جستجو در:
دوره 5، شماره 4 - ( 1400 )
جلد 5 شماره 4 صفحات 103-91 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Fallah Ramezani S, fakhroleslam م. Substrate concentration control in a bio-reactor for bio-hydrogen production via feedback linearization. IQBQ 2021; 5 (4) : 7
URL: http://arcpe.modares.ac.ir/article-38-58176-fa.html
URL: http://arcpe.modares.ac.ir/article-38-58176-fa.html
فلاح رمضانی سعید، فخرالاسلام محمد. کنترل غلظت سوبسترا در یک واکنشگاه زیستی تولید هیدروژن به روش خطی‌سازی پسخور. پژوهش‌های کاربردی مهندسی شیمی-پلیمر. 1400; 5 (4) :91-103
1- دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی شریف
2- دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس ،fakhroleslam@modares.ac.ir
2- دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس ،
چکیده: (1556 مشاهده)
موضوع: هیدروژن زیستی یک منبع انرژی تجدیدپذیر است که استفاده از آن به عنوان سوخت، مزایای اقتصادی و محیط‌زیستی زیادی دارد. کنترل غلظت سوبسترا در واکنشگاه، تاثیر چشم‌گیری بر میزان تولید هیدروژن دارد. فرایند تولید هیدروژن زیستی یک فرایند پیچیده و غیرخطی است که کنترل آن مستلزم به کارگیری روش‌های کنترل غیرخطی است. در این مقاله، به کنترل غلظت سوبسترا در یک واکنشگاه بی‌هوازی تولید هیدروژن با استفاده از روش خطی‌سازی پسخور پرداخته شده است.
روش تحقیق: مدل مورد استفاده برای شبیه‌سازی، یک مدل شناخته شده متشکل از سه متغیر حالت است. کنترل‌کننده پیشنهادی، یک کنترل‌کننده خطی‌سازی‌شده کلی (GLC) است که بر اساس روش خطی‌سازی پسخور (Feedback linearization) طراحی می‌شود. در این روش، سیستم غیرخطی از طریق انتقال دستگاه مختصات، به طور دقیق خطی‌سازی می‌شود. بنابراین، می‌توان سیستم خطی‌سازی شده را با استفاده از یک کنترل‌کننده خطی کنترل کرد. به منظور خطی‌سازی سیستم، با استفاده از مدل ارایه‌شده برای این فرایند و با به کارگیری مفاهیم هندسه دیفرانسیلی یک جبران‌کننده غیرخطی طراحی شده است. در صورت به کارگیری جبران‌کننده غیرخطی، می‌توان از کنترل‌کننده تناسبی-انتگرالی (PI) به عنوان کنترل‌کننده خطی استفاده کرد. عملکرد کنترل‌کننده GLC+PI در کنترل فرایند مذکور، در مقایسه با یک کنترل‌کننده غیرخطی (NC) و یک کنترل‌کننده PI، مورد سنجش قرار گرفته است. عملکرد کنترل‌کننده‌های مذکور با شبیه‌سازی عددی و بر اساس شاخص انتگرال زمان در مربع خطا (ITSE) مطالعه شده است.
نتایج اصلی: نتایج شبیه‌سازی حاکی از این هستند که کنترل غلظت سوبسترا در این فرایند، به طور کلی، باعث افزایش مقدار تولید هیدروژن می‌شود. روش پیشنهادی در این مقاله (GLC+PI) برای کنترل غلظت سوبسترا در واکنشگاه زیستی تولید هیدروژن، در مقایسه با کنترل‌کننده‌های NC و PI، عملکرد بهتری در تعقیب مقدار مقرر دارد. در صورت تغییر 25 درصدی پارامترهای سینتیکی، عملکرد NC مختل می‌شود، اما روش های PI و GLC+PI در برابر این مقدار عدم قطعیت مقاوم هستند. عملکرد مناسب کنترل‌کننده می‌تواند تولید پایدار هیدروژن را تضمین کند. مقایسه نتایج شبیه‌سازی در حالت حلقه‌باز و حلقه‌بسته نشان می‌دهد که کنترل غلظت سوبسترا باعث افزایش 90 درصدی تولید هیدروژن می‌شود.
روش تحقیق: مدل مورد استفاده برای شبیه‌سازی، یک مدل شناخته شده متشکل از سه متغیر حالت است. کنترل‌کننده پیشنهادی، یک کنترل‌کننده خطی‌سازی‌شده کلی (GLC) است که بر اساس روش خطی‌سازی پسخور (Feedback linearization) طراحی می‌شود. در این روش، سیستم غیرخطی از طریق انتقال دستگاه مختصات، به طور دقیق خطی‌سازی می‌شود. بنابراین، می‌توان سیستم خطی‌سازی شده را با استفاده از یک کنترل‌کننده خطی کنترل کرد. به منظور خطی‌سازی سیستم، با استفاده از مدل ارایه‌شده برای این فرایند و با به کارگیری مفاهیم هندسه دیفرانسیلی یک جبران‌کننده غیرخطی طراحی شده است. در صورت به کارگیری جبران‌کننده غیرخطی، می‌توان از کنترل‌کننده تناسبی-انتگرالی (PI) به عنوان کنترل‌کننده خطی استفاده کرد. عملکرد کنترل‌کننده GLC+PI در کنترل فرایند مذکور، در مقایسه با یک کنترل‌کننده غیرخطی (NC) و یک کنترل‌کننده PI، مورد سنجش قرار گرفته است. عملکرد کنترل‌کننده‌های مذکور با شبیه‌سازی عددی و بر اساس شاخص انتگرال زمان در مربع خطا (ITSE) مطالعه شده است.
نتایج اصلی: نتایج شبیه‌سازی حاکی از این هستند که کنترل غلظت سوبسترا در این فرایند، به طور کلی، باعث افزایش مقدار تولید هیدروژن می‌شود. روش پیشنهادی در این مقاله (GLC+PI) برای کنترل غلظت سوبسترا در واکنشگاه زیستی تولید هیدروژن، در مقایسه با کنترل‌کننده‌های NC و PI، عملکرد بهتری در تعقیب مقدار مقرر دارد. در صورت تغییر 25 درصدی پارامترهای سینتیکی، عملکرد NC مختل می‌شود، اما روش های PI و GLC+PI در برابر این مقدار عدم قطعیت مقاوم هستند. عملکرد مناسب کنترل‌کننده می‌تواند تولید پایدار هیدروژن را تضمین کند. مقایسه نتایج شبیه‌سازی در حالت حلقه‌باز و حلقه‌بسته نشان می‌دهد که کنترل غلظت سوبسترا باعث افزایش 90 درصدی تولید هیدروژن می‌شود.
شماره‌ی مقاله: 7
نوع مقاله: پژوهشی اصیل |
موضوع مقاله:
انتقال جرم
دریافت: 1400/10/6 | پذیرش: 1401/2/26 | انتشار: 1401/2/26
دریافت: 1400/10/6 | پذیرش: 1401/2/26 | انتشار: 1401/2/26
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |