Vis enkel innførsel

dc.contributor.advisorJäschke, Johannes
dc.contributor.advisorDudek, Marcin
dc.contributor.authorLandbø, Hege
dc.date.accessioned2021-09-28T18:24:34Z
dc.date.available2021-09-28T18:24:34Z
dc.date.issued2021
dc.identifierno.ntnu:inspera:82941058:18817280
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11250/2785386
dc.descriptionFull text not available
dc.description.abstractMikroreaktor-teknologi har sett en sterk økning i popularitet innenfor akademisk og industriell forskning de siste tiårene. De små dimensjonene introduserer mange fordeler og muligheter. Parallelt med økningen i antall applikasjoner av mikroreaktorer, har også behovet for passende regulerings-systemer for streng kontroll av prosess-parametre økt. Ettersom mikroreaktorer ofte er komplekse multivariable systemer, vil regulatorer ofte møte på utfordringer relatert til stekre interaksjoner mellom prosess-variablene, og behovet for rask of nøyaktig kontroll av parametrene. Denne oppgaven har som mål å implementere tre ulike regulatorer for reguleringen av konsentrasjon og strømningen av væske i en mikroreaktor. De tre regulator-strukturene er PI-regulator, PI-regulator med dekobling og modell-basert prediktiv regulering (MPC). Dette blir gjort med det formål å sammenlikne deres ytelse, og evaluere hvilken av de tre strukturene som er best egnet for denne typen mikroreaktor. Mikroreaktoren aktuell for denne oppgaven bestod av to sprøytepumper, en som inneholdt fargeløsning og en med vann, tilkoblet mikrorør. Rørene ble igjen sammenkoblet i et T-formet kontaktpunkt til ett felles utgangsrør. Et spektrofotometer ble brukt til å måle konsentrasjonen i utstrømningen, og den totale strømningen ble satt til å være summen av strømningen av fargeløsning og vann inn i systemet. Disse ble antatt å være perfekt regulert av pumpene selv. De tre regulatorene ble sammenliknet ved å gjøre stegvise endringer i setpunktet til både den totale strømningen og konsentrasjonen, og evaluere ytelsen relatert til hvordan hver regulator følger setpunktet. Både PI-regulatoren med dekobling og MPC'en, overgikk PI-regulatoren med lavere integral av absolutt error (IAE) og gjennomsnittlig absolutt error (MAE), i tillegg til å bruke mindre til å nå "steady state". Den dekoblede PI-regulatoren klarte å redusere interaksjonene i systemet, og var relativt enkel å implementere. MPC'en var litt mer tidkrevende å tune, men var også mer eller mindre upåvirket av interaksjonene. For dette systemet ble det konkludert med at PI-regulatoren med dekobling var best egnet ettersom den var enklere å tune implementere enn MPC, og viste gode resultater i form av å følge det bestemte setpunktet. Det burde allikevel nevnes at for mer komplekse systemer kan likningene for dekobling bli kompliserte, og man bør derfor ikke forkaste MPC i de videre evalueringene av kontrollstrukturer for mikroreaktorer.
dc.description.abstractMicroreaction technology has become an increasingly popular field within academic and industrial research. The small dimensions in which processes are performed, introduces many advantages and possibilities. Along with the increased number of applications of microreactors, the need for appropriate control systems to strictly regulate the process parameters, have grown. As microreactors are often complex multivariable systems, a controller will often face challenges related to strong interactions, and the need for fast and accurate control. This thesis aims to implement three different control structures for the control of concentration and flow of a continuous flow microreactor. The three control structures are decentralized PI-control, decoupled PI-control and model predictive control (MPC). This is done for the purpose of comparing their performance, and evaluating which of the three is best suited for this type of system. The microreactor system studied in this work consisted of two syringe pumps, one with dye and one with water, connected to micro-tubes. The tubes were then connected in a mixing tee to one outflow. A spectrophotometer was used to measure the concentration of the outflow, while the total flow was set to be the sum of the two input flows, which were assumed to be perfectly regulated by the pumps. The three controllers were compared by performing steps in the setpoint of both the total outflow and the concentration, and then evaluating the performance in terms of setpoint tracking of each controller. Both the PI-controller with decoupling, and the MPC, outperformed the decentralized PI-controller with lower integral of absolute error (IAE) and mean absolute error (MAE), and lower settling times. The decoupled PI-controller was able to reduce the interactions in the system, and was relatively easy to implement. The MPC was a bit more tedious to tune, but was also more or less unaffected by the interactions. For this system, the decoupled PI-controller was found to be the best fit, as it was more easily tuned and implemented, and gave good results in terms of setpoint tracking. However, it should be noted that for more complex systems, the decoupling equations may become more complicated, and one should therefore not discard MPC in further evaluations of control structures for microreactor systems.
dc.languageeng
dc.publisherNTNU
dc.titleControl of a Continuous Flow Microreactor: Comparison of Decentralized PI-control, PI-control With Decoupling, and MPC
dc.typeMaster thesis


Tilhørende fil(er)

FilerStørrelseFormatVis

Denne innførselen finnes i følgende samling(er)

Vis enkel innførsel