Nonlinear predictive control using multi-rate sampling

Authors


Abstract

A nonlinear predictive control (NLPC) strategy based on a nonlinear, lumped parameter model of the process is developed in this paper. A constrained optimization approach is used to estimate unmeasured state variables and load disturbances. Additional model/process mismatch is handled by using an additive output term which is equivalent to the Internal Model Control approach. Similar to linear predictive control methods, an optimal sequence of future control moves is determined in order to minimize an objective function based on a desired output trajectory, subject to manipulated variable constraints (absolute and velocity).

Deadtime is explicitly included in the model formulation, giving NLPC the same deadtime compensation feature of linear model-predictive techniques. The multi-rate sampling nature of most chemical processes is also used to improve estimates of process disturbances. Infrequent composition measurements in conjunction with frequent temperature measurements are used to improve the “inferential” control of the composition in a continuous flow stirred tank reactor (CSTR).

Abstract

On a mis au point une stratégie de régulation prédictive non-linéaire (NLPC) basée sur un modèle non linéaire paramétrique global. On a utilisé une approche par optimisation contrainte pour estimer les variables d'état non mesurées et les perturbations de charge. La disparité supplémentaire modèle-procédé est traitée à l'aide d'un terme de sortie additionnel, ce qui est équivalent à une approche de type régulation à modèle interne. On détermine la séquence optimale de commandes de régulation futures de manière semblable aux méthodes de régulation prédictive linéaire afin de minimiser un objectif basé sur une trajectoire de sortie désirée et sujet à des contraintes sur la variable manipulée (absolue et vitesse).

Le délai est inclus de manière explicite dans la formulation du modèle, ce qui donne au NLPC la même capacité de compensation du délai que les techniques prédictives linéaires. La nature de l'échantillonnage multi-vitesse de la plupart des procédés chimiques est aussi utilisée pour améliorer les estimés de perturbations de procédés. Les rares mesures de composition reliées à des mesures fréquentes de température sont utilisées pour la régulation “inféren-tielle” de la composition dans un réacteur agité à écoulement continu.

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