Samopodešavajuće prediktivno funkcionalno upravljanje temperaturom egzotermičkog šaržnog reaktora

Abstract

In this paper we study a self-adaptive predictive functional control algorithm as an approach to control of temperature in an exothermic batch reactor. The batch reactor is situated in a pharmaceutical company in Slovenia and is used in the production of medicines. Due to mixed discrete and continuous inputs the reactor is considered as a hybrid system. The model of the reactor used for the simulation experiment is explained in the paper. Next, we assumed an exothermic chemical reaction that is carried out in the reactor core. The dynamics of the chemical reaction that comply with the Arrhenius relation have been well documented in the literature and are also summarized in the paper. Furthermore, the online recursive least-squares identification of the process parameters and the self-adaptive predictive functional control algorithm are thoroughly explained. We tested the proposed approach on the batch reactor simulation example that included the exothermic chemical reaction kinetic model. The results suggest that such implementation meets the control demands, despite the strongly exothermic nature of the chemical reaction. The reference is suitably tracked, which results in a shorter overall batchtime. In addition, there is no overshoot of the controlled variable (temperature in the reactor core), which yields a higher-quality production. Finally, by introducing a suitable discrete switching logic in order to deal with the hybrid nature of the batch reactor, we were able to reduce switching of the on/off valves to minimum and therefore relieve the wear-out of the actuators as well as reduce the energy consumption needed for control.U članku se analizira samopodešavajući algoritam prediktivnog funkcionalnog upravljanja kao pristup upravljanju temperaturom egzotermičkog šaržnog reaktora. Šaržni se reaktor nalazi u jednoj slovenskoj farmaceutskoj tvrtki gdje se koristi za proizvodnju medikamenata. Budući da su ulazi u rektor i kontinuirani i diskretni, reaktor je promatran kao hibridni sustav. U članku je opisan model reaktora korišten za simulacije. Nadalje, pretpostavljeno je da se u jezgri reaktora odvija egzotermička reakcija. Opis dinamike kemijske reakcije Arrheniusovim jednadžbama dobro je dokumentiran u literaturi, pa je u članku dan samo kratki pregled. Posebno detaljno opisana je metoda najmanjih kvadrata za procjenu parametara modela te samopodešavajući agoritam prediktivnog funkcionalnog upravljanja. Predloženi pristup upravljanju provjeren je simulacijom na šaržnom reaktoru koji uključuje kinetički model egzoterničke kemijske reakcije. Simulacijski rezultati ukazuju da predloženo upravljanje ispunjava tražene zahtjeve, unatoč jakoj egzotermičkoj naravi kemijske reakcije. Zadane su reference dobro praćene, što rezultira skraćenjem trajanja šaržnog procesa. Osim toga, nepostojanje nadvišenja u temperaturi jezgre reaktora osigurava veću kakvoću proizvodnje. Na koncu, uvođenjem prikladne logike prekapčanja za prilagodbu hibridnoj naravi šaržnog reaktora moguće je značajno smanjiti prekapčanje dvopoložajnih ventila što ima za posljedicu smanjenje njihova trošenja i uštedu u potrošnji energije

    Similar works