Optimal Control for Process Industries

Project code APVV-15-0007

Date 2016-2020

Abstract
The main aim of the project is design of effective and advances methods of process control and study of optimal process operation. We will aim our attention mainly to processes with heat and mass transfer. These processes are inherently complex, exhibit nonlinearities and hybrid behaviour that has consequences in control quality and performance. Optimal control will include dynamic optimisation in continuous and discrete domains as a tool for qualitative analysis at upper process control level. Repeated dynamic optimisation at the lower lever yields algorithms of predictive control. This will result in characterisation of optimal operation regimes and controllers optimising processes and large units composed from them. Also important will be software implementation of proposed solutions, available to a larger community in open source code as well as verification in laboratory conditions.

Objectives
The aim of the proposed project is to investigate and design new methods in the area of automation and control in process industries to increase profitability, stability, and competitiveness. We will focus on study of processes that are not operated in steady-state. Their control is example of optimal operation on multiple levels. We will study vertical integration between upper and lower levels, safety of communication between levels, reduction of complexity and increase of intelligence (smartness) of the basic process control level.

Goals for the first phase, 2016-2017: Analysis and proposal of solution

Goals for the second phase, 2017-2019: Development of methods

Goals for the third phase, 2019-2020: Validation and applications of methods

Solvers
OIRP

Publications

2017

  1. Bakaráč, P. – Kalúz, M. – Čirka, Ľ.: Design and Development of a Low-cost Inverted Pendulum for Control Education. Editor(s): M. Fikar and M. Kvasnica, In Proceedings of the 21st International Conference on Process Control, Slovak Chemical Library, Štrbské Pleso, Slovakia, pp. 398–403, 2017.
  2. Bousbia-Salah, R. – Lesage, F. – Fikar, M. – Latifi, M. A.: Closed-loop Dynamic Optimization of a Polymer Grafting Batch Reactor. Editor(s): M. Fikar and M. Kvasnica, In Proceedings of the 21st International Conference on Process Control, Slovak Chemical Library, Štrbské Pleso, Slovakia, pp. 376–379, 2017.
  3. Drgoňa, J. – Klaučo, M. – Janeček, F. – Kvasnica, M.: Optimal control of a laboratory binary distillation column via regionless explicit MPC. Computers & Chemical Engineering, pp. 139–148, 2017.
  4. Drgoňa, J. – Takáč, Z. – Horňák, M. – Valo, R. – Kvasnica, M.: Fuzzy Control of a Laboratory Binary Distillation Column. Editor(s): M. Fikar and M. Kvasnica, In Proceedings of the 21st International Conference on Process Control, Slovak Chemical Library, Štrbské Pleso, Slovakia, pp. 120–125, 2017.
  5. Fikar, M.: Optimal Control of Batch Membrane Processes (in Slovak). Editor(s): Zdeněk Palatý, In Membránové procesy pro udržitelný rozvoj, Česká membránová platforma, z.s, 2017.
  6. Gottu Mukkula, A. R. – Paulen, R.: Robust model-based design of experiments for guaranteed parameter estimation. Editor(s): Antonio Espuña, Moisès Graells and Luis Puigjaner, In 27th European Symposium on Computer-Aided Process Engineering, Elsevier, pp. 1639–1644, 2017.
  7. Holaza, J. – Klaučo, M. – Kvasnica, M.: Solution Techniques for Multi-Layer MPC-Based Control Strategies. In Preprints of the 20th IFAC World Congress, Toulouse, France, vol. 20, 2017.
  8. Holaza, J. – Valo, R. – Klaučo, M.: A Novel Approach of Control Design of the pH in the Neutralization Reactor. Editor(s): M. Fikar and M. Kvasnica, In Proceedings of the 21st International Conference on Process Control, Slovak Chemical Library, Štrbské Pleso, Slovakia, pp. 191–196, 2017.
  9. Ingole, D. – Drgoňa, J. – Kalúz, M. – Klaučo, M. – Bakošová, M. – Kvasnica, M.: Model Predictive Control of a Combined Electrolyzer-Fuel Cell Educational Pilot Plant. Editor(s): M. Fikar and M. Kvasnica, In Proceedings of the 21st International Conference on Process Control, Slovak Chemical Library, Štrbské Pleso, Slovakia, pp. 147–154, 2017.
  10. Ingole, D. – Drgoňa, J. – Kvasnica, M.: Offset-Free Hybrid Model Predictive Control of Bispectral Index in Anesthesia. Editor(s): M. Fikar and M. Kvasnica, In Proceedings of the 21st International Conference on Process Control, Slovak Chemical Library, Štrbské Pleso, Slovakia, pp. 422–427, 2017.
  11. Janeček, F. – Klaučo, M. – Kalúz, M. – Kvasnica, M.: OPTIPLAN: A Matlab Toolbox for Model Predictive Control with Obstacle Avoidance. In Preprints of the 20th IFAC World Congress, Toulouse, France, vol. 20, 2017.
  12. Janeček, F. – Klaučo, M. – Kvasnica, M.: Trajectory Planning and Following for UAVs with Nonlinear Dynamics. Editor(s): M. Fikar and M. Kvasnica, In Proceedings of the 21st International Conference on Process Control, Slovak Chemical Library, Štrbské Pleso, Slovakia, pp. 333–338, 2017.
  13. Jelemenský, M. – Fikar, M. – Paulen, R.: Time-Optimal Operation of Membrane Processes in the Presence of Fouling with Set-Membership Parameter Estimation (in ). In Preprints of the 20th IFAC World Congress, Toulouse, France, vol. 20, pp. 4776–4781, 2017.
  14. Kalúz, M. – Čirka, Ľ. – Valo, R. – Fikar, M.: Lab of Things: A Network-Based I/O Services for Laboratory Experimentation. In Preprints of the 20th IFAC World Congress, Toulouse, France, vol. 20, pp. 14028–14033, 2017.
  15. Klaučo, M. – Kalúz, M. – Kvasnica, M.: Real-time implementation of an explicit MPC-based reference governor for control of a magnetic levitation system. Control Engineering Practice, pp. 99–105, 2017.
  16. Klaučo, M. – Kvasnica, M.: Control of a boiler-turbine unit using MPC-based reference governors. Applied Thermal Engineering, pp. 1437–1447, 2017.
  17. Nguyen, N. A. – Olaru, S. – Rodríguez-Ayerbe, P. – Kvasnica, M.: Convex liftings-based robust control design. Automatica, pp. 206–213, 2017.
  18. Oravec, J. – Bakošová, M. – Artzová, P.: Advanced Process Control Design for a Distillation Column Using UniSim Design. Editor(s): M. Fikar and M. Kvasnica, In Proceedings of the 21st International Conference on Process Control, Slovak Chemical Library, Štrbské Pleso, Slovakia, pp. 303–308, 2017.
  19. Oravec, J. – Bakošová, M. – Hanulová, L. – Horváthová, M.: Design of Robust MPC with Integral Action for a Laboratory Continuous Stirred-Tank Reactor. Editor(s): M. Fikar and M. Kvasnica, In Proceedings of the 21st International Conference on Process Control, Slovak Chemical Library, Štrbské Pleso, Slovakia, pp. 459–464, 2017.
  20. Oravec, J. – Jiang, Y. – Houska, B. – Kvasnica, M.: Parallel Explicit MPC for Hardware with Limited Memory. In Preprints of the 20th IFAC World Congress, Toulouse, France, vol. 20, pp. 3356–3361, 2017.
  21. Oravec, J. – Klaučo, M. – Kvasnica, M. – Löfberg, J.: Computationally Tractable Formulations for Optimal Path Planning with Interception of Targets’ Neighborhoods. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, pp. 1221–1230, 2017.
  22. Oravec, J. – Kvasnica, M. – Bakošová, M.: Quasi-Non-Symmetric Input and Output Constraints in LMI-based Robust MPC. In Preprints of the 20th IFAC World Congress, Toulouse, France, vol. 20, pp. 11829–11834, 2017.
  23. Oravec, J. – Pakšiová, D. – Bakošová, M. – Fikar, M.: Soft-Constrained Alternative Robust MPC: Experimental Study (in ). In Preprints of the 20th IFAC World Congress, Toulouse, France, vol. 20, pp. 11877–11882, 2017.
  24. Sharma, A. – Jelemenský, M. – Paulen, R. – Fikar, M.: Optimal Operation of Nanofilter Based Diafiltration Processes Using Experimental Permeation Models. Editor(s): M. Fikar and M. Kvasnica, In Proceedings of the 21st International Conference on Process Control, Slovak Chemical Library, Štrbské Pleso, Slovakia, pp. 185–190, 2017.
  25. Sharma, A. – Jelemenský, M. – Paulen, R. – Fikar, M.: Modeling and optimal operation of batch closed-loop diafiltration processes. Chemical Engineering Research and Design, pp. 198–210, 2017.

2016

  1. Ingole, D. – Drgoňa, J. – Kalúz, M. – Klaučo, M. – Bakošová, M. – Kvasnica, M.: Explicit Model Predictive Control of a Fuel Cell. In The European Conference on Computational Optimization, Leuven, Belgium, vol. 4, 2016.
  2. Jelemenský, M. – Pakšiová, D. – Paulen, R. – Latifi, M. A. – Fikar, M.: Combined Estimation and Optimal Control of Batch Membrane Processes. Journal of Processes, 2016.
  3. Klaučo, M. – Blažek, S. – Kvasnica, M.: An Optimal Path Planning Problem for Heterogeneous Multi-Vehicle Systems. International Journal of Applied Mathematics and Computer Science, pp. 297–308, 2016.
  4. Picard, D. – Drgoňa, J. – Helsen, L. – Kvasnica, M.: Impact of the controller model complexity on MPC performance evaluation for building climate control. In The European Conference on Computational Optimization, Leuven, Belgium, vol. 4, 2016.
Facebook / Youtube

Facebook / Youtube