Sistemi a loop chiuso e a loop aperto

Un concetto molto importante quando si va a realizzare un controllo è quello di loop aperto o chiuso.  Per capire la differenza fra i due partiamo con un esempio molto semplice che non è legato a complesse logiche elettroniche.

Immaginate di entrare in un bagno. Se aprite il rubinetto dell’acqua, essa fluirà all’infinito fino a quando qualcuno non chiuderà il rubinetto. Questo è un sistema a loop aperto, cioé il vostro sistema (rubinetto) non ha nessuna informazione sulla quanità d’acqua che è passata e non ha alcuna possibilità di “decidere” in modo autonomo quando chiudere.

Considerate ora di avere un serbatoio che volete sia sempre pieno (ad esempio per irrigare un orto).  Immaginate che il vostro serbatoio sia pieno, aprite l’acqua per un certo tempo e quindi si svuoterà parzialmente. Se il sistema è dotato di un qualche sensore ( anche un galleggiante meccanico è considerato un sensore), partirà automaticamente il riempimento, fino ad un certo livello. Il meccanismo non è dotato di particolare intelligenza, ma di sistemi meccanici semplici. Si tratta comunque di un sistema a loop chiuso. Cioé un sistema in cui vi è un ritorno di informazioni ingresso e uscita.  In questo caso l’informazione è il livello dell’acqua.

Aggiungendo ulteriori sensori, possiamo complicare a piacere le funzionalità del nostro serbatoio.  Per esempio potremmo introdurre l’irrigazione automatica ad orari prestabiliti. Potremmo introdurre un sensore di pioggia che annaffia solamente se c’è il sole, un sensore di umidità del terreno che annaffia solo se il terreno è secco… Andremmo così a dotare il nostro semplice serbatoio di una primitiva forma di “intelligenza”. 

Abbiamo un sistema a loop chiuso ogni volta che il comportamento di una parte è influenzato da ciò che avviene in un altro punto.

I sistemi a loop chiuso posso essere estremamente complessi perché dipende quale tipo controllo vogliamo fare sul nostro ingresso. Il sistema più semplice è di tipo ON/OFF, ad esempio la luce del frigo che si accende quando la porta è aperta e si spegne quando è chiusa è un “controllo on/off” che potremmo definire “banale”.  I controlli ON/OFF non hanno nulla di particolarmente interessante dal punto di vista teorico. Il sistema ha solo due stati e si posiziona in uno o in un altro a seconda di un informazione in ingresso di tipo binario.

Molto più intressanti sono i sistemi dove l’informazione è di tipo continuo, cioé può assumere un’infinità di valori compresi dentro ad un intervallo finito.

Un esempio semplice è un serbatoio in cui una pompa viene modulata per mantenere il livello dell’acqua all’interno.  Se alla base del serbatoio metto un rubinetto e immagino che vi sia un prelievo d’acqua del tutto causale, gestire il riempimento del serbatoio diventa un compito più interessante rispetto al semplice ON/OFF.

Se prelevo molta acqua, voglio che il rifornimento sia più veloce, se prelevo poca acqua, il rifornimento sarà più lento. Se non prelevo acqua, voglio che la pompa si spenga completamente. Un buon sistema di controllo riesce a gestire una situazione del genere  con pochissime informazioni. Conoscendo solamente il livello dell’acqua è possibile creare un controllo che reagisca in modo “intelligente” alle variazioni.  Il controllo più usato in ambito industriale è il PID.