8.5 Surveillance et contrôle

Dans le contrôle de rétroaction classique, comme le contrôle PI ou PID (Proportionnal-Integral-Derivative), les variables contrôlées (CV) sont directement mesurées, comparées à un point de consigne, puis renvoyées au processus via une loi de contrôle de rétroaction.

Dans la figure 8.10, les signaux, sans l’argument temporel, sont désignés par une lettre minuscule, où y est la variable contrôlée (CV) comparée au signal de référence (point de consigne) r. L’erreur de traçabilité ε (i.e. r - y) est introduite dans le contrôleur, que ce soit en matériel ou en logiciel, à partir de laquelle l’entrée de commande u, également connue sous le nom de variable manipulée (MV), est générée. L’entrée u affecte directement le processus (P) à partir duquel une sortie (y) résulte. La sortie échantillonnée est ensuite comparée à r, qui ferme la boucle. En pratique, cette boucle continue jusqu’à ce que le contrôleur soit éteint. Il existe une vaste documentation sur le contrôle de la rétroaction (Doyle et al., 1992 ; Morris, 2001 ; Ogata, 2010), qui fait l’objet de recherches depuis de nombreuses années, à commencer par les travaux de Bode (1930) et de Nyquist (1932).

Fig. 8.10 Commande de rétroaction avec contrôleur (C) et processus (P). signal de référence r, erreur de suivi eps, signal d’entrée u, sigma de sortie

Dans le RAS, les CV typiques sont la température, le pH et la concentration d’oxygène dissous (OD), pour lesquels il existe des capteurs fiables. Par conséquent, le contrôle de rétroaction de ces paramètres de qualité de l’eau peut être facilement réalisé. Cependant, dans la pratique, le plus souvent, les signaux d’entrée et de sortie sont perturbés par des processus de bruit, tels que les entrées aléatoires inconnues et le bruit de mesure. De plus, le processus global (P) peut changer avec le temps en raison de la croissance, de la maturation, de la sénescence, etc. L’alimentation des poissons est un autre apport dans le SRA et son effet sur la croissance des poissons ne peut pas être vu ni mesuré directement. Pour ces paramètres, des contrôleurs basés sur un modèle (p.ex. feedforward, prédictif du modèle et contrôle optimal) sont généralement introduits pour prédire la réponse d’un changement dans l’entrée du contrôle. Cependant, les aliments pour poissons sont généralement ajoutés sur la base des valeurs trouvées dans les tableaux ou les recettes, mais ce contrôle fondé sur des règles peut nécessiter un certain ajustement dans la pratique réelle pour agir en tant que contrôleur de rétroaction. Les comportements des poissons dans le RAS sont une mesure classique de contrôle de rétroaction, car les poissons réagissent physiologiquement aux changements environnementaux avec des variations de mouvement, d’emplacement, de réceptivité à l’alimentation, etc.

La production hydroponique a généralement lieu dans des environnements protégés tels que les serres ou les usines végétales où l’environnement racinaire et aérien doit être contrôlé. Les contrôleurs sur arrêt qui modélisent de façon prédictive des environnements aériens optimaux se sont révélés supérieurs dans la recherche expérimentale, mais la commercialisation a été lente, alors que les contrôleurs de rétroaction sont standard dans la plupart des serres contrôlées par le climat. Cependant, l’actionneur varie en fonction du type de régulateur doté de vannes de chauffage et d’évents généralement commandés par rétroaction, mais l’éclairage a généralement un mécanisme ON-OFF et seulement quelques-uns sont dimmables. Les contrôleurs qui s’appuient sur des capteurs ou des entrées de données peuvent répondre à une croissance rapide dans un environnement protégé et produire des produits de haute qualité avec des prix élevés du marché, ce qui améliore ses avantages en termes de coûts. De nombreuses serres commerciales ont encore le capteur central classique suspendu de 1 à 2 m au-dessus de la culture et couvrant plusieurs centaines de mètres carrés est toujours utilisé, mais plusieurs capteurs sans fil couvrant des zones plus petites sont en cours d’utilisation, bien qu’une grande partie des données détaillées ne puissent pas être utilisées parce qu’il est assez grand les zones climatiques sont contrôlées par les mêmes actionneurs. Les progrès de la technologie des capteurs (par exemple, capteurs de température microclimat, processeurs d’image, mesures en temps réel d’échange de gaz ou de fluorescence chlorophylle) reliés aux logiciels de modélisation pourraient utiliser des systèmes d’aide à la décision et devenir des systèmes de contrôle automatisés.

Dans les systèmes de bioréacteurs typiques, la température, le pH, l’oxygène dissous dans les systèmes aérés et les flux de gaz dans les systèmes anaérobies sont mesurés et ajustés en continu avec les régulateurs de température, de pH et d’oxygène dissous disponibles. En outre, les temps de rétention hydraulique (HRT) et de rétention des boues (SRT) sont souvent fixés en contrôlant les débits d’eau (déchets) et les débits de déchets de biomasse, respectivement.