisé pour décrire ce type de système.
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L’entrée du système est la valeur de référence, ou point de consigne, pour la sortie du système. Elle représente la valeur de fonctionnement souhaitée de la sortie. En reprenant l’exemple précédent du système de chauffage, l’entrée est le réglage de la température souhaitée pour une pièce. Le processus contrôlé est l’appareil de chauffage (par exemple, le four). Dans d’autres systèmes de rétroaction, le processus peut être une opération de fabrication, les moteurs de fusée d’une navette spatiale, le moteur d’une automobile en régulation de vitesse, ou tout autre processus auquel de l’énergie est appliquée. La sortie est la variable du processus qui est mesurée et comparée à l’entrée ; dans l’exemple ci-dessus, c’est la température ambiante.
Les éléments de détection sont les dispositifs de mesure utilisés dans la boucle de rétroaction pour surveiller la valeur de la variable de sortie. Dans l’exemple du système de chauffage, cette fonction est normalement accomplie en utilisant une bande bimétallique. Ce dispositif est constitué de deux bandes métalliques jointes sur leur longueur. Les deux métaux possèdent des coefficients de dilatation thermique différents ; ainsi, lorsque la température de la bande est élevée, elle fléchit en proportion directe de la variation de température. La bande bimétallique est donc capable de mesurer la température. Il existe de nombreux types de capteurs utilisés dans les systèmes de contrôle par rétroaction pour l’automatisation.
Le but du contrôleur et des dispositifs d’actionnement dans le système de rétroaction est de comparer la valeur de sortie mesurée avec la valeur d’entrée de référence et de réduire la différence entre elles. En général, le contrôleur et l’actionneur du système sont les mécanismes par lesquels les changements dans le processus sont accomplis pour influencer la variable de sortie. Ces mécanismes sont généralement conçus spécifiquement pour le système et consistent en des dispositifs tels que des moteurs, des vannes, des interrupteurs à solénoïde, des cylindres à piston, des engrenages, des vis de puissance, des systèmes de poulie, des entraînements par chaîne et d’autres composants mécaniques et électriques. L’interrupteur relié à la bande bimétallique du thermostat est le contrôleur et le dispositif d’actionnement du système de chauffage. Lorsque la sortie (température ambiante) est inférieure au point de consigne, l’interrupteur allume le chauffage. Lorsque la température dépasse le point de consigne, le chauffage s’éteint.