Optimization based control of chemical processes. Subproject 1: Efficient output feedback control of non-linear processes

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Frank Allgöwer
• Subject Area: Automation, Mechatronics, Control Systems, Intelligent Technical Systems, Robotics
• Term: from 2003 to 2006
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5402002

Die nichtlineare prädiktive Regelung, eine nichtlineare Erweiterung der sich in der Prozessindustrie im letzten Jahrzehnt als ein Standardregelungsverfahren etablierten linearen prädiktiven Regelung, ist ein optimierungsbasiertes Regelungsverfahren welches die explizite Verwendung von nichtlinearen Prozessmodellen und die Berücksichtigung von Beschränkungen erlaubt. Ständig steigende ökonomische und ökologische Anforderungen haben in den letzten Jahren zu einem wachsenden Interesse an der nichtlinearen prädiktiven Regelung geführt, da die direkte Verwendung nichtlinearer Modelle eine erhebliche Verbesserung der Prozessregelgüte erlaubt. Die meisten verfügbaren nichtlinearen prädiktiven Regelungsverfahren setzen die exakte Kenntnis des Systemzustandes voraus. In der Praxis sind häufig jedoch nicht alle Systemzustände direkt messbar. Ziel des beantragten Teilprojekts ist die Entwicklung neuer, praktisch einsetzbarer Methoden und Ansätze für die Ausgangsregelung verfahrenstechnischer Prozesse unter Verwendung nichtlinearer prädiktiver Regelungsverfahren. Hierbei soll die geeignete Kombination eines Zustandsbeobachters zur Rekonstruktion der nicht messbaren Zustände mit einem geeigneten prädiktiven Zustandsregler untersucht werden. Im Gegensatz zu existierenden Lösungen sollen der Beobachter und der prädiktive Zustandsregler jedoch so kombiniert und gewählt werden, dass eine Aussage über die zu erwartende Regelgüte möglich ist und Aussagen über den sich ergebenden Stabilitätsbereich des geschlossenen Kreises gemacht werden können. Um die praktische Anwendbarkeit der entwickelten Methoden zu ermöglichen, sollen spezielle numerische Lösungs- und Optimierungsverfahren entwickelt werden. Die sich durch die numerische Lösung ergebenden Beschränkungen, wie zum Beispiel die nicht zu vernachlässigende Lösungszeit sowie die auftretenden numerischen Unsicherheiten, sollen explizit in den theoretischen Untersuchungen berücksichtigt werden. Schon während der Entwicklung der Ausgangsregelungsverfahren ist eine exemplarische Anwendung auf die im Rahmen des Verbundantrages in der Gruppe Marquardt betrachtete Prozessführung einer Membranbelebungsanlage sowie der in der Gruppe Engell betrachtete optimierungsbasierte Regelung des VARICOL-Prozesses geplant, um die Anwendbarkeit sicherzustellen.

• DFG Programme: Research Grants