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.     arXiv

2019

  1. Ľ. ČirkaM. KalúzD. Dzurková – R. 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. Mojto – R. 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. Valo – M. 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. Valero – R. 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. Valero – R. 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. Valo – M. 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. Čirka – R. Valo – M. 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

2017

  1. Ľuboš Čirka
  2. Miroslav Fikar
  3. Filip Janeček
  4. Martin Jelemenský
  5. Martin Kalúz
  6. Martin Klaučo
  7. Alajos Mészáros
  8. Daniela Pakšiová
  9. Ayush Sharma
  10. Richard Valo
Facebook / Youtube

Facebook / Youtube

RSS