Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Bioprocess feedback control - a case study of the fed-batch biomass cultivation bioprocess

Ryniecki A., Wawrzyniak J., Gulewicz P., Horla D., Nowak D.

Przemysł Spożywczy

|

2018

|

T. 72, nr 8

34--39

EN

It is particularly difficult to control a biotechnological process because of significant sensitivity of living organisms cultured in bioreactors to process parameters and environmental conditions. Varying conditions of the process are also significant (a change in the chemical composition of the substrate or a change in the mass exchange conditions resulting from the modification of rheological parameters). The industrial biomass cultivation processes require the optimal biomass growth rate. In order to ensure it, it is necessary to analyze input variables, find the most representative output variables, and design an adequate automated control strategy, which should be tailored to a given bioprocess. The article analyzes selected automated control systems in fed-batch biomass cultivation bioprocesses presented in reference publications concerning bioprocess control. Open-loop and closed-loop control systems were taken into consideration. The research showed that open-loop control systems could not respond to process disturbances such as unexpected variations in input variables. Therefore, the authors analyzed closed-loop control systems in more detail, especially the feedback control systems with proportional-integral (PI) control action, which were used to stabilize the specific growth rate at a desired level. The authors presented equations which enable the online estimation of the specific growth rate on the basis of cellular metabolic heat. It has been noticed that the quality of automated control of bioprocesses can be further improved through improvement of control systems with a feedback.

PL

Kontrola przebiegu procesu biotechnologicznego jest szczególnie trudna ze względu na dużą wrażliwość hodowanych w bioreaktorach żywych organizmów – zarówno na parametry procesowe, jak i warunki środowiskowe. Nie bez znaczenia są również dynamicznie zmieniające się warunki prowadzenia procesu (zmiana składu chemicznego podłoża czy zmiana warunków wymiany masy jako efekt zmieniających się parametrów reologicznych). Procesy przemysłowej hodowli biomasy narzucają konieczność zapewnienia optymalnej szybkości wzrostu biomasy. Aby to zrealizować, niezbędne są: analiza wielkości wejściowych bioprocesu, znalezienie najbardziej reprezentatywnych wielkości wyjściowych oraz opracowanie odpowiedniej strategii sterowania automatycznego, która powinna być indywidualnie dobranado danego bioprocesu. W artykule poddano analizie wybrane systemy sterowania automatycznego procesem hodowli biomasy prowadzonej metodą okresową z zasilaniem – przedstawione w ostatnich latach w literaturze przedmiotu. Uwzględniono układy sterowania zarówno otwarte, jak i zamknięte. Stwierdzono, że sterowanie w układzie otwartym nie radzi sobie z zakłóceniami działającymi na bioprocess, takimi jak niespodziewane zmiany wartości wielkości wejściowych procesu. Dlatego autorzy z większą uwagą analizowali zamknięte układy sterowania, w szczególności te ze sprzężeniem zwrotnym wykorzystujące człon proporcjonalno-całkujący (PI), który posłużył do stabilizowania szybkości wzrostu biomasy na założonym poziomie. W pracy przedstawiono równania umożliwiające obliczanie on-line właściwej szybkości wzrostu biomasy na podstawie ciepła metabolizmu komórkowego. Zauważono, że możliwa jest dalsza poprawa jakości automatycznego sterowania bioprocesami poprzez doskonalenie systemów sterowania ze sprzężeniem zwrotnym.

2

Basic terms of process control: the on-off control system

Ryniecki A., Wawrzyniak J., Pilarska A. A.

Przemysł Spożywczy

|

2015

|

T. 69, nr 11

26--29

EN

This article explains the basic terms of process control: dynamic process as an object of control, process variable called also controlled variable, control (or manipulated) variable, control system, control with the feed-back loop as well as the principle of operation and quality indicators of the on-off control. To show indicators determining the quality of the on-off control, changes of process variable vs. time during this type of control were drawn. This was done based on: depicted static characteristic of a typical on-off controller, and parameters that characterize the dynamics of the object - a typical process of heat flow in a tank. Two parameters of the object (time-constant and time-delay) were drawn graphically using the step-response characteristic of the above mentioned thermal-process.

PL

Artykuł wyjaśnia takie pojęcia, jak: proces dynamiczny jako obiekt sterowania, wielkość regulowana (kontrolowana), wielkość sterująca, system sterowania, sterowanie ze sprzężeniem zwrotnym, jak również zasadę działania i wskaźniki jakości regulacji dwupołożeniowej. W celu przedstawienia wskaźników jakości regulacji dwupołożeniowej wykreślono zmiany wielkości regulowanej w tego typu regulacji. Dokonano tego na podstawie: przedstawionej charakterystyki statycznej typowego regulatora o działaniu dwupołożeniowym oraz parametrów, które charakteryzują dynamikę obiektu - typowego procesu przepływu ciepła w zbiorniku. Dwa parametry obiektu (stałą czasową i czas opóźnienia) wyznaczono graficznie przy użyciu charakterystyki skokowej wyżej wymienionego procesu cieplnego.

3

Neural network based feedback linearization control of a servo-hydraulic vehicle suspension system

Pedro J. O., Dahunsi O. A.

International Journal of Applied Mathematics and Computer Science

|

2011

|

Vol. 21, no 1

137-147

EN

This paper presents the design of a neural network based feedback linearization (NNFBL) controller for a two degree-offreedom (DOF), quarter-car, servo-hydraulic vehicle suspension system. The main objective of the direct adaptive NNFBL controller is to improve the system's ride comfort and handling quality. A feedforward, multi-layer perceptron (MLP) neural network (NN) model that is well suited for control by discrete input-output linearization (NNIOL) is developed using input-output data sets obtained from mathematical model simulation. The NN model is trained using the Levenberg- Marquardt optimization algorithm. The proposed controller is compared with a constant-gain PID controller (based on the Ziegler-Nichols tuning method) during suspension travel setpoint tracking in the presence of deterministic road disturbance. Simulation results demonstrate the superior performance of the proposed direct adaptive NNFBL controller over the generic PID controller in rejecting the deterministic road disturbance. This superior performance is achieved at a much lower control cost within the stipulated constraints.

4

Pole assignment by feedback control of the second order coupled singular distributed parameter systems

Ge Z.

Control and Cybernetics

|

2004

|

Vol. 33, no 4

551-562

EN

Pole assignment by feedback control of the second order coupled singular distributed parameter systems is discussed via functional analysis and operator theory in Hilbert space. The solutions of the problem and the constructive expression of the solutions are given by the generalized inverse one of bounded linear operator. This research is theoretically important for studying the stabilization and asymptotical stability of tlie second order coupled singular distributed parameter systems.

5

Suppression of elastic plate oscillations in MHD-flow by feedback control

Selezov I., Fratamico G.

Vibrations in Physical Systems

|

2002

|

Vol. 20

262--263

6

Robust Identification of Parasitic Feedback Disturbances for Linear Lumped Parameter Systems

Maksimov V., Pandolfi L.

International Journal of Applied Mathematics and Computer Science

|

2001

|

Vol. 11, no 4

835-858

EN

We study the problem of identification of an input to a linear finite-dimensional system. We assume that the input has a feedback form, which is related to a problem often encountered in fault detection. The method we use is to embed the identification problem in a class of inverse problems of dynamics for controlled systems. Two algorithms for identification of a feedback matrix based on the method of feedback control with a model are constructed. These algorithms are stable with respect to noise-corrupted observations and computational errors.

7

Distributed output feedback control of two-time-scale hyperbolic PDE systems

Christofides P. D., Daoutidis P.

Applied Mathematics and Computer Science

|

1998

|

Vol. 8, no 4

713-732

EN

This article focuses on systems of two-time-scale hyperbolic partial differential equations (PDEs), modeled in singularly perturbed form, for which the manipulated inputs, the controlled and the measured outputs are distributed in space. The objective is to synthesize distributed output feedback controllers that guarantee closed-loop stability and enforce output tracking, provided that the speed ratio of the fast versus the slow dynamical phenomena of the two-time-scale system is sufficiently large. Initially, singular perturbation methods are used to derive two separate PDE models which describe the fast and slow dynamics of the original system. These models are then used as a basis for the synthesis of well-conditioned distributed state feedback controllers that guarantee stability and enforce output tracking in the closed-loop system. Then, two distributed state observers are independently designed on the basis of the fast and slow subsystems, to provide estimates of the fast and slow states of the system. These state observers are coupled with the distributed state feedback controller to yield a distributed output feedback controller that enforces the desired objectives in the closed-loop system. The proposed methodology is applied to a convection-reaction process with time-scale multiplicity.