CourseCHEMICAL ENGINEERING
Code202II
Credits6
PeriodSemester 1
LanguageItalian
L’obiettivo del corso è di fornire agli studenti una panoramica ed un approfondimento sui sistemi di controllo avanzato usati nelle industrie di processo con l’obiettivo ultimo di una ottimizzazione economica “operativa”.
Tra gli obiettivi specifici previsti dal corso vi sono: l'analisi frequenziale dei sistemi dinamici, la robustezza dei sistemi di controllo, l’analisi e il confronto degli schemi di controllo per processi complessi, l’analisi delle interazioni nei sistemi multi-variabili e lo studio dei sistemi di controllo avanzato “tradizionale”, la teoria dei sistemi dinamici multi-variabili, l’identificazione numerica dei sistemi multi-variabili (metodi “prediction error” e “subspace”), lo studio dei sistemi di controllo predittivo (MPC), gli stimatori di proprietà non misurabili (sensori soft) ed il controllo inferenziale.
The aim of the course is to provide students with an overview and a thorough insight into the advanced control systems used in the process industries with the aim of "operational" optimization.
Among the specific objectives of the course are: frequency of dynamic systems, robustness analysis, analysis and comparison of control schemes for complex processes, analysis of interactions in multi-variable systems and the study of advanced "traditional" control systems, multi-variable dynamical system theory, numerical identification of multi-variable systems ("prediction error" and "subspace" methods), study of predictive control systems (MPC), performance monitoring in basic and advanced control systems, non-measurable properties (soft sensors) and inferential control.
Durante il corso vengono svolte esercitazioni in classe allo scopo di verificare l'apprendimento delle conoscenze sopra descritte. Tali esercitazioni sono solitamente di natura numerica, attraverso l'utilizzo di opportuni linguaggi e codici di calcolo (Python e/o Matlab). Talvolta prevedono l'impostazione del metodo risolutivo dal punto di vista teorico.
During the course, classroom exercises are carried out in order to verify the learning of the above-described knowledge. These exercises are usually of a numerical nature, through the use of appropriate languages and computational codes (Python and/or Matlab). Sometimes they provide the theoretical approach to the solving method.
Gli studenti acquisiranno le seguenti capacità:
- Impostazione, analisi e soluzione delle equazioni dinamiche che descrivono i sistemi di processo, sia a tempo continuo che a tempo discreto
- Comprensione dell'analisi di risposta in frequenza dei sistemi dinamici e le implicazioni sulla robustezza
- Comprensione delle problematiche di controllo dei sistemi di processo a molte variabili
- Comprensione degli algoritmi di controllo avanzato ed ottimizzazione economica dei sistemi di processo
- Capacità di analisi dei dati al fine di sviluppare modelli dinamici di processo e stimatori di proprietà non misurabili
Students will acquire the following skills:
- Setting, analyzing, and solving dynamic equations describing process systems, both in continuous and discrete time
- Understanding frequency response analysis of linear dynamic systems and related implications on robustness
- Understanding process control problems for multi-variable system
- Understanding advanced control algorithms and cost-effective optimization of process systems
- Data analysis capabilities in order to develop dynamic process models and property estimators
Gli esercizi proposti negli homework sono pensati in modo da poter verificare, sia qualitativamente che quantitativamente, l'acquisizione delle capacità sopra indicate.
The exercises proposed in the homeworks are designed so that you can verify both qualitatively and quantitatively the acquisition of the abovementioned abilities.
Gli studenti acquisiranno sensibilità:
- nello svolgere attività di analisi di dati sperimentali e nell'interpretazione degli stessi
- nel comprendere l'effetto dei diversi fattori presenti nei sistemi di processo a molte variabili
- nella valutazione delle condizioni operative ottimali
Students will acquire sensitivity:
- in carrying out experimental data analysis and interpretation
- in understanding the effect of the various factors present in multi-variable process systems
- in evaluating optimal operating conditions
Gli esercizi proposti negli homework e l'esame scritto sono pensati in modo da poter verificare l'acquisizione dei comportamenti sopra indicati.
The exercises proposed in the homework and the oral exam are thought to verify the acquisition of the above behaviors.
Lo studente deve avere adeguate conoscenze di:
- algebra lineare
- dinamica e controllo dei processi
- calcolo numerico
- impianti chimici
The student must have adequate knowledge of:
- linear algebra
- process dynamics and control
- numerical calculation
- chemical plants
Vengono svolte lezioni frontali, anche con l'ausilio di slide. Vengono inoltre svolte esercitazioni numeriche in aula, guidate dal docente. La frequenza al corso, sebbene non obbligatoria, è fortemente consigliata.
Le slide (tipicamente in Inglese), che coprono l'intero programma del corso, le esercitazioni numeriche ed eventuale altro materiale (articoli scientifici) sono resi disponibili agli studenti sul canale Teams del corso.
I docenti sono disponibili settimanalmente per ricevimento degli studenti.
Qualora fossero presenti studenti stranieri, i docenti sono disponibili a svolgere le lezioni in Inglese.
Frontal lessons are held, even with the help of slides. Classroom numerical exercises, led by the teacher, are also held. The course participation, though not mandatory, is strongly recommended.
The slides (in English) that cover the entire course program, numerical exercises, and any other material (scientific articles) are made available to students on the Teams channel of the course.
The teacher are available weekly for student reception.
If foreign students are present, the teachers are available to take classes in English.
- Analisi frequenziale dei sisemi lineari
- Cenni di Robustezza dei sistemi di controllo di base
- Dinamica dei sistemi multivariabili
- Progetto e analisi di sistemi di controllo decentralizzati per processi multivariabili
- Controllo Predittivo basato su Modello (MPC)
- Identificazione dei sistemi dinamici
- Cenni di Soft sensing e controllo inferenziale
- Frequency analysis of linear systems
- Robust control for basic control systems
- Dynamics of multivariable systems
- Design and analysis of decentralized control systems for multivariable processes
- Model Predictive Control (MPC)
- Systems identification
- Soft sensing and inferential control
Libri di testo:
- Babatunde A. Ogunnaike and William H. Ray Process Dynamics, Modeling, and Control Oxford University Press, 1994.
- João P. Hespanha. Linear Systems Theory. Princeton University Press, 2009.
- James B. Rawlings and David Q. Mayne. Model Predictive Control: Theory and Design. Nob Hill Publishing, 2009.
- Jan M. Maciejowski. Predictive Control with Constraints. Prentice Hall, 2002.
- Lennart Ljung. System Identification: Theory for the User. Prentice Hall, 1999.
- Yucai Zhu. Multivariable System Identification for Process Control Springer, 2001.
- A. Brambilla. Distillation Control and Optimization. Mc. Graw Hill Education, 2014.
Le slide che coprono l'intero programma del corso, le esercitazioni numeriche ed eventuale altro materiale (articoli scientifici) sono resi disponibili agli studenti sulla piattaforma elearning.
Textbooks:
- Babatunde A. Ogunnaike and William H. Ray Process Dynamics, Modeling, and Control Oxford University Press, 1994.
- João P. Hespanha. Linear Systems Theory. Princeton University Press, 2009.
- James B. Rawlings and David Q. Mayne. Model Predictive Control: Theory and Design. Nob Hill Publishing, 2009.
- Jan M. Maciejowski. Predictive Control with Constraints. Prentice Hall, 2002.
- Lennart Ljung. System Identification: Theory for the User. Prentice Hall, 1999.
- Yucai Zhu. Multivariable System Identification for Process Control Springer, 2001.
- A. Brambilla. Distillation Control and Optimization. Mc. Graw Hill Education, 2014.
Slides covering the entire course program, numerical exercises and any other material (scientific articles) are made available to students on the elearning platform.
Nessuna
None
Homework assegnati e prova orale finale.
Homework assigned and Final oral exam.