FIZIKAI ALAPÚ MODELLEZÉS, MODELL ANALÍZIS ÉS

Átírás

1 MTA Műszaki Tudományok Osztálya 2009 p. 1/1 C R G FIZIKAI ALAÚ MODELLEZÉS, MODELL ANALÍZIS ÉS DIAGNOSZTIKA HANGOS KATALIN (Bemutatkozó előadás)

2 MTA Műszaki Tudományok Osztálya 2009 p. 2/1 Életrajzi adatok - Interdiszciplinaritás C R G Tanulmányok és tudományos fokozatok okl. vegyész, ELTE TTK, 1976 okl. progr. matematikus, ELTE TTK, 1980 kémiai tudomány kandidátusa, 1984; kémiai tudomány doktora, 1993 habilitáció műszaki informatika, VE, 2000 Munkahelyek MTA SzTAKI 1978 óta egyetemi tanár a Veszprémi majd annon Egyetemen ( és 2008 óta) vendégprofesszor, Department of Chemical Engineering, The University of Queensland (Ausztralia), évente átlagosan 1 hónap 1997 óta

3 MTA Műszaki Tudományok Osztálya 2009 p. 3/1 Részvétel a nemzetközi tudományos életben C R G Nemzetközi tudományos szervezetek IFAC Technical Committee on rocess Control (TC 6.1): energy, systems biology Folyóiratok, konferenciák IASTED Modelling, Identification and Control, Conference Chair IC: IFAC SAFEROCESS, CONTROLO, IASTED Intelligent Systems and Control, etc. International Journal of rocess Systems Engineering, rocess Modeling and Control area editor Bíráló: Automatica, Annals of Nuclear Energy, Chemical Engineerig Science, Computers and Chemical Engineering, etc. Nemzetközi projekt "A Multiscale - Multifunctional Approach to Advanced Diagnosis and Operator erformance in Complex rocess Systems", Australian Research Council (ARC), (rincipal investigator) ERC Starting Independence Grant E6: Computer Science and Informatics

4 MTA Műszaki Tudományok Osztálya 2009 p. 4/1 Kutatási teljesítmény C R G Kutatási terület: rendszer- és irányításelmélet modellezés, rendszer-analízis, diagnosztika, folyamatirányítás ublikációs adatok Könyvek nemzetközi kiadónál: 3 Cikkek IF-al: 80 Folyóiratok: Control Engineering ractice, International Journal of Robust and Nonlinear Control; hysics Letters, Journal of hysics; Nuclear Engineering and Design, IEEE Trans. Nucl. Engng; AIChE Journal, Chemical Engineering Science, etc. Összes hivatkozás: 490 WoS-beli hivatkozás: 143 hd-t szerzett tanítványok: 13 Összes tanítványok: 20

5 MTA Műszaki Tudományok Osztálya 2009 p. 5/1 R GF Fizikai alapú modellezés R C Legfontosabb eredmények: modellek szintaxisa és szemantikája Hangos, K. M. and I. T. Cameron: Formal Representation of Assumptions in rocess Modelling. Computers and Chemical Engineering, 25 : (2001) (12 idéző) többléptékű modellezés Ingram, G.D., Cameron, I.T., Hangos, K.M.: Classification and analysis of integrating frameworks in multiscale modelling. Chemical Engineering Science, 59 : (2004) (25 idéző) (68 idéző) "...Kathy Hangos and Ian Cameron (Hangos and Cameron, 1997) proposed a formal language for specifying assumptions and generating the resulting models.... " Sargent, R.W.H.: Introduction: 25 years of progress in process systems engineering. Computers and Chemical Engineering, 28 (4): pp (2004)

6 MTA Műszaki Tudományok Osztálya 2009 p. 6/1 R GF Alkalmazások a aksi Atomerőműben 1 R C rimerköri szabályozástechnikai célú dinamikus modell Dinamikus mérlegegyenletekből származó minimális modell dn dt = β Λ `p1 v 2 + p 2 v + p 3 N + S, WR = c Ψ1 N dt C dt = 1 hc c p, C M p, C m in `T C,I T C C,CL + WR i 6 K T,SG1 (T C T SG ) K loss, C (T C T out ) h 1 c L c L p,sg M p,sg m SGT SG,SW c V p,sg m SGT SG p SG = p T (T SG ) SG i m SG E evap,sg + K T,SG2 (T C T SG ) W loss,sg dt SG dt = dt R dt = 1 c p, R M R hχ m R >0c p, C m R T C,HL + p R = p T (T R) +χ m R <0c p, R m R T R c p, R m R T R W loss, R + W heat, R i l R = 1 A R M C ϕ C (T C ) V 0 C Modell paraméter becslés mért adatokra: 1 % körüli illeszkedés Fizikai értelemmel bíró paraméterek becslése

7 MTA Műszaki Tudományok Osztálya 2009 p. 7/1 kg m s é ê êë ù ú úû Alkalmazások a aksi Atomerőműben 2 T I [ K ] Nyomásszabályozó tartály: Modell alapú szabályozó SZTAKI Rendszer és Irányításelméleti Kutató Laboratórium (Bokor J.) Feladat: A szabályozó újratervezése - új mérő és beavatkozószervek - DINAMIKUS MÉRLEGEGYENLETEKBŐL SZÁRMAZÓ MINIMÁLIS MODELL - H típusú szabályozó, dinamikus invertálással Működik a aksi Atomerőmű 4 blokkján: 2 % hasznos teljesítmény növelés χ 1 Y10 M= const. χ 2 χ 3 χ 4 é ê ë m T 124 nyomás [bar] idö [h] kék: régi szabályozó, piros: új szabályozó Atomerőművi Tréningszimulátor: eseménykezelő a blokkszámítógépben a 400/120 kv-os villamos alállomás intelligens diagnosztikai rendszere

8 MTA Műszaki Tudományok Osztálya 2009 p. 8/1 Nemlineáris folyamatrendszerek Legfontosabb eredmények: entrópia alapú Ljapunov függvény Hangos, K. M., A. A. Alonso, J. D. erkins and B. E. Ydstie: Thermodynamic approach to the structural stability of process plants. AIChE Journal, 45 : (1999) (33 idéző) irányíthatósági és stabilitás analízis Szederkényi, G., Kristensen, N.R., Hangos, K.M., Jorgensen, S.B.: Nonlinear analysis and control of a continuous fermentation process. Computers and Chemical Engineering, 26 : (2002) (21 idéző) R(G -GD) + L (G -GD) + R + L R(G -GT)L (G -GT) + RL (36 idéző) "... make connections between thermodynamics, variational calculus and the theory of Hamiltonian systems. Hangos, Bokor and Szederkényi (2001) have made some progress here using the formalism established by Hangos, Alonso, erkins and Ydstie (1999)..." Ydstie, B.E. (2002): assivity based control via the second law. Comput. Chem. Eng. 26:

9 MTA Műszaki Tudományok Osztálya 2009 p. 9/1 Alkalmazás biokémiai rendszerekben R(G -GD) + L R(G -GT)L Biokémiai reakciókinetikai hálózat modell meghatározása reakcióutak modellezése gyors és lassú reakcióutak paraméter illesztés irodalmi mért adatokra nagy mérési hiba kvalitatív jellemzők modularitás, általánosíthatóság reakciókinetikai hálózatok szerkezeti tulajdonságai (G -GD) + R + L G protein activated ERK (G -GT) + RL simulation experimental data Együttműködő partner: rof. Nagy György SOTE Anatómiai és Fejlődésbiológiai Intézet Csercsik D, Hangos K M, Nagy G M: A simple reaction kinetic model of rapid (G protein dependent) and slow (b-arrestin dependent) transmission JOURNAL OF THEORETICAL BIOLOGY 255: (2008)

10 MTA Műszaki Tudományok Osztálya 2009 p. 10/1 Alkalmazás bioelektromos rendszerekben V m g Na 1 IN g K 1 g K 2 g Ca 1 g Ca 2 g Ca 3 g L C Sejtmembrán modell meghatározása mérésekből ioncsatornák modellezése Hodgin-Huxley típusú modell Na +, K + és Ca 2+ csatornák paraméter illesztés elektrofiziológiai mért adatokra voltage and current clamp trace-ek kvalitatív jellemzők modularitás, általánosíthatóság csatornák függetlensége identifikálhatóság bursting tulajdonságot reprodukálja tüzelési sorozat impulzus gerjesztésre E Na E K E K OUT E Ca E Ca E Ca (a) (b) (c) 100 mv (d) (e) E L Együttműködő partner: rof. Liposits Zsolt KOKI Endokrin Neurobiológiai Osztály

11 MTA Műszaki Tudományok Osztálya 2009 p. 11/1 Diagnosztika diszkrét módszerekkel Legfontosabb eredmények: szürke doboz diagnosztika Weyer, E, Szederkényi, G, Hangos K.M.: Grey box fault detection of hear exchangers. Control Engineering ractice, 8 : (2000) (14 idéző) színezett etri háló alapú diagnosztika Szucs, A, Gerzson, M, Hangos K.M.: An intelligent diagnostic system based on etri nets. Computers and Chemical Engineering, 20 : S635-S640. (1996) v in v out v TT out { e+, H, N } { H } { 0 } { 1, 0, -1 } D1 X D t D1 (T) t D2 (0) (13 idéző) Munkatársaim: Ian Cameron (UQ, Australia), Lakner Rozália, Gerzson Miklós (E), Németh Erzsébet (SZTAKI, UQ, Australia)

12 MTA Műszaki Tudományok Osztálya 2009 p. 12/1 Alkalmazás komplex folyamatrendszerekben Intelligens diagnosztikai feladatok többléptékű modellezés diagnosztikai célra, folyamatábra által vezérelten FMEA és HAZO egyesítése meghibásodás-analízis (FMEA) és veszteségelemzés (HAZO) diagnosztikai felhasználása diagnosztikai következtetés az egyesített FMEA-HAZO-on operátori eljárások követésén alapuló diagnosztika <LESS><Feed to A> v in v out v TT out { e+, H, N } Australian Research Council által finanszírozott project Ipari partnerek: Blue Scope Steel (ort Kembla) és British etrol (Brisbane) Component VB TA Deviation <NO><Feed to TB (F2)> <NO><Feed to A (F1)> Description TB inflow control valve Bulk tank TA (1) (2) (3) (4) (5) (1) (2) (3) (4) (5) Failure mode Closed Opened Stuck Broken Leaked ossible causes <VB><is><closed> <VA><is><closed> <L><is><ruptured> <L><is><blocked> <NO><Feed to A> <TA><is><broken> <TA><is><leaked> <L1><is><leaked> <TA><is not><filled> <A><does not possess> <capability to pump> ossible causes mechanical fail closed operator closed mechanical fail opened operator opened maintenance failure corrosion corrosion vehicle damage operator damage corrosion Consequences * <NO><Feed to press> * <NO><Feed to VC> * <NO><Feed to press> * <NO><Feed to VA> Local <NO><Feed to TB> <MORE><Feed to TB> <LESS><Feed to TB> <NO><Feed to A> Effects { H } { 0 } { 1, 0, -1 } D1 X D System <NO><Feed to press> <MORE><Feed to press> <LESS><Feed to press> <NO><Feed to press> <LESS><Feed to press> t D1 (T) t D2 (0)

13 MTA Műszaki Tudományok Osztálya 2009 p. 13/1 Alkalmazás a aksi Atomerőműben C R GF A primer-szekunderköri (RISE) átfolyás detektáló biztonsági eljárás verifikációja: SZTAKI Rendszer és Irányításelméleti Kutató Laboratórium (Bokor J.) Feladat: Modell alapú formális verifikáció - DINAMIKUS MÉRLEGEGYENLETEKBŐL SZÁRMAZÓ SZÍNEZETT ETRI HÁLÓ MODELL - elérhetőségi analízis R In T1 INUT_1 ONDELAY #8 T1 INT 1 10 In INUT_2 T2 ULSE#3 aux1- t1 v v aux1 aux2 v NOT #4 T10 aux7 T11 ULSE#3 aux14- T2 INT T3 1 1 INT In aux3 aux14 INUT_3 T7 AND#5 aux8- aux8 aux11 T13 aux15 aux17 aux RISE RLO In INUT_4 In INUT_5 NOT #4 T3 T4 ULSE# aux4 3 T4 INT aux5 T8 OR#2 aux10- aux9 aux10 v t2 v v T12 aux12 NOT #4 NOT #4 T14 aux16 T15 aux18 SR1#6 aux11- AND_3#7 aux17- T16 SR1#6 aux19- t3 v v T17 AND#5 aux19 aux21 aux22- v aux22 T18 SR1#6 OUTUT_ aux23 Out OUTUT_1 Out In 1 1 OUTUT_ SGLFAIL 1500 time [sec] l_sg Khi_SGLFAIL ACTIVE GFINH SGLFAIL 1500 time [sec] l_sg Khi_SGLFAIL ACTIVE GFINH1 INUT_6 In INUT_7 In aux6 T5 OR#2 aux6- T9 ULSE#3 aux12- T5 INT GFINH1 ACTIVE GFINH1 ACTIVE INUT_8 T6 In OR#2 aux23- primer-szekunder nyomásszab. tartály biztonsági átfolyás (RISE) lyukadás (RLO) eljárás INUT_9

14 MTA Műszaki Tudományok Osztálya 2009 p. 14/1 Terveim V m g Na 1 IN g K 1 g K 2 g Ca 1 g Ca 2 g Ca 3 g L C E Na E K E K I. Kutatás és alkalmazások Fizikai alapú modellezés, nemlineáris folyamatrendszerek aksi Atomerőmű: teljes blokki dinamikus modell, supervisor szabályozó biokémiai és neuroendokrinologiai alkalmazások: a GnRH pulzus-generátor Diagnosztika diszkrét módszerekkel Operátori eljárások követésén alapuló diagnosztika, megvalósítás az ERC projektben Biztonsági eljárások modell alapú verifikációja (aksi Atomerőmű) Kvantum rendszerek állapot és paraméterbecslése II. E Villamosmérnöki és Információs Rendszerek Tanszék vezetése OUT E Ca E Ca E Ca E L