Sufficient Conditions for Feasibility and Optimality of Real-Time Optimization Schemes - I. Theoretical Foundations

The idea of iterative process optimization based on collected output measurements, or "real-time optimization" (RTO), has gained much prominence in recent decades, with many RTO algorithms being proposed, researched, and developed. While the essential goal of these schemes is to drive the process to its true optimal conditions without violating any safety-critical, or "hard", constraints, no generalized, unified approach for guaranteeing this behavior exists. In this two-part paper, we propose an implementable set of conditions that can enforce these properties for any RTO algorithm. The first part of the work is dedicated to the theory behind the sufficient conditions for feasibility and optimality (SCFO), together with their basic implementation strategy. RTO algorithms enforcing the SCFO are shown to perform as desired in several numerical examples - allowing for feasible-side convergence to the plant optimum where algorithms not enforcing the conditions would fail.Comment: Working paper; supplementary material available at: http://infoscience.epfl.ch/record/18807

Sufficient Conditions for Feasibility and Optimality of Real-Time Optimization Schemes - II. Implementation Issues

The idea of iterative process optimization based on collected output measurements, or "real-time optimization" (RTO), has gained much prominence in recent decades, with many RTO algorithms being proposed, researched, and developed. While the essential goal of these schemes is to drive the process to its true optimal conditions without violating any safety-critical, or "hard", constraints, no generalized, unified approach for guaranteeing this behavior exists. In this two-part paper, we propose an implementable set of conditions that can enforce these properties for any RTO algorithm. This second part examines the practical side of the sufficient conditions for feasibility and optimality (SCFO) proposed in the first and focuses on how they may be enforced in real application, where much of the knowledge required for the conceptual SCFO is unavailable. Methods for improving convergence speed are also considered.Comment: 56 pages, 15 figure

Modifier adaptation for process optimization with uncertainty

La gestión óptima de procesos suele realizarse en la capa de control RTO, que basándose en modelos del proceso y métodos de optimización proporciona las directrices óptimas. Sin embargo, los modelos nunca reflejan fielmente la realidad por lo que el óptimo calculado puede no corresponder al óptimo del proceso. La metodología adaptación de modificadores utiliza medidas para estimar gradientes y calcular modificadores del problema de optimización para conducir el proceso a su punto óptimo de operación. Sin embargo, presenta limitaciones como la dimensión del problema con respecto al número de variables de decisión y restricciones que aumentan los modificadores necesarios ralentizando la convergencia. La tesis presenta una formulación para que el número de modificadores dependa únicamente del número de entradas del proceso. Otra es la necesidad de esperar al estacionario para actualizar los modificadores. La tesis propone el uso de medidas transitorias para estimar los gradientes sin esperar al estacionario.Departamento de Ingeniería de Sistemas y AutomáticaDoctorado en Ingeniería Industria

Modifier Adaptation for Real-Time Optimization - Methods and Applications

This paper presents an overview of the recent developments of modifier-adaptation schemes for real-time optimization of uncertain processes. These schemes have the ability to reach plant optimality upon convergence despite the presence of structural plant-model mismatch. Modifier Adaptation has its origins in the technique of Integrated System Optimization and Parameter Estimation, but differs in the definition of the modifiers and in the fact that no parameter estimation is required. This paper reviews the fundamentals of Modifier Adaptation and provides an overview of several variants and extensions. Furthermore, the paper discusses different methods for estimating the required gradients (or modifiers) from noisy measurements. We also give an overview of the application studies available in the literature. Finally, the paper briefly discusses open issues so as to promote future research in this area

Handling Uncertainties in Process Optimization

Esta tesis doctoral presenta el estudio de técnicas que permiten manejar las incertidumbres en la optimización de procesos, desde el punto de vista del comportamiento aleatorio de las variables y de los errores en los modelos utilizados en la optimización. Para el tratamiento de las variables inciertas, se presenta la aplicación de la Programación de dos Etapas y Optimización Probabilística a un proceso de hidrodesulfuración. Los resultados permiten asegurar factibilidad en la operación, independiente del valor que tome la variable aleatoria dentro de su distribución de probabilidad. Acerca del manejo de la incertidumbre derivada del conocimiento parcial del proceso, se ha estudiado el método de Optimización en Tiempo Real con adaptación de modificadores, proponiendo mejoras que permiten: (1) evitar infactibilidades en su evolución, (2) obtener el óptimo real del proceso sin necesidad de estimar sus gradientes y (3) identificar las limitaciones para su aplicación en sistemas dinámicos de horizonteDepartamento de Ingeniería de Sistemas y Automátic