Sürekli karıştırılmış tank reaktörde genelleştirilmiş öngörülü ve oransal integral denetleyicilerin kullanılması
Using generalized predictive and proportional integral controllers in continuous stirred tank reactor
Yazar: İSMAİL İÇLİK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ TARIK ERFİDAN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Denetim sistemleri = Control systems ; Doğrusal olmayan kontrol = Nonlinear control ; Tank reaktörler = Tank reactors

Özet:
Atık su arıtma sistemleri canlıların yaşamını tehdit eden su kirliliğinin büyük oranda önüne geçilmesi için oldukça önemlidir. Atık su tesislerinin sayısının artması doğaya salınan atık su miktarını büyük bir ölçüde azaltmaktadır. Atık su tesislerinde, giren atık suyun ayrıştırılması ve çıkan ürünün konsantrasyonunun dengelemesi için Sürekli karıştırmalı tank reaktörler (Continuous stirred tank reactors, CSTR) sıklıkla kullanılmaktadır. Sürekli karıştırmalı tank reaktöründe ürün konsantrasyonunun tahminine ilişkin tanımlama problemleri simüle edilmiştir. Bunun amacı atık su arıtma sisteminin çıkış suyundaki florür konsantrasyonunun performansını ve etkinliğini doğrulamaktır. Atık su arıtma prosesinin, tersinmeyen tek bir ekzotermik reaksiyondan meydana geldiği varsayılmaktadır. Sürekli karıştırmalı tank reaktörler kimya ve petrokimya tesislerinde yaygın olarak kullanılan, doğrusal olmayan sistemlerdir. Sürekli karıştırmalı tank reaktör için kontrol stratejisi olarak Genelleştirilmiş öngörücü denetleyici (Generalized predictive controller, GPC) önerilmiştir. Genelleştirilmiş öngörücü denetleyici, model tabanlı tahmin edici denetleyici ailesinden biridir. Genelleştirilmiş öngörücü denetleyici, birçok endüstriyel alanda başarıyla uygulanarak belirli bir derecede doğruluk göstermiş ve iyi bir performans sergilemiştir. Genelleştirilmiş öngörücü denetleyicinin performansını doğrulamak ve karşılaştırmak için klasik orantı-integral (Proportional-Integral) denetliyici de sunulmuştur. Her iki denetleyicinin algoritmaları GPC ve Orantı-integral (Proportional-Integral, PI) denetleyici CSTR'nin mevcut doğrusal olmayan modeli kullanılarak geliştirilmiştir. PI ve GPC denetleyicilerinin bazı kriterleri MATLAB-SİMULİNK paket programını ile kısıtlamalar çerçevesinde kıyaslanmıştır. Bu kriterler, akış hızının referansa olan oturma süresi, set değerine ulaşma süresi, kalıcı durum hatası ve set değerine olan aşım oranıdır.

Abstract:
Waste water treatment systems are very important for preventing water pollution that threatens the life of living things. The increasing number of wastewater facilities has greatly reduced the amount of wastewater released into the environment. Continuous stirred tank reactors are often used in wastewater plants to separate the incoming wastewater and balance the concentration of the output product. To validate and demonstrate the performance and effectiveness of the proposed algorithm, they were tested on the identification problems of the estimation of the fluoride concentration in the effluent of a wastewater treatment system, the product concentration on a simulated continuous stirred tank reactor (CSTR). In the process, a single irreversible, exothermic reaction is assumed to occur in the reactor. A continuous stirred tank reactor (CSTR) is a highly nonlinearprocess that is very common in chemical and petrochemical plants. Generalized predictive controller (GPC) is a class of modelbased predictive control. In this paper, a generalized predictive controller (GPC) is proposed as the control strategy for the continuous stirred tank reactor (CSTR) concentration control. To validate and compare the performance, a classical proportional-integral (PI) controller is also presented. Both controllers' algorithms generalized predictive controller (GPC) and classical proportional-integral (PI) are developed using the existing nonlinear model of the CSTR. Results are presented in simulation and experimental approach using MATLAB-SIMULINK as the platform. It was compared that the fluoride concentration of the PI and GPC controllers did not exceed the specified restrictions and the flow rate applied to the system, the settling time to the reference, the time to reach the set point, the steady state error and the exceeding of the set value.