Model Identification and Predictive Control of a Laboratory Binary Distillation Column

Hasonló dokumentumok
UniSim Design. - steady state modelling - BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék Dr. Mizsey Péter, Dr. Benkő Tamás, Dr.


UniSim Design. Áttekintés. Modellépítés célja egy példa. Dinamikus üzemmodell OTS-hez. Kezelőfelület felugró ablakok

Rektifikáló oszlop szabályozása a kőolaj alkotó összetevőinek szétválasztására

Irányítási struktúrák összehasonlító vizsgálata. Tóth László Richárd. Pannon Egyetem Vegyészmérnöki és Anyagtudományok Doktori Iskola

Decision where Process Based OpRisk Management. made the difference. Norbert Kozma Head of Operational Risk Control. Erste Bank Hungary

Az Ipoly árvízi előrejelző rendszer

Szénhidrogén elegy rektifikálásának modellezése SZÉNHIDROGÉNIPARI TECHNOLÓGIA ÉS KATALÍZIS GYAKORLAT KUBOVICSNÉ STOCZ KLÁRA ( MOL.

Osztott ter rektifikáló kolonna modellezése és stacioner vizsgálata

Extraktív heteroazeotróp desztilláció: ökologikus elválasztási eljárás nemideális

Gyakorlat: Sztochasztikus idősor-elemzés alapfogalmai II. Egységgyök-folyamatok és tesztek. Dr. Dombi Ákos

Report on the main results of the surveillance under article 11 for annex II, IV and V species (Annex B)

Miskolci Egyetem Gazdaságtudományi Kar Üzleti Információgazdálkodási és Módszertani Intézet. Correlation & Linear. Petra Petrovics.

Minőségjavító kísérlettervezés

Szelepek és szelepmozgatók

FELADATKIÍRÁSOK (ÁRAMLÁSTAN TANSZÉK)

Szervizeszközök Service Equipments

Végeselem módszer 3. gyakorlat

M{ZD{ CX MME_CX-5_COVER_13R1_V2.indd 1 30/01/ :56

M{ZD{ CX MME_CX-5_COVER_12R1_V2.indd 1 30/01/ :27


Correlation & Linear Regression in SPSS

UniSim Design. Metanolgyártó üzem modellezése. Stelén Gábor

web log

Theses of the doctoral (PhD) dissertation. Extending the model set of stirred vessels. Attila Egedy MSc. in Chemical Engineering

A nagy teljesítõképességû vektorhajtások pontos paraméterszámításokat igényelnek

A HFGT folyamatműszerezése. Terepi eszközök távadók

Fizikai alapú közelítő dinamikus modellek

6 x 2,8 mm AGYAS LÁNCKEREKEK 04B - 1 DIN ISO/R 606. Osztás 6,0 Bels szélesség 2,8 Görg átmér 4,0

UniSim Design. Dinamikus modellezés. BME-KKFT Farkasné Szőke-Kis Anita Stelén Gábor

Ipari és mezõgazdasági gázfogyasztó készülékek

Supporting Information

rpát-medence Kincsei Egerben Eger, Csiha András rtő Debreceni Egyetem Műszaki M

Correlation & Linear Regression in SPSS

Felületszínek átvitele CRT monitorra és alkalmazása színtévesztés diagnosztizálására

Választási modellek 3

Manuscript Title: Identification of a thermostable fungal lytic polysaccharide monooxygenase and

Ph. D. ÉRTEKEZÉS TÉZISEI. Szanyi Ágnes

Report on the main results of the surveillance under article 11 for annex II, IV and V species (Annex B)

Szoftver-technológia II. Tervezési minták. Irodalom. Szoftver-technológia II.

WIFI smart alkalmazás. Kezelési útmutató.

The Measurement of The Three Components of The Cutting Force During The Turning Process

Kijelző...P.27 Kezdeti Lépések Statisztikai Számítások Kifejezések és Értéket Bevitele Haladó Tidp,ányos Számítások Beviteli Tartományok...P.

Eleveniszapos szennyvíztisztító rendszerek optimalizálása dinamikus szimuláció segítségével. Tézisek

Report on the main results of the surveillance under article 11 for annex II, IV and V species (Annex B)

Oldószer Gradiensek Vizsgálata Szimulált Mozgóréteges Preparatív Folyafékkromatográfiás Művelettel

Pénzügy, számvitel. Váradi Mónika

UC300-5LPT. USB CNC mozgásvezérlő MACH3 programhoz. Használati utasítás. Plugin verzió: V1.024

Implementation of water quality monitoring

Labor Strauss Sicherungsanlagenbau GmbH. Bécs, Austria

Summer of LabVIEW The Sunny Side of System Design

PhD thesis. Levente Kardos. Supervisor: Dr. Gyula Záray, professor, DSc

Effect of the different parameters to the surface roughness in freeform surface milling

Szabályozástechnika II.

Mérnök informatikus (BSc) alapszak levelező tagozat (BIL) / BSc in Engineering Information Technology (Part Time)

Reinforced Concrete Structures I. / Vasbetonszerkezetek I. II.

Számítógépvezérelt irányítás és szabályozás elmélete (Bevezetés a rendszer- és irányításelméletbe, Computer Controlled Systems) 8.

Bozóki Sándor. MTA SZTAKI, Budapesti Corvinus Egyetem. Vitaliy Tsyganok

Cisco Alkalmazásközpontú Application Centric Infrastructure

Indulás után a kontroller jelszót kér, a gyári adminisztrátori jelszó: 9999

Mechatronikai mérnöki alapképzési szak tanterve Érvényes a 2010/11. tanévtől

Autópálya forgalomszabályozás felhajtókorlátozás és változtatható sebességkorlátozás összehangolásával és fejlesztési lehetőségei

BFLEX 388. Ujjlenyomat azonosító munkaidı nyilvántartó és Beléptetı olvasó Felhasználói kézikönyv

A jövőbeli hatások vizsgálatához felhasznált klímamodell-adatok Climate model data used for future impact studies Szépszó Gabriella

Ipari hálózatok biztonságának speciális szempontjai és szabványai

BME-KKFT Folyamatok tervezése és irányítása. Dinamikus modellezés alapok Készítette: Stelén Gábor 2017

Report on the main results of the surveillance under article 11 for annex II, IV and V species (Annex B)

IES TM Evaluating Light Source Color Rendition

TDA-TAR ÉS O-TDA FOLYADÉKÁRAMOK ELEGYÍTHETŐSÉGÉNEK VIZSGÁLATA STUDY OF THE MIXABILITY OF TDA-TAR AND O-TDA LIQUID STREAMS

JÓVÁHAGYÁS. szervezet. Név Dr. Szakonyi Lajos KPI Oktatási Minisztérium

A BOMLÁSI FOLYAMATOK KÖVETKEZTÉBEN KIALAKULÓ HŐMÉRSÉKLET-ELOSZLÁS ÉS A HŐKINYERÉSI POTENCIÁL VIZSGÁLATA A GYÁLI KOMMUNÁLIS HULLADÉKLERAKÓBAN

Supplementary Table 1. Cystometric parameters in sham-operated wild type and Trpv4 -/- rats during saline infusion and

Ha ismert (A,b,c T ), akkor

A évi fizikai Nobel-díj

HM 80 UNIVERZÁLIS KEVERŐSZELEP VEZÉRLŐ ÁLTALÁNOS MŰSZAKI ADATOK TULAJDONSÁGOK TERMÉK LEÍRÁS ELEKTROMOS. RF kommunikáció

Oracle adatkezelési megoldások helye az EA világában. Előadó: Tar Zoltán

Report on the main results of the surveillance under article 11 for annex II, IV and V species (Annex B)

Hasznos és kártevő rovarok monitorozása innovatív szenzorokkal (LIFE13 ENV/HU/001092)

és Gazdaságtudományi Egyetem, Alkalmazott Biotechnológiai és Élelmiszer-tudományi Tanszék Network of Excellence

Orvosi eszközök gyártmányfejlesztése Aktív orvosi eszköz szoftver verifikálása, validálása (V&V) Dolgos Márton Budapest,

őszi kezdés ETF I. félév ősz II. félév tavasz III. félév ősz IV. félév tavasz ea gy k kr ea gy k kr ea gy k kr ea gy k kr Alapozó ismeretek

Rendszermodellezés: házi feladat bemutatás

Energia automatizálás

Waste-treatment plant construction work

Discussion of The Blessings of Multiple Causes by Wang and Blei

Fizikai kémiai és kolloidkémiai laboratóriumi gyakorlatok gyógyszerészhallgatók részére 2018/2019. tanév, II. félév. Név

Kevert vegyipari berendezések modellezési eszköztárának bővítése. Egedy Attila okleveles vegyészmérnök

Miskolci Egyetem Gazdaságtudományi Kar Üzleti Információgazdálkodási és Módszertani Intézet Nonparametric Tests

Elektrotechnika - Bemutatkozás

ICT ÉS BP RENDSZEREK HATÉKONY TELJESÍTMÉNY SZIMULÁCIÓJA DR. MUKA LÁSZLÓ

Contact us Toll free (800) fax (800)

OTKA nyilvántartási szám: T ZÁRÓJELENTÉS

KOGGM614 JÁRMŰIPARI KUTATÁS ÉS FEJLESZTÉS FOLYAMATA

Rövid szerelési útmutató , DA átdolgozás december. Rosemount 848T vezeték nélküli hőmérséklet-távadó

KN-CP50. MANUAL (p. 2) Digital compass. ANLEITUNG (s. 4) Digitaler Kompass. GEBRUIKSAANWIJZING (p. 10) Digitaal kompas

HAKKO Alkatrészlista. Hegytisztítás HAKKO599B Cleaning wire

Report on the main results of the surveillance under article 11 for annex II, IV and V species (Annex B)

HIDEGEN HENGERELT ALUMÍNIUM SZALAG LENCSÉSSÉGÉNEK VIZSGÁLATA INVESTIGATION OF CROWN OF COLD ROLLED ALUMINIUM STRIP

Performance Modeling of Intelligent Car Parking Systems

DG(SANCO)/ MR

Átírás:

Model Identification and Predictive Control of a Laboratory Binary Distillation Column Ján Drgoňa, Martin Klaučo, Richard Valo, Jakub Bendžala, and Miroslav Fikar Slovak University of Technology in Bratislava, Slovakia June 12, 2015 I AM Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 1 / 19

Motivation Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 2 / 19

Motivation Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 2 / 19

Distillation Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 3 / 19

Distillation Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 3 / 19

Distillation Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 3 / 19

Distillation Column Process Unit condenser reflux valve accumulator pre-heater feed waste valve reboiler Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 4 / 19

Distillation Column Process Unit condenser reflux valve accumulator pre-heater feed waste valve reboiler Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 4 / 19

Distillation Column Process Unit condenser reflux valve accumulator pre-heater feed waste valve reboiler Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 4 / 19

Distillation Column Process Unit condenser reflux valve accumulator pre-heater feed waste valve reboiler Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 4 / 19

Distillation Column Process Unit condenser reflux valve accumulator pre-heater feed waste valve reboiler Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 4 / 19

Distillation Column Process Unit condenser reflux valve accumulator pre-heater feed waste valve reboiler Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 4 / 19

Distillation Column Process Unit condenser reflux valve accumulator pre-heater feed waste valve reboiler Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 4 / 19

Distillation Column Process Unit condenser reflux valve accumulator pre-heater feed waste valve reboiler Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 4 / 19

Distillation Column Process Unit condenser reflux valve accumulator pre-heater feed waste valve reboiler Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 4 / 19

Distillation Column Process Unit condenser reflux valve accumulator pre-heater feed waste valve reboiler Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 4 / 19

Distillation Column Process Unit condenser reflux valve accumulator pre-heater feed waste valve reboiler Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 4 / 19

Distillation Column Control Aims Concentration via temperature control 100 90 T [ C] 80 70 60 y x 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 x, y [] Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 5 / 19

Distillation Column Control Aims Concentration via temperature control Challenges Hardware setup Nonlinearities Disturbances Plant-model mismatch Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 5 / 19

Distillation Column Control Aims Concentration via temperature control Challenges Tools Hardware setup Nonlinearities Disturbances Plant-model mismatch Model identification Model predictive control Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 5 / 19

Distillation Column Variables condenser reflux valve accumulator 1 Process variable: Temperature at top of the column pre-heater feed 2 Manipulated variable: Reflux ratio waste valve reboiler Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 6 / 19

Control Challenges Hardware condenser reflux valve accumulator 1 Oversized condenser 2 PWM signal pre-heater feed 3 Feed temperature control waste valve reboiler Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 7 / 19

Control Challenges Hardware condenser reflux valve accumulator 1 Oversized condenser 2 PWM signal pre-heater feed 3 Feed temperature control waste valve reboiler Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 7 / 19

Control Challenges Hardware condenser reflux valve accumulator 1 Oversized condenser 2 PWM signal pre-heater feed 3 Feed temperature control waste valve reboiler Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 7 / 19

Control Challenges Hardware condenser reflux valve accumulator 1 Oversized condenser 2 PWM signal pre-heater feed 3 Feed temperature control waste valve reboiler Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 7 / 19

Model Identification 100 1 2 Step changes Responses Reflux Ratio [%] 80 60 40 20 0 0 1000 2000 3000 4000 Time [s] 3 Identified model 84 x k+1 = Ax k + Bu k y k = Cx k T1 [ C] 79 74 69 64 0 1000 2000 3000 4000 Time [s] Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 8 / 19

Model Identification 100 1 2 Step changes Responses Reflux Ratio [%] 80 60 40 20 0 0 1000 2000 3000 4000 Time [s] 3 Identified model 84 x k+1 = Ax k + Bu k y k = Cx k T1 [ C] 79 74 69 64 0 1000 2000 3000 4000 Time [s] Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 8 / 19

Model Identification 100 1 2 Step changes Responses Reflux Ratio [%] 80 60 40 20 0 0 1000 2000 3000 4000 Time [s] 3 Identified model x k+1 = Ax k + Bu k y k = Cx k T1 [ C] 84 79 74 69 Measurement 64 0 1000 2000 3000 4000 Time [s] Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 8 / 19

Model Identification 100 1 2 Step changes Responses Reflux Ratio [%] 80 60 40 20 0 0 1000 2000 3000 4000 Time [s] 3 Identified model x k+1 = Ax k + Bu k y k = Cx k T1 [ C] 84 79 74 69 Measurement Identification 64 0 1000 2000 3000 4000 Time [s] Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 8 / 19

Common Assumption Design model is equal Plant Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 9 / 19

Reality Design model is equal Plant Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 10 / 19

Reality Plant-model mismatch Design model is equal Plant Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 10 / 19

Origins of Offset in Control 1 Plant-model mismatch 2 Unmeasured disturbances 3 Incomplete state information Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 11 / 19

Offset-free Control Tools 1 Disturbance modelling 2 Estimation of variables 3 Model predictive control Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 12 / 19

Disturbance Modelling Design model: x k+1 = Ax k + Bu k d k+1 = d k Luenberger observer: [ˆxˆd] [ ] ] A 0 = 0 I [ˆxˆd k+1 k [ ] [ˆx ] ŷ k = C I ˆd k y k = Cx k +d k + [ ] B u 0 k + L(y m,k ŷ k ) Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 13 / 19

Disturbance Modelling Augmented design model: x k+1 = Ax k + Bu k d k+1 = d k Luenberger observer: [ˆxˆd] [ ] ] A 0 = 0 I [ˆxˆd k+1 k [ ] [ˆx ] ŷ k = C I ˆd k y k = Cx k + d k + [ ] B u 0 k + L(y m,k ŷ k ) Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 13 / 19

Estimation of Variables Augmented design model: x k+1 = Ax k + Bu k d k+1 = d k Luenberger observer: [ˆxˆd] [ ] ] A 0 = 0 I [ˆxˆd k+1 k [ ] [ˆx ] ŷ k = C I ˆd k y k = Cx k + d k + [ ] B u 0 k + L(y m,k ŷ k ) Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 14 / 19

Model Predictive Control Reference tracking MPC: min N 1 k=0 ((y k+1 r) 2 + λ( u k ) 2) s.t. x k+1 = Ax k + Bu k k = 0,..., N 1 y k = Cx k + d 0 u k = u k u k 1 u min u k u max x 0 = ˆx(t) d 0 = ˆd(t) k = 0,..., N Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 15 / 19

Offset-free Control Tools 1 Disturbance modelling 2 Estimation of variables 3 Model predictive control Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 16 / 19

Control Scheme d r Distillation MPC u x Column Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 17 / 19

Control Scheme d r u Distillation y m MPC Column ˆx, ˆd Observer Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 17 / 19

Control Scheme d r u Distillation y m MPC Column ˆx, ˆd Observer Filter Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 17 / 19

Control Scheme d r u Distillation y m MPC PWM Column ˆx, ˆd Observer Filter Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 17 / 19

Experimental Results T s = 5 seconds, N = 50 samples, λ = 10 2 T1 [ C] Reflux Ratio [%] 67.5 67 66.5 66 65.5 65 64.5 100 80 60 40 20 0 0 100 200 300 400 500 600 700 0 100 200 300 400 500 600 700 Time [s] Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 18 / 19

Experimental Results T s = 5 seconds, N = 50 samples, λ = 10 2 T1 [ C] Reflux Ratio [%] 67.5 67 66.5 66 65.5 65 64.5 100 80 60 40 20 0 0 100 200 300 400 500 600 700 0 100 200 300 400 500 600 700 Time [s] Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 18 / 19

Experimental Results T s = 5 seconds, N = 50 samples, λ = 10 2 xd [-] Reflux Ratio [%] 1 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 100 80 60 40 20 0 0 100 200 300 400 500 600 700 0 100 200 300 400 500 600 700 Time [s] Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 18 / 19

Conclusions 1 Identification of laboratory distillation column 2 Disturbance modelling 3 State and disturbance estimation 4 Model predictive control design 5 Experimental verification of control on laboratory device Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 19 / 19

Conclusions 1 Identification of laboratory distillation column 2 Disturbance modelling 3 State and disturbance estimation 4 Model predictive control design 5 Experimental verification of control on laboratory device Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 19 / 19

Conclusions 1 Identification of laboratory distillation column 2 Disturbance modelling 3 State and disturbance estimation 4 Model predictive control design 5 Experimental verification of control on laboratory device Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 19 / 19

Conclusions 1 Identification of laboratory distillation column 2 Disturbance modelling 3 State and disturbance estimation 4 Model predictive control design 5 Experimental verification of control on laboratory device Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 19 / 19

Conclusions 1 Identification of laboratory distillation column 2 Disturbance modelling 3 State and disturbance estimation 4 Model predictive control design 5 Experimental verification of control on laboratory device Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 19 / 19

Conclusions 1 Identification of laboratory distillation column 2 Disturbance modelling 3 State and disturbance estimation 4 Model predictive control design 5 Experimental verification of control on laboratory device Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 19 / 19

Backup: Distillation Column Hardware Solution Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 19 / 19

Backup: Effect of Diturbances Feed Temp. [ C] Trays Temp. [ C] 76 74 72 100 95 90 85 80 75 70 65 60 0 100 200 300 400 500 600 700 Time [s] T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 0 100 200 300 400 500 600 700 Time [s] Ján Drgoňa (STU) Distillation Control June 12, 2015 19 / 19