کنترل pH با استفاده از طراحی رویتگر مد لغزشی و مقایسه آن با PI و GSPI

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، بخش مکاترونیک، گروه فناوری بین رشته ای، دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، بخش مکاترونیک گروه فناوری بین رشته ای، دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله کنترل pH محلول کشت در یک راکتور آزمایشگاهی مد نظر گرفته شده است. روند کنترل pH در این مقاله، به این صورت می‌باشد که یک نمونه اولیه از ترکیب جریان اسید و باز به‌ طور مداوم در مخزن راکتور به نسبت‌های مناسب هم زده می‌شود و سپس با توجه به جدول بهره  PEM معادله حالت pH به‌دست‌آورده شده و در ادامه با بهینه کردن ضرایب PI، کنترل‌گر PI طراحی میشود. کنترل‌گر PI کلاسیک قادر به کنترل کردن  این فرایند نبوده، برای همین منظور از رویتگر حالت استفاده شده که با دقت بالا توانسته کنترل لازم را انجام دهد. رویتگر پیشنهادی، به دلیل طراحی بدون خطی‌سازی، متغیرهای حالت را با دقت بسیار بالایی تخمین می‌زند. در طراحی رویت‌گر غیرخطی، از مد لغزشی استفاده شده است. این روش برای تخمین متغیرهای حالت سیستم‌های غیرخطی نامعین مناسب است؛ اما به دلیل رخ دادن چترینگ، کارایی آن به‌شدت کاهش می‌یابد. برای جلوگیری از چترینگ و همچنین برای افزایش دقت از نظریه مد لغزشی مرتبه دوم فراپیچش برای طراحی رویتگر غیرخطی استفاده شده است؛ در نهایت رویتگر غیرخطی با استفاده از نظریه مدلغزشی طراحی و شبیه‌سازی گردیده‌است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]     خاکی صدیق ع.، سیستمهای کنترل غیر خطی، انتشارات دانشگاه پیام نور، 1386.
[2]     خاکی صدیق ع.، اصول کنترل مدرن، انتشارات دانشگاه تهران، 1388.
[3]     Lu A. E., Paulson J. A., and Braatz R. D., pH and conductivity control in an integrated biomanufacturing plant, in American Control Conference (ACC), 2016, pp. 1741-1746, 2016.
[4]      Shinskey F. G., pH and pION control in process and waste streams: John Wiley & Sons Inc., 1973.
[5]     Yang Y. and Wu Q., A neural network PID control for PH neutralization process, in Control Conference (CCC), 35th Chinese, pp. 3480-3483,2016.
[6]     Harl N. and Balakrishnan S.,Impact time and angle guidance with sliding mode control, IEEE Transactions on Control Systems Technology,Vol. 20, No.1, pp. 1436-1449, 2013.
[7]     Li X. R. and Bar-Shalom Y., Design of an interacting multiple model algorithm for air traffic control tracking, Control Systems Technology, Vol. 1, No.2, pp. 186-194, 1993.
[8]     Rezaee A. and Pajohesh M., Suspension System Control with Fuzzy Logic, Journal of Communications Technology, Electronics and Computer Science, Vol. 6, No.3, pp. 1-5, 2016.
[9]     Rezaee A. and Shekealgourabi F. J., Improving the performance of PID controllers by using evolutionary algorithm, Asian Journal of Mathematics and Computer Research, Vol. 8, No.3, pp. 82-91, 2016.
[10]  Kang T.-S., Yoon T.-W., Yang D. R., and Yoon S.-S., Adaptive output feedback nonlinear control of a pH process with an input constraint, , 2000. Proceedings of 39the  IEEE Conference on in Decision and Control, pp. 4538-4543, 2000.
[11]  Yoon S.-S., Yoon T.-W., Yang D. R. and Kang T.-S., Indirect adaptive nonlinear control of a pH process, Computers & chemical engineering, Vol. 26, No.2, pp. 1223-1230, 2002.
[12]  Lee T. C., Yang D. R., Lee K. S. and Yoon T.-W., Indirect adaptive backstepping control of a pH neutralization process based on recursive prediction error method for combined state and parameter estimation, Industrial & engineering chemistry research, Vol. 40, pp. 4102-4110, 2001.
[13] Sung S. W. and Lee I.-B., pH control using a simple set point change, Industrial & engineering chemistry research, Vol. 34, No.6, pp. 1730-1734, 1995.
[14] Chan H.-C. and Yu C.-C.,Autotuning of gain-scheduled pH control: an experimental study, Industrial & engineering chemistry research, Vol. 34, No.4, pp. 1718-1729, 1995.
[15]  Sung S. W., Lee I.-B., and Yang D. R., pH Control Using an Identification Reactor, Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol. 34, No.3, pp. 2418-2426, 1995.
[16] Faanes A. and Skogestad S., pH-neutralization: Integrated process and control design, Computers & chemical engineering, Vol. 28, No.4, pp. 1475-1487, 2004.
[17]  Saadat A., Alvanagh A., and Rezaei H., pH control in biological process using MMPC based on neuro-fuzzy model by LOLIMOT algorithm, in Control Conference (ASCC), 2013 9th Asian, pp. 1-6, 2013.
[18] Alvarez H., Londoño C., Sciascio F. di, and Carelli R., pH neutralization process as a benchmark for testing nonlinear controllers, Industrial & engineering chemistry research, Vol.40, No.3, pp. 2467-2473, 2001.
[19] Edwards C., Spurgeon S. K., and Patton R. J., Sliding mode observers for fault detection and isolation, Automatica, Vol. 36, No.4, pp. 541-553, 2000.