Projekt číslo

APVV-0551-11

Čas riešenia 2012-2015

Abstrakt

Vedecký projekt sa zameriava na výskum a vývoj v oblasti metód optimálneho riadenia so zameraním sa na nelineárne procesy typické v chemických a biochemických technológiách ako napríklad separácie, chemické reaktory, čistiarne odpadových vôd a iné. Jadrom projektu je návrh pokročilých metód a algoritmov riadenia, ktoré budú efektívnejšie ako súčasné v zmysle pamäťovej a výpočtovej náročnosti, a teda lepšie nasaditeľné v priemysle. Optimálne riadenie bude zahŕňať dynamickú optimalizáciu ako nástroj kvalitatívnej analýzy na vyššej úrovni generujúce optimálne trajektórie slúžiace ako cieľ.  Na nižšej úrovni budeme využívať suboptimálne prediktívne a robustné riadenie vychádzajúce z analýz dynamickej optimalizácie a budeme skúmať mieru suboptimálnosti týchto prístupov. Dôraz bude tiež kladený na softvérovú implementáciu navrhnutých riešení, ich sprístupnenie širokej odbornej verejnosti ako aj ich overenie v laboratórnych podmienkach.

Ciele

Hlavným cieľom projektu je návrh pokročilých metód a algoritmov procesného riadenia, ktoré budú efektívnejšie ako súčasné v zmysle pamäťovej a výpočtovej náročnosti, a teda lepšie použiteľné v priemysle. Optimálne riadenie bude zahŕňať dynamickú optimalizáciu ako nástroj kvalitatívnej analýzy na vyššej úrovni, prediktívne a robustné riadenie na nižšej úrovni. Dôraz bude tiež kladený na softvérovú implementáciu navrhnutých riešení.

Ciele prvej etapy riešenia, rok 2012-2013: Analýza a návrh riešenia

• Analýza a návrh matematických modelov pre opis procesov chemického priemyslu
• Vývoj metodiky pre syntézu univerzálnych explicitných regulátorov
• Návrh ďalšieho vývoja softvérového balíka MPT
• Návrh rozhrania balíka MPT pre možnosť exportu optimálnych regulátorov priamo do priemyselných riadiacich systémov vo forme počítačového kódu
• Analýza optimálnosti riadenia separačných a polymerizačných procesov

Ciele druhej etapy riešenia, roky 2013-2014: Vývoj metód

• Robustné prediktívne riadenie procesov
• Vylepšenie algoritmov pre spracovanie vyhľadávacích tabuliek explicitného MPC
• Znižovanie počtu regiónov explicitného prediktívneho riadenia
• Vývoj metód pre syntézu univerzálnych regulátorov laditeľných za behu
• Návrh efektívnej implementácie pre automaty s obmedzenými zdrojmi či už na výkon procesora alebo na pamäť
• Návrh globálnych metód optimalizácie procesov

Ciele tretej etapy riešenia, roky 2014-2015: Overenie a aplikácia metód

• Analýza suboptimality optimálneho riadenia na nižšej úrovni
• Implementácia nových metód efektívneho optimálneho riadenia v reálnom čase s akcentom na znižovanie pamäťovej a výpočtovej náročnosti
• Vývoj dedikovaného softvérového produktu pre syntézu, analýzu a implementáciu prediktívneho riadenia pre chemickotechnologické procesy
• Aplikácie metód optimálneho riadenia v procesnom riadení

Riešitelia

OIRP

2013

1. Čirka, Ľ. – Kalúz, M. – Fikar, M.: New Features in Random Assignment - Module for LMS Moodle. V Zborník príspevkov z medzinárodnej vedeckej konferencie: Inovačný proces v e-learningu, Ekonóm, str. 1–6, 2013.
2. Čirka, Ľ. – Kalúz, M. – Fikar, M.: Virtual Laboratories for Control Education. V Zborník príspevkov z medzinárodnej vedeckej konferencie: Inovačný proces v e-learningu, Ekonóm, str. 1–5, 2013.
3. Jelemenský, M. – Paulen, R. – Fikar, M. – Kovacs, Z.: Economically Optimal Batch Ultrafiltration with Diafiltration under Limiting Flux Conditions. V Desalination using membrane technology, Elsevier, č. 1, zv. 1, 2013.
4. Kvasnica, M. – Hledík, J. – Rauová, I. – Fikar, M.: Complexity reduction of explicit model predictive control via separation. Automatica, č. 6, zv. 49, str. 1776–1781, 2013.

2012

1. Blahová, L. – Dvoran, J. – Kmeťová, J.: Neuro-fuzzy control design of processes in chemical technologies. Archives of Control Sciences, č. 2, zv. 22, str. 233–250, 2012.
2. Blažek, S. – Kvasnica, M. – Fikar, M.: Java-based Platform for Testing and Validation of Explicit Model Predictive Control, V Selected Topics in Modelling and Control, Editor(i): Mikleš, J., Veselý, V., Slovak University of Technology Press, č. 8, str. 110–114, 2012.
3. Jelemenský, M. – Petáková, L. – Paulen, R. – Fikar, M.: Dynamic optimization of emulsion polymerization reactor, V Selected Topics in Modelling and Control, Editor(i): Mikleš, J., Veselý, V., Slovak University of Technology Press, č. 8, str. 1–6, 2012.
4. Kalúz, M. – Čirka, Ľ. – Fikar, M.: On-line Matlab-based Educational Tools for Process Control Related Courses. V 20th Annual Conference Proceedings: Technical Computing Bratislava 2012, RT Systems, s.r.o., str. 35–35, 2012.
5. Kvasnica, M. – Gondhalekar, R. – Fikar, M.: A hierarchical design methodology for implementing safety-critical constrained controllers with guaranteed stability and failure detection. V IEEE Conference on Decision and Control, Maui, Hawaii, str. 1214–1219, 2012.
6. Kvasnica, M. – Hledík, J. – Fikar, M.: Reducing the Memory Footprint of Explicit MPC Solutions by Partial Selection. V IEEE Conference on Decision and Control, Maui, Hawaii, str. 4537–4542, 2012.
7. Paulen, R. – Fikar, M. – Foley, G. – Kovacs, Z. – Czermak, P.: Time-optimal batch diafiltration. V 8th International Symposium on Advanced Control of Chemical Processes ADCHEM 2012 Singapore, 10-13 July 2012, str. 804–809, 2012.
8. Števek, J. – Szűcs, A. – Kvasnica, M. – Fikar, M. – Kozák, Š.: Two steps piecewise affine identification of nonlinear systems. Archives of Control Sciences, č. 4, zv. 22, str. 371–388, 2012.