title: Εφαρμογή του προβλεπτικού ελέγχου σε προβλήματα ανάρτησης οχήματος και λειτουργίας αντιδραστήρα CSTR

title: Application of model predictive control in problems related to car suspension and CSTR reactor operation
Creators: name: Ευαγγελατου Αγγελικη-Μαρια
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2024

description: Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας, είναι η εισαγωγή στην έννοια του Προβλεπτικού Ελέγχου βάσει μοντέλου διεργασίας. Πρόκειται για ένα είδος προηγμένου ελέγχου, που στοχεύει στην εύρεση της βέλτιστης αλληλουχίας μελλοντικών δράσεων ελέγχου, βασιζόμενο στην προσομοίωση της συμπεριφοράς του συστήματος και στα πραγματικά δεδομένα της διεργασίας. Αρχικά, παρουσιάζονται τα βασικά σημεία της θεωρίας του, όπως η στρατηγική που ακολουθείται, το πρόβλημα βελτιστοποίησης που επιλύεται και οι σχεδιαστικοί παράμετροι ενός προβλεπτικού ελεγκτή. Έπειτα, παρατίθενται δυο παραδείγματα εφαρμογής του σε περιβάλλον Matlab (προσομοιώσεις), καθώς και οι αναλυτικές οδηγίες για την υλοποίηση και αξιολόγηση τους. Το πρώτο παράδειγμα αφορά το μοντέλο λειτουργίας αντιδραστήρα CSTR, ενώ το δεύτερο αφορά το μοντέλο ανάρτησης οχήματος. Οι προσομοιώσεις που περιγράφονται παρακάτω δείχνουν τη συμπεριφορά των δύο συστημάτων με αλλαγές διάφορων παραμέτρων όπως τον ορίζοντα του ελεγκτή, τους περιορισμούς, τα βάρη του ελεγκτή και τις διαταραχές. Με αυτό τον τρόπο, σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η βελτίωση της απόδοση του ελεγκτή και η γρήγορη και αποτελεσματική εξάλειψη των διαταραχών. Συγκεκριμένα για την πρώτη εφαρμογή εφαρμόζεται ένας περιορισμός και η επιθυμητή τιμή της θερμοκρασίας ψυκτικού, δηλαδή η να έχει περιορισμένο εύρος βαθμών Kelvin σε σχέση με την ονομαστική του τιμή και περιορισμένο ρυθμό μεταβολής βαθμών Kelvin ανά δευτερόλεπτο. Επίσης η διαταραχή που εφαρμόζεται σε αυτή την εφαρμογή είναι η αύξηση της συγκέντρωσης τροφοδοσίας, την οποία εξαλείφει αρκετά γρήγορα. Για την δεύτερη εφαρμογή εφαρμόζεται η επιθυμητή τιμή της διαφοράς θέση της μάζας με ανάρτηση και της θέση της μάζας χωρίς ανάρτηση, δηλαδή αυτή η διαφορά να διατηρείται σε μια συγκεκριμένη τιμή. Επίσης η διαταραχή που εφαρμόζεται σε αυτή την εφαρμογή είναι η αύξηση της ανωμαλίας της επιφάνειας του οδοστρώματος, την οποία εξαλείφει αρκετά γρήγορα.
description: The purpose of this thesis is to introduce the concept of Predictive Control based on a process model. It is a form of advanced control that aims to find the optimal sequence of future control actions, based on simulating the system's behavior and real process data. Initially, the basic points of its theory are presented, such as the strategy followed, the optimization problem solved, and the design parameters of a predictive controller. Then, two examples of its application in a Matlab environment (simulations) are provided, along with detailed instructions for their implementation and evaluation. The first example concerns the model of a CSTR reactor, while the second one involves a vehicle suspension model. The simulations described below demonstrate the behavior of the two systems with changes in various parameters such as the controller horizon, constraints, controller weights, and disturbances. In this way, the purpose of this thesis is to improve the controller's performance and achieve rapid and effective disturbance elimination. Specifically for the first application, a constraint is applied and the desired value of the refrigerant temperature is applied, i.e., it has a limited range of Kelvin degrees compared to its nominal value and a limited rate of change of Kelvin degrees per second. Also, the disturbance applied in this application is the increase in feed concentration, which is eliminated quite quickly. For the second application, the desired value of the difference in position between the suspended mass and the position of the mass without suspension is applied, i.e., this difference is maintained at a specific value. Also, the disturbance applied in this application is the increase in surface irregularity of the pavement, which is eliminated quite quickly.