Číslo projektu:
VEGA 1/0112/16
Názov projektu:
Riadenie energeticky náročných procesov s neurčitosťami v chemických technológiách a biotechnológiach
Typ projektu:
Výskumné projekty VEGA
Začiatok projektu:
01.01.2016
Koniec projektu:
31.12.2019
Zodpovedný riešiteľ:
Monika Bakošová
Riešitelia:
Slavomír Blažek, Ľuboš Čirka, Ján Drgoňa, Juraj Holaza, Deepak Ingole, Martin Kalúz, Michal Kvasnica, Alajos Mészáros, Juraj Oravec, Ayush Sharma, Bálint Takács, Richard Valo, Anna Vasičkaninová

Kľúčové slová: neurčitosť, modelovanie, robustné prediktívne riadenie, fuzzy systém, riadenie procesov, úspora energie

Anotácia

Vedecký projekt sa zameriava na vývoj pokročilých metód riadenia systémov s neurčitosťami so zameraním na energeticky náročné procesy v chemických a potravinárskych technológiách ako destilačné kolóny, chemické reaktory, biochemické reaktory, výmenníky tepla a ďalšie procesy. Jadro projektu tvorí rozpracovanie metód robustného prediktívneho riadenia a fuzzy robustného riadenia systémov s neurčitosťami s cieľom zabezpečiť riadenie procesov vedúce k úsporám energií v porovnaní s klasickými prístupmi. Pri návrhu algoritmov riadenia systémov s neurčitosťami sa bude prihliadať na výpočtovú efektívnosť a realizovateľnosť v praxi. Navrhnuté algoritmy riadenia, regulátory a riadiace štruktúry budú testované simulačne a v laboratórnych podmienkach a budú sa porovnávať z hľadiska spotreby energií pri riadení s klasickými prístupmi.

Ciele

Hlavným cieľom projektu je navrhnúť efektívne štruktúry a algoritmy riadenia, ktoré budú riešiť problémy súvisiace s výskytom neurčitostí a prítomnosťou obmedzení akčných a riadených veličín v procesoch predstavujúcich energeticky náročné uzly v chemických, biochemických a potravinárskych výrobách a ktorých implementácia povedie k úsporám energií v porovnaní s klasickými prístupmi.

Čiastkové ciele:
- tvorba matematických modelov s neurčitosťami rôzneho typu pre procesy v chemických a biochemických technológiách,
- tvorba fuzzy a neurofuzzy modelov pre procesy s neurčitosťami,
- rozšírenie knižnice matematických modelov chemických a biochemických procesov,
- simulačná analýza procesov z hľadiska ich energetickej náročnosti,
- vývoj metód robustného prediktívneho riadenia (RMPC) pre systémy s parametrickými neurčitosťami garantujúcich robustnú stabilitu a požadovanú kvalitu spätnoväzbového riadenia, ktoré zároveň znížia konzervativizmus a náročnosť výpočtu akčného zásahu s ohľadom na rôzne typy obmedzení vstupných a výstupných veličín,
- transformácia návrhu RMPC s rôznymi typmi obmedzení veličín do tvaru lineárnych maticových nerovností,
- návrh algoritmov RMPC znižujúcich výpočtovú náročnosť a výber vhodných metód a softvérových nástrojov na ich riešenie,
- vývoj metód RMPC s využitím fuzzy a neurofuzzy modelov riadených procesov s neurčitosťami,
- vývoj softvérového balíka pre návrh RMPC,
- rozpracovanie alternatívnych metód RMPC pre chemickotechnologické a biotechnologické procesy so zameraním na riadenie energeticky náročných procesov (výmenníky tepla, destilačné kolóny, chemické a biochemické reaktory, kryštalizátory),
- simulačné porovnanie navrhnutých prístupov RMPC s klasickými prístupmi a analýza spotreby energií (množstva ohrevných médií, množstva chladiacich médií) pri riadení vybraných procesov,
- experimentálne porovnanie (na laboratórnych procesoch) navrhnutých prístupov RMPC s klasickými prístupmi a porovnanie spotreby energií pri riadení procesov.

Publikácie

2020

  1. A. Vasičkaninová – M. Bakošová – J. Oravec: Fuzzy control of heat exchangers in series using complex control structures, V Advanced Analytic and Control Techniques for Thermal Systems with Heat Exchangers, Editor(i): Libor Pekař, Academic Press Elsevier, str. 287–306, 2020.

2019

  1. P. BakaráčM. Kvasnica: Approximate explicit robust model predictive control of a CSTR with fast reactions. Chemical papers, č. 3, zv. 73, str. 611–618, 2019.
  2. M. Bakošová – J. Oravec – A. Vasičkaninová – A. Mészáros – P. Valiauga: Advanced Control of a Biochemical Reactor for Yeast Fermentation. Chemical Engineering Transactions, zv. 81, str. 769–774, 2019.
  3. M. Bakošová – R. Trautenberger – J. Derco – J. Kavor – P. Valiauga – J. Oravec – A. Vasičkaninová: Modelling and Control of a Carrousel Type Biochemical Reactor. Editor(i): M. Fikar and M. Kvasnica, V Proceedings of the 22nd International Conference on Process Control, Slovak Chemical Library, Štrbské Pleso, Slovakia, 2019.
  4. Ľ. ČirkaM. KalúzD. DzurkováR. Valo: Educational Device Flexy2 in the Teaching of Experimental Identication. Editor(i): M. Fikar and M. Kvasnica, V Proceedings of the 22nd International Conference on Process Control, Slovak Chemical Library, Štrbské Pleso, Slovakia, str. 239–244, 2019.
  5. L. GalčíkováJ. Oravec – M. Bakošová: Advanced Robust MPC Design for Plate Heat Exchanger. Editor(i): M. Fikar and M. Kvasnica, V Proceedings of the 22nd International Conference on Process Control, Slovak Chemical Library, Štrbské Pleso, Slovakia, 2019.
  6. M. HorváthováJ. Oravec – M. Bakošová – M. Kvasnica: Robust Convex-lifting-based Control Using Approximated Feedback Control Law. Editor(i): M. Fikar and M. Kvasnica, V Proceedings of the 22nd International Conference on Process Control, Slovak Chemical Library, Štrbské Pleso, Slovakia, 2019.
  7. M. KalúzM. KlaučoĽ. ČirkaM. Fikar: Flexy2: A Portable Laboratory Device for Control Engineering Education. V 12th IFAC Symposium Advances in Control Education, str. 159–164, 2019.
  8. J. Kavor – M. Bakošová: Modelovanie a riadenie kaskády biochemických reaktorov pre odstraňovanie dusíkatých zlúčenín z odpadových vôd. Editor(i): Reháková, M., Oravec, J., V Chémia a technológie pre život, Slovenská chemická knižnica, Radlinského 9, Bratislava, str. 401–402, 2019.
  9. D. Križan – M. Bakošová: Modelovanie a riadenie kaskády biochemických reaktorov pre odstraňovanie organického znečistenia z odpadových vôd. Editor(i): Reháková, M., Oravec, J., V Chémia a technológie pre život, Slovenská chemická knižnica, Radlinského 9, Bratislava, str. 403–404, 2019.
  10. J. Oravec – M. Bakošová: MUP. 2019.
  11. J. Oravec – M. Bakošová: Zbierka príkladov z robustného riadenia, Vydavateľstvo FCHPT, FCHPT STU, Radlinského 9, 812 37 Bratislava, 2019.
  12. J. Oravec – M. Bakošová – L. Galčíková – M. Slávik – M. HorváthováA. Mészáros: Soft-constrained robust model predictive control of a plate heat exchanger: Experimental analysis. Energy, zv. 180, str. 303–314, 2019.
  13. J. OravecJ. HolazaM. Horváthová – N. A. Nguyen – M. Kvasnica – M. Bakošová: Convex-lifting-based robust control design using the tunable robust invariant sets. European Journal of Control, zv. 49, str. 44–52, 2019.
  14. A. Vasičkaninová – M. Bakošová – J. OravecA. Mészáros: Model Predictive Control of a Tubular Chemical Reactor. Editor(i): M. Fikar and M. Kvasnica, V Proceedings of the 22nd International Conference on Process Control, Slovak Chemical Library, Štrbské Pleso, Slovakia, str. 228–233, 2019.
  15. A. Vasičkaninová – M. Bakošová – J. OravecA. Mészáros: Control of Heat Exchangers Using Complex Control Structures with Neural Network Predictive Controllers. Chemical Engineering Transactions, zv. 81, str. 361–366, 2019.
  16. K. Wang – Y. Jiang – J. Oravec – M. Villanueva – B. Houska: Parallel Explicit Tube Model Predictive Control. V 58th IEEE Conference on Decision and Control, Nice, France, str. 7696–7701, 2019.

2018

  1. P. BakaráčM. Kvasnica: Fast nonlinear model predictive control of a chemical reactor: a random shooting approach. Acta Chimica Slovaca, č. 2, zv. 11, str. 175–181, 2018.
  2. J. Drgoňa – D. Picard – M. Kvasnica – L. Helsen: Approximate model predictive building control via machine learning. Applied Energy, zv. 218, str. 199–216, 2018.
  3. A. Mészáros – L. Horváth: Contextual Modeling of Engineering Structures Using Organized Content. V 16th International Symposium of Intelligent Systems and Informatics, zv. 16, str. 105–109, 2018.
  4. I. Mutlu – J. Oravec – F. Schrödel – R. Vosswinkel – M. Bakošová – M. T. Söylemez: Robust Model Predictive Control Based on Stabilizing Parameter Space Calculus. V European Control Conference 2018, Limassol, Cyprus, str. 206–212, 2018.
  5. J. Oravec – M. Bakošová – L. Hanulová: Experimental Investigation of Robust MPC Design with Integral Action for a Continuous Stirred Tank Reactor. V 57th IEEE Conference on Decision and Control, Miami, Florida, USA, zv. 57, str. 2611–2616, 2018.
  6. J. Oravec – M. Bakošová – L. Hanulová – A. Mészáros: Multivariable Robust Model Predictive Control of a Laboratory Chemical Reactor. Editor(i): Anton Friedl, Jiří J. Klemeš, Stefan Radl, Petar S. Varbanov, Thomas Wallek, V 28th European Symposium on Computer Aided Process Engineering, Elsevier, zv. 28, str. 961–966, 2018.
  7. J. Oravec – M. Bakošová – M. Trafczynski – A. Vasičkaninová – A. Mészáros – M. Markowski: Robust model predictive control and PID control of shell-and-tube heat exchangers. Energy, zv. 159, str. 1–10, 2018.
  8. J. Oravec – M. Bakošová – A. Vasičkaninová – A. Mészáros: Robust Model Predictive Control of a Plate Heat Exchanger. Chemical Engineering Transactions, zv. 81, str. 25–30, 2018.
  9. A. Vasičkaninová – M. Bakošová – Ľ. ČirkaM. KalúzJ. Oravec: Robust Controller Design for a Laboratory Heat Exchanger. Applied Thermal Engineering, zv. 128, str. 1297–1309, 2018.
  10. A. Vasičkaninová – M. Bakošová – J. OravecA. Mészáros: Gain - Scheduled Control of Counter - Current Shell - and - Tube Heat Exchangers in Series. Chemical Engineering Transactions, zv. 81, str. 1399–1404, 2018.

2017

  1. M. Bakošová – J. Oravec – A. Vasičkaninová – A. Mészáros: Neural-Network-Based and Robust Model-Based Predictive Control of a Tubular Heat Exchanger. Chemical Engineering Transactions, zv. 61, str. 301–306, 2017.
  2. J. Drgoňa – Z. Takáč – M. Horňák – R. ValoM. Kvasnica: Fuzzy Control of a Laboratory Binary Distillation Column. Editor(i): M. Fikar and M. Kvasnica, V Proceedings of the 21st International Conference on Process Control, Slovak Chemical Library, Štrbské Pleso, Slovakia, str. 120–125, 2017.
  3. J. Oravec – M. Bakošová – L. Hanulová – M. Horváthová: Design of Robust MPC with Integral Action for a Laboratory Continuous Stirred-Tank Reactor. Editor(i): M. Fikar and M. Kvasnica, V Proceedings of the 21st International Conference on Process Control, Slovak Chemical Library, Štrbské Pleso, Slovakia, str. 459–464, 2017.
  4. J. Oravec – M. Bakošová – D. Pakšiová – N. Mikušová – K. Batárová: Advanced Robust MPC Design of a Heat Exchanger: Modeling and Experiments. Editor(i): Antonio Espuña, Moisès Graells, Luis Puigjaner, V 27th European Symposium on Computer Aided Process Engineering, Elsevier, Barcelona, Spain, str. 1585–1590, 2017.
  5. J. Oravec – M. Bakošová – P. Valiauga: Advanced Process Control Design for a Distillation Column Using UniSim Design. Editor(i): M. Fikar and M. Kvasnica, V Proceedings of the 21st International Conference on Process Control, Slovak Chemical Library, Štrbské Pleso, Slovakia, str. 303–308, 2017.
  6. J. OravecM. Kvasnica – M. Bakošová: Quasi-Non-Symmetric Input and Output Constraints in LMI-based Robust MPC. V Preprints of the 20th IFAC World Congress, Toulouse, France, zv. 20, str. 11829–11834, 2017.
  7. J. Oravec – D. Pakšiová – M. Bakošová – M. Fikar: Soft-Constrained Alternative Robust MPC: Experimental Study. V Preprints of the 20th IFAC World Congress, Toulouse, France, zv. 20, str. 11877–11882, 2017.
  8. J. Oravec – M. Trafczynski – M. Bakošová – M. Markowski – A. Mészáros – K. Urbaniec: Robust Model Predictive Control of Heat Exchanger Network in the Presence of Fouling. Chemical Engineering Transactions, zv. 61, str. 334–342, 2017.
  9. A. Vasičkaninová – M. Bakošová – A. Mészáros: Control of a Biochemical Process Using Fuzzy Approach. Editor(i): M. Fikar and M. Kvasnica, V Proceedings of the 21st International Conference on Process Control, Slovak Chemical Library, Štrbské Pleso, Slovakia, str. 173–178, 2017.
  10. A. Vasičkaninová – M. Bakošová – J. OravecA. Mészáros: Neural Network Predictive Controller Design for Counter-Current Tubular Heat Exchangers in Series. Chemical Engineering Transactions, zv. 61, str. 121-126, 2017.

2016

  1. J. Oravec – M. Bakošová: Soft Constraints in the Robust MPC Design via LMIs. V American Control Conference, Boston, Massachusetts, USA, str. 3588–3593, 2016.
  2. J. Oravec – M. Bakošová – A. Mészáros: Robust Model Predictive Control of Heat Exchangers in Series. Chemical Engineering Transactions, zv. 52, str. 253–258, 2016.
  3. J. Oravec – M. Bakošová – A. Mészáros – N. Míková: Experimental Investigation of Alternative Robust Model Predictive Control of a Heat Exchanger. Applied Thermal Engineering, zv. 105, str. 774–782, 2016.
  4. J. OravecM. KalúzP. Bakaráč – M. Bakošová: Improvements of Educational Process of Automation and Optimization Using 2D Plotter. V Preprints of the 11th IFAC Symposium on Advances in Control Education, zv. 11, str. 16–21, 2016.
  5. D. Picard – J. Drgoňa – L. Helsen – M. Kvasnica: Impact of the controller model complexity on MPC performance evaluation for building climate control. V The European Conference on Computational Optimization, Leuven, Belgium, zv. 4, 2016.
  6. A. Vasičkaninová – M. Bakošová: Robust Controller Design for a Heat Exchanger using H2, H∞, H2/H∞, and μ-Synthesis Approaches. Acta Chimica Slovaca, č. 2, zv. 10, str. 184–193, 2016.
  7. A. Vasičkaninová – M. Bakošová – Ľ. ČirkaM. Kalúz: Robust Controller Design for a Heat Exchanger. Chemical Engineering Transactions, zv. 52, str. 247–252, 2016.
  8. A. Vasičkaninová – M. Bakošová – A. Mészáros: Fuzzy Control of a Distillation Column. Editor(i): Zdravko Kravanja, Miloš Bogataj, V 26th European Symposium on Computer Aided Process Engineering, Elsevier B.V, Portorož, Slovenia, č. 38, zv. 26, str. 1299–1304, 2016.

Riešitelia

Facebook / Youtube

Facebook / Youtube

RSS