پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر
فصلنامه علمی - پژوهشی

کنترل ولتاژ پیل سوختی میکروبی دو محفظه ای با استفاده از کنترل کننده PI کلاسیک و کنترل پیش بین مدل(MPC)

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

مرتضی اسفندیاری 1
محمد علی فنایی 2

1 گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بجنورد، بجنورد، ایران

2 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد ، ایران

چکیده
در این مقاله برای بررسی کنترل ولتاژ یک پیل سوختی میکروبی دومحفظه ای از دو نوع کنترل کننده PI کلاسیک و کنترل کننده MPC استفاده شده است. بدین منظور برای مدلسازی پیل سوختی میکروبی دو محفظه ای از مدل ارائه شده توسط اسفندیاری و همکارانش[1, 2] استفاده شده است. سپس براساس این مدل، یک کنترل کننده PI کلاسیک مبتنی بر مدل داخلی و یک کنترل کننده MPC طراحی و پیاده سازی شد. بر اساس کنترل کننده های طراحی شده، با تنظیم دبی وروی سوبسترا در برابر تغییراتی که معمولاً به صورت اغتشاش مانند غلظت ورودی به سوبسترا یا تاثیر وجود نامعینی در پارامترهای مدل فرآیند مانند و به سیستم اعمال شد. که میزان خطای مطلق انتگرالی، زمان خیز و فرارفت به ترتیب برای کنترل کننده PI کلاسیک برابر با 159/13، 75/3 و 091/0 و برای کنترل کننده MPC 908/11، 035/0 و 142/0 می باشد. که نتایج نشان می دهد که کنترل کننده MPC در مقایسه با کنترل کننده PI کلاسیک از عملکرد مطلوب تری برخوردار است.

کلیدواژه‌ها

پیل سوختی میکروبی
کنترل ولتاژ
PI
MPC

موضوعات

عنوان مقاله English

Voltage control of Two-chamber microbial fuel using classical PI and MPC controller

نویسندگان English

Morteza Esfandyari 1
Mohammad Ali fanaei 2
1 Department of chemical engineering, University of Bojnord, Bojnord, Iran
2 Department of chemical engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده English

In this paper, for control Voltage of two chamber Microbial fuel cell, two-type PI controller and MPC controller are used. For this purpose, two compartments of the model presented by Esfandyari et al. [1, 2] have been used to model the microbial fuel cell. Then, based on this model, a classic PI controller based on the internal model and a MPC controller was designed and implemented. Based on the designed controllers, it was adjusted by adjusting the flow rate of the substrate to changes usually introduced in turbulence, such as the concentration of input to the substrate, or the effect of the uncertainty in the parameters of the process model, such as rmax and Ks. The results show that the MPC controller has a better performance compared to the classic PI controller.

کلیدواژه‌ها English

Microbial Fuel Cell
VOLTAGE CONTROL
PI
MPC
1- Esfandyari M., Fanaei M.A., Gheshlaghi R., Mahdavi M.A., Dynamic modeling of a continuous two-chamber microbial fuel cell with pure culture of Shewanella. International Journal of Hydrogen Energy. 42, 21198-202, 2017.
2- Esfandyari M., Fanaei M.A., Gheshlaghi R., Mahdavi M.A., Mathematical modeling of two-chamber batch microbial fuel cell with pure culture of Shewanella. Chemical Engineering Research and Design. 117 , 34-4,2017.
3- Yan M., Fan L., Constant voltage output in two-chamber microbial fuel cell under fuzzy PID control. Int J Electrochem Sci. 8 , 3321-3332,2013.
4- Zeng Y., Choo Y.F., Ki B.H., Wu P., Modelling and simulation of two-chamber microbial fuel cell. Journal of Power Sources. 195, 79-89,2010.
5- Boghani H.C., Michie I., Dinsdale R.M., Guwy A.J., Premeir G.C., ontrol of microbial fuel cell voltage using a gain scheduling control strategy. Journal of Power Sources. 322 , 106-15, 2016.
6- Stewart P.S. , Diffusion in biofilms. Journal of bacteriology. 185 , 1485-1491,2003.
7- Merkey B.V., Chopp D.L.. The performance of a microbial fuel cell depends strongly on anode geometry: a multidimensional modeling study. Bulletin of mathematical biology. 74 834-857,2012.
8- Tang Y.J., Meadows A.L., Keasling J.D., A kinetic model describing Shewanella oneidensis MR-1 growth, substrate consumption, and product secretion. Biotechnology and Bioengineering. 96, 125-132, 2007.
.
9- Picioreanu C., van Loosdrecht M., Heijnen J., Multidimensional modeling of biofilm structure. Delft University of Technology, Faculty of Applied Sciences,1999.
10- Logan B.E., Hamelers B., Rozendal R., Schroder U., Keller J., Freguia S., et al. Microbial fuel cells: methodology and technology. Environmental science & technology, 40, 5181-592,2006.
11- Logan B.E., Microbial fuel cells. John Wiley & Sons2008.
12- Haverkamp R., Vauclin M., Touma J., Wierenga P., Vachaud G., A comparison of numerical simulation models for one-dimensional infiltration. Soil Science Society of 7America Journal. 41, 285-294,1977.
13- RenslowR., Babauta J., Kuprat A., Schenk J., Ivory C., Fredrickson J., et al. Modeling biofilms with dual extracellular electron transfer mechanisms. Physical Chemistry Chemical Physics. 15, 19262-16268,2013.
14- Smith C.A., Corripio A.B., Principles and practice of automatic process control. Wiley New York, 1985.

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما