Číslo projektu:
VEGA 1/0004/17
Názov projektu:
Energeticky efektívne procesné riadenie
Grantová schéma:
VEGA
Typ projektu:
Výskumné projekty VEGA
Začiatok projektu:
01.01.2017
Koniec projektu:
31.12.2020
Zodpovedný riešiteľ:
Miroslav Fikar
Zástupca zodpovedného riešiteľa:
Alajos Mészáros
Riešitelia:
Ľuboš Čirka, Filip Janeček, Martin Jelemenský, Martin Kalúz, Martin Klaučo, Martin Mojto, Daniela Pakšiová, Radoslav Paulen, Ayush Sharma, Carlos E. Valero, Petra Valiauga, Richard Valo

Ciele projektu:

Hlavným vedeckým cieľom projektu je návrh riadenia procesov v chemických a potravinárskych technológiách, pričom sa bude klásť dôraz na efektívnosť a optimalitu z energetického hľadiska. Zameriame sa na dva typy procesov: procesy membránovej filtrácie a procesy prestupu tepla. V prípade membránových procesov sa budeme venovať teoretickým a praktickým otázkam redukcie spotreby energie a návrhu optimálneho režimu. V procesoch prestupu tepla sa zameriame systémy viacerých výmenníkov tepla a energeticky optimálne riadenie rektifikačných kolón.

Z teoretického hľadiska budeme využívať najmä techniky optimálneho a prediktívneho riadenia, ako aj samo-optimalizujúce sa štruktúry riadenia umožňujúce riadiť procesy v blízkosti optimálneho režimu bez využitia výpočtovo náročných optimalizačných techník. Cieľom projektu bude navrhnutie takých postupov, ktoré budú využiteľné pre minimalizáciu energie v ustálených režimoch pre kontinuálne pracujúce procesy ako aj v neustálených režimoch pre vsádzkové procesy.

Získané výsledky budú publikované na významných vedeckých konferenciách a v časopisoch s vysokým impakt faktorom. Tiež budú implementované v softvérových balíkoch s otvoreným kódom a sprístupnené na Internete.

Kľúčové slová:

procesné riadenie, redukcia spotreby energie, optimálny režim operácie

Anotácia:

Vedecký projekt sa zameriava na návrh riadenia procesov v chemických a potravinárskych technológiách, pričom sa bude klásť dôraz na efektívnosť a optimalitu z energetického hľadiska. Zameriame sa na dva typy procesov: procesy membránovej filtrácie a procesy prestupu tepla. V prípade membránových procesov sa budeme venovať teoretickým a praktickým otázkam redukcie spotreby energie a návrhu optimálneho režimu. V procesoch prestupu tepla sa zameriame systémy viacerých výmenníkov tepla a energeticky optimálne riadenie rektifikačných kolón. Navrhnuté algoritmy riadenia, regulátory a riadiace štruktúry budú testované simulačne a v laboratórnych podmienkach.

Záverečné hodnotenie komisiou VEGA:

Projekt dosiahol významný výsledok: UURPaVV - Úspešné ukončenie riešenia projektu a dosiahnutie vynikajúcich výsledkov.

Záverečné textové hodnotenie: Ciele projektu boli splnené. V teoretickej oblasti najvýznamnejšie výsledky boli dosiahnuté v oblasti návrhu optimálneho riadenia membránových procesov a v oblasti optimálneho riadenia s intervalovou aritmetikou vhodného pre neurčité procesy. V aplikačnej oblasti medzi významné výsledky patria riadenie membránových procesov a vzdialené riadenie procesov. Bol inovovaný balík DYNOPT pre optimálne riadenie s využitím systému MATLAB. Výsledky boli publikované v kvalitných časopisoch (kvartil Q1 a Q2 podľa JCR/WoS) a na popredných medzinárodných konferenciách. Jeden z článkov už má 14 citácií (bez autocitácií). Viaceré výsledky boli dosiahnuté v spolupráci s firmou Slovnaft a.s. a aplikované v reálnych podmienkach. Finančné prostriedky boli čerpané účelne, v súlade s riešením projektu.

Publikácie

2020

  1. M. KalúzĽ. ČirkaM. Fikar: ELab: A Lightweight SCADA System for Control Engineering Research and Education. Editor(i): Rolf Findeisen, Sandra Hirche, Klaus Janschek, Martin Mönnigmann, V Preprints of the 21st IFAC World Congress (Virtual), Berlin, Germany, July 12-17, 2020, zv. 21, str. 17469–17474, 2020.
  2. Z. Kovacs – J. Števek – M. Fikar – P. Czermak: Kinetic behavior of soluble Pectinex Ultra SP-L converting sucrose into fructo-oligosaccharides in batch and continuous fashion. Progress in Agricultural Engineering Sciences, č. 1, zv. 16, str. 81–97, 2020.
  3. M. Mojto – K. Ľubušký – M. FikarR. Paulen: Advanced Process Control of an Industrial Depropanizer Column using Data-based Inferential Sensors. Editor(i): Sauro Pierucci, Flavio Manenti, Giulia Luisa Bozzano, Davide Manca, V 30th European Symposium on Computer Aided Process Engineering, Elsevier, zv. 30, str. 1213–1218, 2020.
  4. R. Paulen – L. Gomoescu – B. Chachuat: Nested Sampling Approach to Set-membership Estimation. Editor(i): Rolf Findeisen, Sandra Hirche, Klaus Janschek, Martin Mönnigmann, V Preprints of the 21st IFAC World Congress (Virtual), Berlin, Germany, July 12-17, 2020, zv. 21, str. 7318–7323, 2020.

2019

  1. 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.
  2. M. Fikar: Optimal Control of Membrane Processes. V Process Systems Engineering (PSE) Asia, Chulalongkorn Unviersity, Bangkok, Thajsko, str. 6–6, 2019.
  3. A. R. Gottu Mukkula – R. Paulen: Optimal experiment design in nonlinear parameter estimation with exact confidence regions. Journal of Process Control, zv. 83, str. 187–195, 2019.
  4. 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.
  5. M. Mojto – K. Ľubušký – M. FikarR. Paulen: Design of Data-based Inferential Sensors for Industrial Depropanizer Column. Editor(i): G. Léonard and F. Logist, V Computer Aided Process Engineering, CAPE Forum, str. 12–13, 2019.
  6. M. Mojto – K. Ľubušký – R. PaulenM. Fikar: Advanced Process Control of a Depropanizer Column. 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. MojtoR. Paulen – K. Ľubušký – M. Fikar: Modelling and Analysis of Control Pairings of an Industrial Depropanizer Column. V Advanced Process Modelling Forum 26-27 March 2019, str. 5–6, 2019.
  8. R. PaulenM. Fikar: Dynamic real-time optimization of batch processes using Pontryagin’s minimum principle and set-membership adaptation. Computers & Chemical Engineering, zv. 128, str. 488–495, 2019.
  9. R. PaulenM. Fikar: Dual-Control-Based Approach to Batch Process Operation under Uncertainty Based on Optimality-Conditions Parametrization. Industrial & Engineering Chemistry Research, č. 30, zv. 58, str. 13508–13516, 2019.
  10. A. Sharma – R. ValoM. KalúzR. PaulenM. Fikar: Implementation of optimal strategy to economically improve batch membrane separation. Journal of Process Control, zv. 76, str. 155–164, 2019.
  11. C. E. ValeroR. Paulen: Set-Theoretic State Estimation for Multi-output Systems using Block and Sequential Approaches. Editor(i): M. Fikar and M. Kvasnica, V Proceedings of the 22nd International Conference on Process Control, Slovak Chemical Library, Štrbské Pleso, Slovakia, str. 268–273, 2019.
  12. C. E. ValeroR. Paulen: Effective Recursive Set-membership State Estimation for Robust Linear MPC. V 12th IFAC Symposium on Dynamics and Control of Process Systems, including Biosystems DYCOPS 2019, Elsevier, str. 486–491, 2019.
  13. P. Valiauga – R. Paulen: Moving-horizon Guaranteed Parameter Estimation: Influence of the Measurement Error. Editor(i): M. Fikar and M. Kvasnica, V Proceedings of the 22nd International Conference on Process Control, Slovak Chemical Library, Štrbské Pleso, Slovakia, str. 256–261, 2019.
  14. P. Valiauga – R. Paulen: Moving-horizon Guaranteed Parameter Estimation. V 12th IFAC Symposium on Dynamics and Control of Process Systems, including Biosystems DYCOPS 2019, Elsevier, str. 112–117, 2019.

2018

  1. P. BakaráčM. KlaučoM. Fikar: Comparison of Inverted Pendulum Stabilization with PID, LQ, and MPC Control. Editor(i): J. Cigánek, Š. Kozák, A. Kozáková, V 2018 Cybernetics & Informatics (K&I), Slovak Chemical Library, Bratislava, Lazy pod Makytou, Slovakia, zv. 29, 2018.
  2. M. KalúzĽ. ČirkaM. Fikar: Flexy: An Open-source Device for Control Education. Editor(i): Cardoso, A., V 13th APCA International Conference on Automatic Control and Soft Computing, Nova Gráfica, Univesrity of the Azores, Ponta Delgada, Portugal, str. 37–42, 2018.
  3. R. PaulenM. Fikar: Dual robust control of batch processes based on optimality-conditions parameterization. V Preprints, 10th IFAC International Symposium on Advanced Control of Chemical Processes Shenyang, Liaoning, China, July 25-27, 2018, Elsevier, str. 768–773, 2018.
  4. R. Paulen – A. Sharma – M. Fikar: Dynamic Real-time Optimization of Batch Membrane Processes using Pontryagin’s Minimum Principle. 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. 1045–1050, 2018.
  5. U. Sharma – S. Thangavel – A. R. Gottu Mukkula – R. Paulen: Effective Recursive Parallelotopic Bounding for Robust Output-Feedback Control. V 18th IFAC Symposium on System Identification, IFAC, str. 1032–1035, 2018.
  6. A. Sharma – R. ValoM. KalúzR. PaulenM. Fikar: Experimental validation and comparison of time-optimal and industrial strategy for membrane separation process. V Preprints of the 9th Vienna International Conference on Mathematical Modelling, Vienna, Austria, February 21-23, 2018, str. 869–874, 2018.
  7. S. Thangavel – S. Lucia – R. Paulen – S. Engell: Dual robust nonlinear model predictive control: A multi-stage approach. Journal of Process Control, zv. 72, str. 39–51, 2018.

2017

  1. Ľ. ČirkaM. Kalúz: A Web-based Tool for Design of Simulink Models. Editor(i): M. Fikar and M. Kvasnica, V Proceedings of the 21st International Conference on Process Control, Slovak Chemical Library, Štrbské Pleso, Slovakia, str. 92–97, 2017.
  2. M. Fikar: Optimálne riadenie vsádzkových membránových procesov. Editor(i): Zdeněk Palatý, V Membránové procesy pro udržitelný rozvoj, Česká membránová platforma, z.s, 2017.
  3. M. Jelemenský – R. PaulenM. Fikar: Time-optimal Batch Diafiltration under Fouling and Limiting Flux Conditions. V 10th World Congress of Chemical Engineering, zv. 10, 2017.
  4. M. KalúzĽ. ČirkaR. ValoM. Fikar: Lab of Things: A Network-Based I/O Services for Laboratory Experimentation. V Preprints of the 20th IFAC World Congress, Toulouse, France, zv. 20, str. 14028–14033, 2017.
  5. A. Sharma – M. Jelemenský – R. PaulenM. Fikar: Optimal Operation of Nanofilter Based Diafiltration Processes Using Experimental Permeation Models. Editor(i): M. Fikar and M. Kvasnica, V Proceedings of the 21st International Conference on Process Control, Slovak Chemical Library, Štrbské Pleso, Slovakia, str. 185–190, 2017.
  6. A. Sharma – M. Jelemenský – R. PaulenM. Fikar: Modeling and optimal operation of batch closed-loop diafiltration processes. Chemical Engineering Research and Design, zv. 122, str. 198–210, 2017.

Riešitelia

Facebook / Youtube

Facebook / Youtube

RSS