Model predictive control for the Tennessee Eastman process
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2018-02-27
Department
Major/Subject
Chemical and process engineering
Mcode
CHEM3043
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
68 + 26
Series
Abstract
This thesis aims to design a multivariable Model Predictive Control (MPC) scheme for a complex industrial process. The focus of the thesis is on the implementation and testing of a linear MPC control strategy combined with fault detection and diagnosis methods. The studied control methodology is based on a linear time invariant state-space model and the quadratic programming optimization procedure. The control scheme is realized as a supervisory one, where the MPC is used to calculate the optimal set point trajectories for the lower level PI controllers, thus aiming to decrease the fluctuations in the end product flows. The Tennessee Eastman (TE) process is used as the testing environment. The TE process is a benchmark based on a real process modified for testing. It has five units, four reactants, an inert, two products and a byproduct. The control objective is to maintain the production rate and the product quality at the desired level. To achieve this, the MPC implemented in this thesis gives setpoints to three stabilizing PI control loops around the reactor and the product stripper. The performance of the designed control systems is evaluated by inducing process disturbances, setpoint changes, and faults for two operational regimes. The obtained results show the efficiency of the adopted approach in handling disturbances and flexibility in control of different operational regimes without the need of retuning. To suppress the effects caused by faults, an additional level that provides fault detection and controller reconfiguration should be developed as further research.Tämän diplomityön tavoite on suunnitella monimuuttujainen-malliprediktiivinen säädin (MPC) teolliselle prosessille. Diplomityö keskittyy toteuttamaan ja testaamaan lineaarisen MPC strategian, joka yhdistettynä vikojen havainnointiin ja tunnistukseen sekä uudelleen konfigurointiin voidaan laajentaa vikasietoiseksi. Tutkittu säätöstrategia perustuu lineaariseen ajan suhteen muuttumattomaan tilataso-malliin ja neliöllisen ohjelmoinnin optimointimenetelmään. Säätö on toteutettu nk. ylemmän tason järjestelmänä, eli MPC:tä käytetään laskemaan optimaaliset asetusarvot alemman säätötason PI säätimille, tavoitteena vähentää vaihtelua lopputuotteen virroissa. Tennessee Eastman (TE) prosessia käytetään testiympäristönä. TE on testiprosessi, joka perustuu todelliseen teollisuuden prosessiin ja jota on muokattu testauskäyttöön sopivaksi. Prosessissa on viisi yksikköä, neljä lähtöainetta, inertti, kaksi tuotetta ja yksi sivutuote. Säätötavoite on ylläpitää haluttu taso tuotannon määrässä ja laadussa. Tämän saavuttamiseksi tässä diplomityössä toteutettu MPC antaa asetusarvoja kolmelle stabiloivalle PI-säätimelle reaktorin ja stripperin hallinnassa. Säätösysteemin suorituskykyä arvioitiin aiheuttamalla prosessiin häiriöitä, asetusarvon muutoksia ja vikoja eri operatiivisissa olosuhteissa. Saavutetut tulokset osoittavat valitun menetelmän tehokkuuden häiriöiden käsittelyyn ja joustavaan säätöön eri olosuhteissa. Tutkimuksen jatkokehityksenä vikojen vaikutuksen vaimentamiseksi säätöön tulisi lisätä taso, joka havaitsee viat ja uudelleen konfiguroi säätimen sen mukaisesti.Description
Supervisor
Jämsä-Jounela, Sirkka-LiisaThesis advisor
Todorov, YanchoKettunen, Markus
Keywords
MPC, FTC, Tennessee Eastman, TE