1. Régulation en cascade

On considère un réservoir principale ou primaire P avec sa boucle de régulation controllée par le le régulateur de niveau LC. Le niveau est la variable régulée PV-P (p pour primaire). La variable de commande est P-Out%. La variable manipulée ou régulante est le débit, mais pas directement. La commande du régulateur primaire P-Out% constitue d'abord le SP d'un autre régulateur appelé secondaire. Ce régulateur secondaire FC est un contrôleur de débit. Il reçoi la mesure PV-S du capteur de débit et constitue ses deux valeurs d'entrée PV-S et SP = P-Out%, puis génère un signal de sortie S-Out% qui commande le débit d'entrée. cette régulation est dite en cascade.

Le système secondaire est très utile quand il ya une fluctuation de débit d'entrée, qui sera vite réglée au niveau secondaire. Sans le système secondaire, c'est à dire sans cascade, une fluctuation de débit, surtout pour les réservoirs de grande capacité ou inertie, prendra beaucoup de temps pour être perçue.

On peut remarquer la boucle secondaire n'a pas de consigne fixe comme pour un système sans cascade; et que la commande de la boucle principale P-Out% peut constituer une consigne non pas seulement pour une boucle secondaire (ou auxiliaire) mais plus plusieurs autre boucles secondaires.

Exemple:
On considère que l'étendue du débit à travers la boucle secondaire est de 40 GPM - 0 GPM = 40 GPM et celle du contrôleur FC est de 100% - 0% = 100% avec un gain G = 100%.
Le débit de fluide sortant du reservoir S est de 20 GPM. Le système est en régime permanent.
Un encrassement du capteur de débit réduisant ce débit à 10 GPM est immédiatement réglé au niveau secondaire.
Pendant le régime permanent, débit = S-PV = 20 GPM ? SP = 20 x 100/40 = 50% au FC = P-Out%.
Au régime transitoire du à l'encrassement: débit = S-PV = 10 GPM ? SP = 10 x 100/40 = 25% au FC. Comme le SP = 50% (qui est égal à P-Out%), l'écart devient : e = SP - PV = 50% - 25% = 25%. Ainsi, Le FC adresse à la vanne de régulation un signal de S-Out% = G e + Bias = (100/100) x 25% + 50 % = 75%; et tout continue normalement sans que le boucle principale s'en apperçoit.

2. Régulation de rapport

Dans ce type de régulation, les débits primaires et secondaires sont mesurés. Leur rapport est fixé selon des besoins préalables. Le débit primaire constitue la consigne pour le régulatuer secondaire. Mais cette consigne qui sort du régulateur primaire indépendant FC (P) est d'abord traitée au relais de rapport. Celui-ci la modifie (selon le rapport choisi); ensuite la valeur sortante du relais arrive comme consigne au régulateur secondaire dépendant FC (S). Celui-ci, ayant reçu la PV du débit secondaire, calcul l'écart et envoi un signal conséquent modulateur à la vanne de régulation (VC).
Le régulateur secondaire et le relais de rapport R peuvent être combiné en régulateur secondaire tout court.

Ce type de régulation est très utilisée en traitement des eaux et dans les réacteurs chimiques dans le but de contrôler les rapports en réactifs.

3. Régulation à signal de sortie d'étendue fractionnée

Parfois, comme pour faire um mélange acide-base, ou régler la tempéarture d'un four, on a besoin de deux fluides. Lorsqu'une valeur de procédé PV est atteinte au réservoir, le controlleur "switch" sur l'une où l'autre valeur d'écart, compte tenu de son SP, et adresse la commande sur l'une ou l'autre vanne de régulation.

Par exemple, si l'élement primaire est un capteur de température, la valeur PV est 10 ^oC, et le SP est fixé à 19 ^oC dans un régulateur d'étendue 100% - 0% = 100% ; l'écart de 19 - 10 = 9 ^oC correspondra à une commande Out% vers CV-1. Une PV de 35 ^oC, correspondra à une commande Out% vers la vanne de régulation VC-2.

4. Régulation en cascade sur une grandeur intermédiare

Dans un four alimenté en air - combustible, on chauffe une charge que l'on receuille à une température fixée T.

Une température T est captée par l'élément TE, et est transmise par le transmetteur TT au régulateur TC . Elle constitue le PV de ce régulateur TC qui, possédant un SP fixé peut agir en conséquence sur la vanne de régulation du combustible.
Mais il n'agira pas directement sur cette vanne, sa commande Out% constitue le SP d'un deuxième régulateur TCi, qui lui agira sur la vanne.
La variable T est la variable régulée. La variable T_i est aussi la variable régulée. T_i est dite grandeur intérmédiaire.

Lorsque le système est en régime permanent; une fois une perturbation a lieu comme un changement de température T_i dans le four; cette parturbation passe par TTi à TCi qui régularise le système en envoyant une action sur la vanne (par l'intermédiare d'un convertisseur).
Cette action a lieu avant même que le controleur TC s'en aperçoive. D'où un gain de temps.