The startup of processes is a challenging control task as a large range of operation needs to be passed and as multiple process units need to be coordinated. This makes the control problem nonlinear and multi-variable, respectively. Furthermore constraints on process variables have to be considered during a startup. Nonlinear Model Predictive Control (NMPC) is a promising concept to automate and optimize the startup of processes. Control actions are computed based on a nonlinear process model and employing a reasonable prediction horizon.
This paper states the startup optimization problem and discusses the application of online optimization in an NMPC. Appropriate numerical solution methods and their implementation in a modern control system are motivated.
The startup of a steam power plant serves as example. A process model is built using the object-oriented physical modeling technology Modelica. Based on an economic objective function the NMPC does both: online computation of optimal reference trajectories and generation of set points for an underlying base control system.
Die Anfahrt von Prozessen ist eine herausfordernde regelungstechnische Aufgabe, da ein großer Arbeitsbereich durchschritten wird und da mehrere Prozesseinheiten zu koordinieren sind. Damit ist das Regelungsproblem ein nichtlineares Mehrgrößenproblem. Darüber hinaus sind Beschränkungen für Prozessgrößen während einer Anfahrt zu beachten. Nichtlineare Modell-Prädiktive Regelung (NMPC) ist ein vielversprechendes Konzept zur Automatisierung und Optimierung der Anfahrt von Prozessen. Steuerungsaktionen werden basierend auf einem nichtlinearen Prozessmodell und unter Verwendung eines geeigneten Vorausschauhorizontes berechnet.
Dieser Beitrag formuliert das Anfahroptimierungsproblem und diskutiert die Online-Anwendung in einem NMPC. Geeignete numerische Lösungsmethoden und deren Implementierung in einem modernen Leitsystem werden motiviert.
Die Anfahrt von Dampfkraftwerken dient als Beispiel. Ein Prozessmodell wird unter Verwendung der objektorientierten physikalischen Modellierungstechnologie Modelica erstellt. Basierend auf einer ökonomischen Zielfunktion dient der NMPC zweierlei Dingen: der Online-Berechnung von optimalen Referenz-Trajektorien und der Generierung von Sollwerten für unterlagerte Basisregelungen.
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