Development of an adaptive structure for integration of MPC and RTO and its application in a styrene polymerization process

Orientador: Luz Adriana Alvarez ToroDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: Processos químicos, em geral, apresentam comportamentos não-lineares e esse é um dos principais desafios encontrados pelos desenvolvedores de sistemas de controle. Uma das técnicas de controle avançado que despontou como uma alternativa no controle de processos químicos foi o controle preditivo baseado em modelo (MPC) que, em conjunto com uma otimização em tempo real (RTO), permitiu desenvolvimento de uma estrutura hierárquica de controle, na qual, além do controle regulatório do sistema, é possível realizar uma otimização econômica. Neste trabalho, propôs-se um controlador adaptativo de múltiplos modelos com a integração entre a RTO e o MPC desenvolvido para sistemas não-lineares. A ação final de controle foi calculada por um esquema de combinação linear entre as ações dos múltiplos controladores lineares, que possuem modelos de aproximação linear correspondentes a possíveis pontos de operação do sistema. O desempenho do controlador de estrutura adaptativa foi testado em um reator de polimerização contínua através de simulações computacionais e comparado com uma estrutura robusta proposta por Alvarez e Odloak (2012). Os resultados das simulações mostram que o controlador adaptativo, de fato, exerce a sua função de combinar gerar uma ação de controle final a partir das ações de controle disponíveis. Além disso, as simulações mostram que a estrutura proposta apresenta uma performance melhor que o controlador robusto frente a perturbações aplicadas, com maior rapidez de resposta, menor custo computacional e vantagens econômicasAbstract: Chemical processes in general have non-linear behaviors and this is one of the main challenges faced by control system developers. One of the advanced control techniques that emerged as an alternative in the control of chemical processes was the model-based predictive control (MPC) which, together with a real-time optimization (RTO), allowed the development of a hierarchical control structure. This structured makes possible the regulatory control of the system, besides to perform an economic optimization. In this work, an adaptive controller of multiple models was proposed with the integration between RTO and MPC developed for non-linear systems. The final control action was calculated by a linear combination scheme between the actions of the multiple linear controllers. Each linear controller has a linear approximation model corresponding to a possible operating point of the system. The performance of the adaptive structure controller was tested in a continuous polymerization reactor through computational simulations and compared with a robust structure proposed by Alvarez and Odloak (2012). Simulations results show that the adaptive controller, in fact, make its function of combining to generate a final control action from the available control actions. In addition, these simulations show that the proposed structure presents a better performance than the robust controller in the face of applied perturbations, with faster response, lower computational cost and economic advantagesMestradoEngenharia QuímicaMestra em Engenharia Química33003017034P8CAPE