Robust model based control of openloop unstable processes

Abstract

يتناول هذا البحث تطوير طرق لتقدير الاضطرابات غير المحسوبة وكذلك أخطاء النمذجة لاستخدامها في عمليات التنبؤ ضمن خوارزمية التحكم التنبؤي المبني على النمذجة الرياضية وعلى التحديد يتناول البحث تطوير طريقة خاصة بالتحكم المبني على النماذج الرياضية الخطية وأخرى خاصة بالتحكم المبني على النماذج الرياضية غير الخطية والهدف من استخدام تلك الطرق هو تحسين أداء التحكم التنبؤي عند تطبيقه على عمليات كيميائية تصنيعية غير مستقرة وتحت تأثير أخطاء نمذجية أو اضطرابات غير متوقعة اعتمدت الطريقة في حالة النماذج غير الخطية على تقدير الاضطرابات عن طريق حل مسألة محاكاة متواصلة محدودة الحجم أما في حالة النماذج الخطية فاعتمدت الطريقة على استخدام نموذج رياضي مفترض للاضطرابات يتم إعداد وتكوين معاملات النموذج المفترض من المعلومات المستنبطة مباشرة من العمليات التصهيعية وقد تم اختبار كفاءة الطرق المقترحة بتطبيقها عن طريق المحاكاة على مفاعل المهد المميع ذي ديناميكية غير مستقرة أبرزت نتائج المحاكاة قدرة الطرق المقترحة على تحقيق استقرارية النظام وبالتالي تحسين أداء التحكم التنبؤي

This paper addresses the development of new formulations for estimating modeling errors or unmeasured disturbances to be used in Model Predictive Control (MPC) algorithms during openloop prediction Two different formulations were developed in this paper One is used in MPC that directly utilizes linear models and the other in MPC that utilizes nonlinear models These estimation techniques were utilized to provide robust performance for MPC algorithms when the plant is openloop unstable and under the influence of modeling error and or unmeasured disturbances For MPC that utilizes a nonlinear model the estimation technique is formulated as a fixed small size online optimization problem while for linear MPC the unmeasured disturbances are estimated via a proposed linear disturbance model The disturbance model coefficients are identified online from historical estimates of plantmodel mismatch The effectiveness of incorporating these proposed estimation techniques into MPC is tested through simulated implementation on nonlinear unstable exothermic fluidized bed reactor Closedloop simulations proved the capability of the proposed estimation methods to stabilize and thereby improve the MPC performance in such cases