Ανάπτυξη ελεγκτή προβλεπτικού μοντέλου σε εγκατάσταση μORC και σύγκριση με συμβατικές τεχνικές ελέγχου

Varvagiannis, Efstratios; Βαρβαγιάννης, Ευστράτιος

dc.contributor.author	Varvagiannis, Efstratios	el
dc.contributor.author	Βαρβαγιάννης, Ευστράτιος	en
dc.date.accessioned	2021-02-02T08:47:49Z
dc.date.available	2021-02-02T08:47:49Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/52843
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.20541
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Συστήματα Αυτοματισμού”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	Organic rankine cycle	en
dc.subject	Model predictive control	en
dc.subject	Dynamic modelling	en
dc.subject	Waste heat recovery	en
dc.subject	Process control	en
dc.subject	Οργανικός κύκλος Rankine	el
dc.subject	Δυναμική μοντελοποίηση	el
dc.subject	Έλεγχος προβλεπτικού μοντέλου	el
dc.subject	Ανάκτηση απορριπτόμενης θερμότητας	el
dc.subject	Αυτόματος έλεγχος διεργασιών	el
dc.title	Ανάπτυξη ελεγκτή προβλεπτικού μοντέλου σε εγκατάσταση μORC και σύγκριση με συμβατικές τεχνικές ελέγχου	el
dc.title	Development of an Economic Model Predictive Controller for a μORC and comparison with conventional control techniques	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Process Control	en
heal.classification	Thermodynamics	en
heal.classification	Θερμοδυναμική	el
heal.classification	Αυτόματος Έλεγχος	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020
heal.abstract	Η ηλεκτροπαραγωγή με αξιοποίηση της απορριπτόμενης θερμότητας βιομηχανικών διεργασιών ή μηχανών εσωτερικής καύσης με χρήση του Οργανικού Κύκλου Rankine (ORC) και κατά συνέπεια οι δυνατότητες της λειτουργικής βελτιστοποίησης του, αποτελεί ένα αντικείμενο που βρίσκεται στο επίκεντρο των ερευνητών τις τελευταίες δύο δεκαετίες. Η συγκεκριμένη εργασία επικεντρώνεται στην ανάπτυξη και τη σύγκριση δύο διαφορετικών τεχνικών ελέγχου μίας πειραματικής εγκατάστασης Οργανικού Κύκλου Rankine που ανήκει στην κλίμακα ισχύος των micro-ORC και προορίζεται για την ανάκτηση θερμότητας από το κύκλωμα ψύξης της μηχανής ενός πλοίου. Η πρώτη μέθοδος αξιοποιεί ανεξάρτητους βρόχους ελέγχου με συμβατικούς ελεγκτές τριών όρων (PID), ενώ η δεύτερη μέθοδος αφορά σε έναν νέο ελεγκτή που ανήκει στην ευρύτερη οικογένεια Ελεγκτών Προβλεπτικού Μοντέλου (MPC), η οποία αξιοποιώντας την κλασσική τεχνική της μεθόδου Ελέγχου Δυναμικού Μητρώου (DMC) και τη διατύπωση μίας «οικονομικής» συνάρτησης κόστους για την ωφέλιμη ενέργεια που αποδίδει η εγκατάσταση ORC, επιδιώκει την ενεργειακά βέλτιστη λειτουργία της εγκατάστασης με την παράλληλη ικανοποίηση κάποιων περιορισμών ασφαλείας για τις θερμοκρασίες και τις πιέσεις του κύκλου. Για την υλοποίηση του Ελεγκτή Προβλεπτικού Μοντέλου αλλά και την σύγκριση των δύο τεχνικών ελέγχου με τη βοήθεια προσομοιώσεων, αρχικά αναπτύχθηκε ένα αναλυτικό μοντέλο της εγκατάστασης στο περιβάλλον προγραμματισμού Dymola με χρήση της γλώσσας Modelica. Στα κεφάλαια που ακολουθούν γίνεται αρχικά η τοποθέτηση του προβλήματος, ο ορισμός των βασικών εννοιών καθώς και μία ανασκόπηση συναφών επιστημονικών εργασιών πάνω στο συγκεκριμένο θέμα. Εν συνεχεία γίνεται μία σύντομη αναφορά στις παραδοχές και το μαθηματικό υπόβαθρο που σχετίζονται τόσο με την ανάπτυξη του μοντέλου της εγκατάστασης και κάθε επιμέρους συνιστώσας αυτής, όσο και με τις τεχνικές ελέγχου που μελετήθηκαν. Ακολουθεί η παραμετροποίηση των μοντέλων προκειμένου αυτά να ανταποκρίνονται στο πραγματικό σύστημα που μοντελοποιήθηκε καθώς και τα αποτελέσματα της δυναμικής προσομοίωσης του συστήματος σε βηματικές μεταβολές των εισόδων του, τα οποία ορίζουν και τα δυναμικά χαρακτηριστικά του συστήματος. Τα χαρακτηριστικά αυτά αξιοποιούνται στην επόμενη ενότητα, στην οποία γίνεται εκτενής αναφορά στην μαθηματική έκφραση και τη ρύθμιση κάθε ελεγκτή, ενώ εν συνεχεία γίνεται μία σύγκριση των δύο μεθόδων τόσο όσον αφορά τα λειτουργικά χαρακτηριστικά τους σε επίπεδο ηλεκτροπαραγωγής αλλά και ασφαλούς λειτουργίας, όσο και από πλευράς δυναμικής. Η εργασία ολοκληρώνεται με την εξαγωγή συμπερασμάτων και τις προτάσεις για περαιτέρω έρευνα επί του θέματος.	el
heal.abstract	Power generation from the waste heat of industrial processes or Internal Combustion Engines by means of the Organic Rankine Cycle (ORC), and thus the possibilities for its operational optimization, is of particular interest within the research community during the last two decades. This study focuses on the development and the comparison between two different control strategies of an ORC test rig of the power scale of micro ORCs, that is intended to be used for Waste Heat Recovery from the cooling circuit of a marine engine. The first method uses two independent control loops with conventional three term (PID) controllers while the second one is related to a new controller that falls in the general category of Model Predictive Controllers (MPC), which based on the classic Dynamic Matrix Control (DMC) method and the definition of an “economic” cost function for the net produced energy of the ORC, thus aiming at the optimum operation of the rig from an energetic perspective, as well as ensuring the fulfillment of several safety constraints for the temperatures and the pressures of the cycle. For the implementation of the MPC and the benchmarking between the two control strategies by means of simulations, a detailed model of the setup in the Dymola simulation software, using the programming language Modelica, was developed. In the upcoming chapters the general concept is initially discussed, while fundamental definitions and a literature review of relevant research studies are included. Next, a brief reference to the assumptions and the mathematical background related both to the dynamic models and the control techniques considered is discussed. Then, the parameterization of the dynamic model follows, along with the simulation results on step responses of the system inputs, which reveal the dynamic characteristics of the system. These characteristics are used in the following section, where the mathematical formulation and the tuning of each controller are studied in detail. Afterwards, a comparison between the two control methods in terms of electricity generation and constraint violation as well as dynamic performance is presented, based on the simulation of a benchmarking scenario. The study summarizes with the presentation of the main outcomes and the proposal of future research work on this specific topic.	en
heal.advisorName	Σαρίμβεης, Χαράλαμπος	el
heal.advisorName	Sarimveis, Haralambos	en
heal.committeeMemberName	Σαρίμβεης, Χαράλαμπος	el
heal.committeeMemberName	Καρέλλας, Σωτήριος	el
heal.committeeMemberName	Παπαλάμπρου, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Sarimveis, Haralambos	en
heal.committeeMemberName	Karellas, Sotirios	en
heal.committeeMemberName	Papalambrou, George	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	116 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false
heal.fullTextAvailability	false