Self-tuning regulator design for adaptive control of aircraft wing/store flutter

"October, 1982."Bibliography: p. 1022-1023.Contract F33615-77OC-3096 NASA/Ames Grant NGL-22-009-124by Timothy L. Johnson, Charles A. Harvey, Gunter Stein

Process Control of Crushing Circuits

Kivenmurskaus on keskeinen osaprosessi kiviaineksen, metallien ja sementin tuotannossa. Murskaamalla tuotetut raaka-aineet muodostavat nykyaikaisen infrastruktuurimme perustan. Huolimatta merkittävästä roolistaan, kivenmurskaus on yksi harvoista teollisista prosesseista, jonka prosessinohjaus toteutetaan edelleen kokemusperäisesti, ilman luotettavaa mittaustietoa suoritettujen ohjaustoimien vaikutuksista. Nykykäytäntö altistaa murskausprosessit prosessivaihteluille ja –häiriöille, ja johtaa viime kädessä tehottomaan tuotantoon ja kapasiteetin vajaakäyttöön. Pääsyinä nykytilaan voidaan pitää murskausprosessien puutteellista anturointia ja tutkimustiedon puutetta korkeamman automaatioasteen tuomista hyödyistä. Tässä väitöskirjassa pyrittiin ratkaisemaan edellä mainittu ongelma automaattisen prosessinohjauksen avulla. Päätavoitteena oli kehittää säätömenetelmät murskauspiirin suorituskyvyn saattamiseksi lähelle parasta saavutettavissa olevaa tasoa. Tämä tutkimus perustuu mallipohjaiseen säädönsuunnittelumenetelmään. Systemaattinen suunnitteluprosessi alkoi säätötavoitteiden määrittelystä ja dynaamisten prosessimallien kehittämisestä. Kehitettyjen prosessimallien avulla luotiin säätötavoitteet täyttävä säätöstrategia ja viritettiin strategian vaatimat prosessisäätimet. Lopuksi simulointimallien avulla kehitetty ja testattu säätöstrategia implementoitiin osaksi laitoksen automaatiojärjestelmää ja sen suorituskyky arvioitiin täyden mittakaavan prosessikokeiden avulla. Tämä väitöskirja on osoittanut, että murskauspiirin tehokas ja tarkoituksenmukainen toiminta vaatii eri kahden säätötavan toteuttamista: massataseen säätö ja hienonnusmäärän säätö. Massatasesäädön tavoitteena on varmistaa 100 % käyttöaste murskauspiirin pullonkaulassa. Hienonnusmäärän säätö varmistaa halutun murskaimen tuotemateriaalin partikkelikokojakauman. Kehitetyt hienonnusmäärän säätömenetelmät perustuvat itseoptimoituvaan säätötapaan, joka mahdollistaa likimain optimaalisen suorituskyvyn käyttämällä säätimessä vakio-asetusarvoa. Kun tämä asetusarvo valitaan optimaalisesti, mahdollistaa esitelty ohjausstrategia parhaan saavutettavissa olevan murskauspiirin suorituskyvyn. Työn merkittävä tunnuspiirre on erityisen kattava empiria. Kehitetyt menetelmät testattiin kattavasti useissa erilaisissa tuotantoskenaarioissa ja prosessikonfiguraatioissa. Täyden mittakaavan prosessikokeiden tulokset vastasivat hyvin lähelle simulaatioilla saatuja tuloksia. Tämä väitöskirja on merkittävä edistysaskel murskausprosessien säädössä. Työn tuloksena kehitetyt mittaus- ja säätötavat mahdollistavat tehokkaamman ja tarkoituksenmukaisemman raaka-ainetuotannon. Työn tuloksilla voidaan olettaa olevan merkittävä vaikutus siihen, miten ja millä tavoin murskausprosesseja ohjataan tulevaisuudessa. Työssä kehitetyn murskauspiirin automaattisen säätöstrategian voidaan olettaa toimivan perustana tulevaisuuden murskausprosessien prosessiautomaatio-toteutuksille.Crushing is an essential high-volume processing stage in the production of aggregates, metals and cement. Crushed products form the basis of our modern infrastructure and therefore play a major role in the economic growth and welfare. Despite its significant role in society, crushing is one of the few remaining industrial processes that is currently being operated using belief-based manual control without the possibility to quantify the consequences of performed control actions. This practice makes crushing processes vulnerable to process variation and exposes them to inefficient production and capacity underutilization. The aim of this thesis is to address this deficiency by bridging the gap between theoretically possible and realized crushing circuit performance, by means of automatic process control. This thesis covers the entire model-based control system design procedure – from the formulation of control objectives and development of dynamic process model(s), through the development of control strategy, to the control system implementation and performance evaluation – for crushing circuits. Research has led to significant advances within crushing process measurement and control. Developed methods have been rigorously tested in various production scenarios and circuit flowsheets, using both dynamic simulations and full-scale experiments. Experiments revealed expected behavior with a significant increase in performance. The results have shown that the efficient operation of a crushing circuit requires addressing two control tasks: mass balance control and size reduction control. The objective of mass balance control is to guarantee 100 percent circuit utilization, whereas size reduction control ensures the desired degree of size reduction. The ideal degree of size reduction is determined empirically to maximize the value of the used KPI. The developed control strategy delivers near-maximum circuit performance. This thesis represents a major leap forward in the area of process control of crushing circuits. It has opened entirely new possibilities by making it possible to quantify the instantaneous performance of crushing circuits and by introducing the ability to ensure consistent and efficient long-term production. These major breakthroughs can have a significant impact on how crushing plants will be operated in the future. Developed standard control practice can be expected to serve as a basis for future control system implementations of industrial crushing circuits

Identification and self-tuning control of dynamic systems

Thesis (M.S.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Mechanical Engineering, 1995.Vita.Includes bibliographical references (leaves 103-111).by Ali Yurdun Orbak.M.S

Continuous-time self-tuning algorithms

This thesis proposes some new self-tuning algorithms. In contrast to the conventional discrete-time approach to self-tuning control, the continuous-time approach is used here, that is continuous-time design but digital implementation is used. The proposed underlying control methods are combined with a continuous-time version of the well-known discrete recursive least squares algorithms. The continuous-time estimation scheme is chosen to maintain the continuous-time nature of the algorithms. The first new algorithm proposed is emulator-based relay control (which has already been described in a paper by the author). The algorithm is based on the idea of constructing the switching surface by emulators; that is, unrealisable output derivatives are replaced by their emulated values. In particular, the relay is forced to operate in the sliding mode. In this case, it is shown that emulator-based control and its proposed relay version become equivalent in the sense that both give the same control law. The second new algorithm proposed is a continuous-time version of the discrete-time generalized predictive control (GPC) of Clarke et al (which has already been described in a paper by the author). The algorithm, continuous-time generalized predictive control (CGPC), is based on similar ideas to the GPC, however the formulation is very different. For example, the output prediction is accomplished by using the Taylor series expansion of the output and emulating the output derivatives involved. A detailed closed-loop analysis of this algorithm is also given. It is shown that the CGPC control law only changes the closed-loop pole locations leaving the open-loop zeros untouched (except one special case). It is also shown that LQ control can be considered in the CGPC framework. Further, the CGPC is extended to include some design polynomials so that the model-following and pole-placement control can be considered in the same framework. A third new algorithm, a relay version of the CGPC, is described. The method is based on the ideas of the emulator-based relay control and again it is shown that the CGPC and its relay version become equivalent when the relay operates in the sliding mode. Finally, the CGPC ideas are extended to the multivariable systems and the resulting closed-loop system is analysed in some detail. It is shown that some special choice of design parameters result in a decoupled closed-loop system for certain systems. In addition, it is shown that if the system is decouplable, it is possible to obtain model-following control. It is also shown that LQ control, as in the scalar case, can be considered in the same framework. An illustrative simulation study is also provided for all of the above methods throughout the thesis

Systems reliability issues for future aircraft

The reliability of adaptive controls for future aircraft are discussed. The research, formulation, and experimentation for improved aircraft performance are considered