Browsing by Author "Utz, Tilman"

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    Vergleich zweier gehobener modellbasierter Regelungsmethoden anhand des Klatt-Engell-Reaktormodells
    (2005) Utz, Tilman
    Angeregt durch aktuelle Diskussionen im Fachzentrum für Automatisierungstechnik der BASF Aktiengesellschaft, Ludwigshafen werden zwei gehobene und modellbasierte Reglerentwurfsmethoden im industriellen Kontext anhand eines Arbeitspunktwechsels eines Benchmarkprozesses vergleichend bewertet. Als Benchmarkprozess dient das Klatt-Engell-Reaktormodell, das einen kontinuierlich betriebenen Rührkesselreaktor mit Mantelkühlung beschreibt, in dem eine Reaktion nach dem van de Vusse-Schema abläuft. Die betrachteten Reglerentwurfsmethoden sind zum einen die nichtlineare modellprädiktive Regelung (NMPC), zum anderen die flachheitsbasierte Zwei-Freiheitsgrade-Regelung (2FHG). NMPC beruht auf der fortlaufenden Lösung eines Optimal-Control-Problems mit Beschränkungen und der Implementierung des jeweils ersten Lösungsschrittes. Die Grundidee der 2FHG-Regelung besteht darin, das Führungsverhalten des Reglers über eine flachheitsbasiert berechnete Vorsteuerung zu entwerfen und das Störverhalten unabhängig davon durch eine Regelung einzustellen; in dieser Arbeit wird dafür eine dezentrale PI-Reglerstruktur benützt. Die Realisierung von NMPC und 2FHG verwendet ein erweitertes Kalman-Filter zur Zustands- und Störgrößenschätzung. Anhand von Simulationsergebnissen werden die beiden Regler bezüglich der Regelgüte und verschiedener Robustheitskriterien untersucht und verglichen. Es wird gezeigt, dass mit dem NMPC Regelergebnisse mit kürzeren Transitionszeiten möglich sind als mit dem 2FHG-Regler, dass aber z.B. eine Beschleunigung des Arbeitspunktwechsels des NMPC mit einer Verschlechterung von Robustheitseigenschaften einhergeht. Dagegen bleiben diese Eigenschaften beim 2FHG-Regler erhalten. Darüber hinaus werden anwendungstechnische Aspekte der beiden Regler verglichen. Hier zeigt sich, dass der NMPC mit einem bereits vorhandenen Modell leichter zu entwerfen ist, sich aber die Einbindung in ein Prozessleitsystem (PLS) schwieriger gestaltet.