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Type: Dissertação
Title: Model predictive control of high-index DAE systems without index reduction
Other Titles: Controle preditivo de sistemas de EADS de índice superior sem redução de índice
Author(s)/Inventor(s): Lago, Charles Rajiv Cavalcante do
Advisor: Melo Junior, Príamo Albuquerque
Co-advisor: Souza Júnior, Maurício Bezerra de
Abstract: O controle de processos tem, em sua representação matemática tradicional, a descrição de processos por meio de equações diferenciais ordinárias, EDOs. Uma alternativa mais geral de representar os processos dinâmicos a serem simulados e controlados é através de sua modelagem por meio de equações algébricodiferenciais, EADs. O controle de processos é classicamente representado por controladores PIDs (Proporcional, Integral e Derivativo), tendo como camada superior o controle preditivo baseado em modelo matemático, ou apenas controle preditivo, MPC (Model Predictive Control). Há uma crescente atividade acadêmica no desenvolvimento do controle ótimo, uma abordagem de controle também baseada em modelo, na qual são utilizados algoritmos de otimização. O presente trabalho utiliza uma técnica de simulação computacional de sistemas de EADs, chamada inicialização direta, que consiste em inicializar o modelo a partir de uma condição estacionária e utilizar uma função de regularização para realizar a transição de uma condição à outra. Essa técnica foi utilizada para identi cação e controle de quatro processos descritos por EADs de índice superior. Os processos são descritos por EADs de índice 2 sendo o modelo benchmark de condensador utilizado por Pantelides, dois modelos de reatores, um isotérmico e outro não isotérmico, e um modelo de ash reativo adimensional. Os processos descritos por modelos foram identi cados para funções de transferência e controlados com um controlador MPC do tipo GPC (Generalized Predictive Control). Ficou evidenciado que a redução de índice pode levar a comportamentos incoerentes e os modelos identi cados lineares, baseados em função de transferência, representaram adequadamente o comportamento local de modelos EAD de ordem superior.
Abstract: Process control has in its traditional mathematical representation the process description by means of ordinary di erential equations, ODEs. A more general alternative for representing the dynamic process to be simulated and controlled is through its discription in di erential-algebraic equations, DAEs. The process control is classically represented by PID controllers (Proportional, Integral and Derivative) and having in the upper layer the model predictive control strategies, MPC. It presenting nowadays a growing research activity on the development of optimal control, a control technique also based on a model, in which optimization techniques are used. The present work employs a computational simulation technique for DAE systems, known as direct initialization, which consists of initializing the model from a stationary condition and using a regularization function to carry out the transition from one condition to the other. This approach was used to identify and control four processes described by high-index DAEs. The processes are described by index 2 DAEs being the benchmark model of a condenser used by Pantelides, two models of reactors, one isothermal and other non-isothermal, and a non-dimensional model of reactive ash drum. The processes described by models were identi ed to transfer functions and controlled with MPC controller of the GPC (Generalized Predictive Control) type. It was evidenced that the index reduction can lead to incoherent behaviors and the identi ed linear models, based on transfer function, adequately represented the local behavior of high-index DAE models.
Keywords: Differential-algebraic equations
Model predictive control
Process identification
Direct initialization
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Feb-2019
Publisher country: Brasil
Language: eng
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Engenharia Química

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