Tez Arşivi

Hakkımızda

Tez aramanızı kolaylaştıracak arama motoru. Yazar, danışman, başlık ve özete göre tezleri arayabilirsiniz.


İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı

An investigation on IMC based dual-phase PID controller

Dahili model kontrol bazlı iki fazlı PID kontrol ediciler üzerine bir araştırma

Teze Git (tez.yok.gov.tr)

Bu tezin tam metni bu sitede bulunmamaktadır. Teze erişmek için tıklayın. Eğer tez bulunamazsa, YÖK Tez Merkezi tarama bölümünde 166717 tez numarasıyla arayabilirsiniz.

Özet:

AN INVESTIGATION ON IMC BASED DUAL-PHASE PID CONTROLLER SUMMARY The chemical industry is known to have very dynamic and changing market conditions with a wide range of conditions. Since it is not feasible to re-design the processes for economical concerns, effective control schemes are essential. in the scope of that project, having enough knowledge on Dual-Mode Controllers by literatüre, a Dual-Phase Controller is designed that adapts two different controller parameters for two different phases in the re-boiler of distillation columns having a wide range of usage in separation processes of chemical engineering. The designed controller system is simulated via a computer and the results are examined according to different well known performance criteria. The temperature control of liquid and vapor phases in the reboiler of distillation columns, having commonly used in most of the separation processes of chemical engineering, has a vital role since the temperature of the head of the distillation column must be kept at a certain critical level. in this study, the modeling and control of the reacting distillation process are performed using the data obtained from a previous study of the reacting distillation process producing acetate esters from the fusel alcohols. The control of the process is very diffîcult due to its fusel oil content. The majör components of fusel oil (i-amyl, i-butyl, n-propyl, ethyl alcohol and water) indicate an azeotropic property (closer boiling points) that results in difficulty in the control of a distillation column. Having complex characteristics, the control of a reboiler of the fusel oil distillation is designed for both liquid and vapor phases. it is observed that, the system response obtained by using three-term controllers based on internal model control (DPIMCPIDL and DPIMCPIDy) gives better results. Those controllers use the model transfer function of the liquid phase when heating-up in progress, and the model transfer function of the vapor phase when cooling-down the system. Model transfer functions are obtained by using the process reaction curve. it is achieved that by addition of the process integrator to the first order plus time delay transfer function obtained by process reaction curve, the system reponse becomes faster compared to the previous studies results. xiAn IMC based PID controller is designed by using model transfer functions. A pole placement method used during the internal model control design removed the oscillation effects of the system responses. Thus, IMC based PID controllers (DPIMCPIDL and DPIMCPIDy) are designed for both phases. Then, simulation studies are performed. Process simulation is done by using Matlab 6.5 and VEE Pro 7.0. in simulation studies, beside the DPIMCPID controller, the classical controller Ziegler Nichols tuning method is also used. After obtaining simulation results, it is obviously seen that using the model transfer functions of the liquid and vapor phases is beneficial to reach the desired set point values. Ali the simulation results of the controllers used in this thesis are analyzed according to several performance criteria by using MathCad and Matlab 6.5. it is seen that, by examining the numerical values of the controller performance indices, DPIMCPID controller gives berter results compared to the classical controllers. Thus, more precised temperature control of the reacting distillation process is aimed in this study by using the DPIMCPID controller. xii

Summary:

DAHİLİ MODEL KONTROL BAZLI İKİ FAZLI PID KONTROL EDİCİLER ÜZERİNE BİR ARAŞTIRMA ÖZET Kimya endüstrisinin geniş bir yelpazede, son derece dinamik ve değişken pazar koşullarına sahip olduğu bilinmektedir. Endüstri açısından proseslerin tekrar dizaynı ekonomik olarak uygun olmadığından, etkili kontrol mekanizmaları bu pazarlarda öncelik kazanmaktadır. Bu proje kapsamında, İkili Modda Çalışan (Dual Mode) Kontrol Ediciler hakkında elimizde bulunan mevcut literatür bilgilerine dayanarak, kimya mühendisliği ayırma işlemlerinde oldukça yaygın olarak kullanılan distilasyon kolonlarının reboyler bölümündeki sıvı ve buhar fazlarının ısınma ve soğuma aşamalarındaki ısı transferinin farklı durumları için dönüşümlü olarak çalışacak iki fazlı (dual-phase) bir kontrol edici tasarlanmıştır. Oluşturulan sistemin bilgisayar yardımı ile simülasyonu yapılmış ve tasarlanan bu kontrol edici çeşitli performans kriterlerine göre incelenmiştir. Kimya mühendisliği uygulaması olarak çok sık rastlanan ayırma işlemlerinde kullanılan distilasyon kolonlarının reboyler sıvı ve buhar faz sıcaklıklarının kontrolleri, kolonunun tepe noktasındaki sıcaklığının belirli bir kritik değerde tutulması gerektiğinden büyük önem arzetmektedir. Bu çalışmada, daha önce yapılmış olan fuzel alkollerinden asetat esterleri üreten reaksiyonlu distilasyon prosesinin verileri kullanılarak sistem modellenmesi ve kontrolü gerçekleştirilmiştir. Proses, fuzel yağı içerdiğinden kontrolü oldukça zordur. Fuzel yağının bileşimindeki ana komponentler (i-amil, i-bütil, n-propil, etil alkol ve su) azeotropik özellik (kaynama noktalarının yakınlığı) gösterdiğinden, distilasyon kolonunun kontrolünü zorlaştırmaktadır. Karmaşık özelliğe sahip olan fuzel yağının distilasyonunun reboyler kontrolü hem sıvı, hem de buhar fazı için tasarlanmıştır. Dahili model kontrole dayanan üç terimli kontrol edicilerin (DPIMCPIDl ve DPIMGPIDv) kullanılması ile elde edilen sistem cevaplarının çok daha hızlı olduğu görülmüştür. Söz konusu kontrol ediciler sistem ısınırken sıvı fazın model denklemini, soğurken de buhar fazın denklemini kullanmaktadır. Model denklemleri proses reaksiyon eğrisinden faydanılarak oluşturulmuştur. Proses reaksiyon eğrisinden elde edilen zaman gecikmeli birinci mertebeden transfer denklemine proses integratörü eklenmesiyle, sistem simülasyon cevaplarının önceki çalışmalara göre daha hızlı olması sağlanmıştır. Elde edilen proses model denklemleriyle dahili model kontrole dayanan PID kontrol edici tasarlanmıştır. Dahili model kontrolü yaparken kutup yerleştirme yöntemi xıukullanılması sistem cevaplarının osilasyon etkisini kaldırmıştır. Sonuçta, her iki faz için de PID kontrol edicileri (DPIMCPIDl ve DPMCPIDv) elde edilmiştir. Daha sonra simülasyon işlemlerine geçilmiştir. Prosesin simülasyonu Matlab 6.5 ve VEE Pro 7.0 yardımıyla yapılmıştır. Simülasyon çalışmalarında, DPIMCPID kontrol ediciye ek olarak klasik kontrolör ayar yöntemi olan Ziegler Nichols'a da yer verilmiştir. Simülasyonlar neticesinde, sistem ısınırken sıvı faz denkleminin, soğurken de buhar faz denkleminin kullanımasının avantajlı olduğu görülmüştür. Tez içerisinde elde edilen bütün kontrol edicilerin simülasyon sonuçlan, çeşitli performans kriterlerine göre MathCad ve Matlab 6.5 yardımıyla incelenmiştir. Kontrol edicilerin sayısal performans değerleri incelenerek, DPIMCPID kontrol edicisinin diğer klasik kontrol edicilere kıyasla daha iyi sonuçlar verdiği görülmüştür. Böylece, DPIMCPID kontrol edicisinin kullanılmasıyla reaksiyonlu distilasyon prosesinin daha kesin sıcaklık kontrolü sağlanması hedeflenmiştir. xıv