Politecnico di Torino
Politecnico di Torino
   
Login  
en
Politecnico di Torino
Anno Accademico 2007/08
01IOIFT
Sviluppo e controllo avanzato dei processi
Corso di L. Specialistica in Ingegneria Chimica - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Fissore Davide ORARIO RICEVIMENTO A2 ING-IND/26 56 28 0 0 5
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/26 7.5 B - Caratterizzanti Ingegneria chimica
Obiettivi dell'insegnamento
Il Corso di Sviluppo e Controllo Avanzato dei Processi ha come obiettivo quello di completare la formazione dell'allievo ingegnere chimico nel campo del controllo di processo, con particolare attenzione sia agli aspetti teorico-matematici del problema che a quelli impiantistici.
Il corso si articola in tre sezioni: nella prima parte vengono richiamati i concetti fondamentali sul controllo in retroazione di sistemi lineari con una variabile controllata ed una manipolata (SISO), si analizzano i sistemi lineari in cui si hanno più variabili da controllare e più variabili manipolabili (MIMO) e si affronta il problema dell'identificazione (lineare) di processo prendendo in esame il metodo dei momenti applicato alla risposta del sistema ad una sollecitazione a gradino o ad impulso.
La seconda parte del corso è focalizzata su controllori più avanzati. Si prenderà in esame lo studio della dinamica e del controllo di sistemi non lineari ed il controllo MPC (Model Predictive Control). Cenni verranno forniti sui sistemi di controllo basati sullo stato del sistema e sul progetto degli stimatori di stato (osservatori).
Nella terza parte del corso si passerà allo studio del controllo di apparecchiature di processo dell'ingegneria chimica, nonché del controllo di un processo chimico nella sua interezza, esaminando anche la documentazione che deve essere prodotta in fase progettuale (PFD, P&ID). In questo ambito lo studente verrà introdotto all'impiego di un simulatore di processo (ASPEN Plus) sia per il dimensionamento delle apparecchiature, sia per lo studio della loro dinamica, in presenza o meno di controllori.
Competenze attese
Far acquisire allo studente una adeguata conoscenza dei controllori MIMO e di quelli per sistemi non-lineari, nonché la capacità di proporre logiche di controllo per apparecchiature e processi. Inoltre lo studente acquisirà la capacità di utilizzare un simulatore di processo (ASPEN Plus).
Prerequisiti
Conoscenza degli argomenti trattati nel corso di Dinamica e Controllo dei Processi Chimici.
Programma
Sviluppo dei processi, P&I, Simulazione dinamica dei processi, Controllo basato sul modello: compensatori; controllo multivariabile; tecniche di controllo avanzate e nonlineare.
Programma: informazioni integrative
1. Identificazione di processo
Identificazione di processo basata sulla risposta a sollecitazioni. Il metodo dei momenti. Stima di parametri con i minimi quadrati: problemi lineari, problemi non lineari.
2. Dinamica e controllo di sistemi non lineari
Caratteristiche di sistemi non lineari. Linearizzazione ed approccio classico. Controllo adattivo: Scheduled Adaptive Control, Model Reference Adaptive Control, Self Tuning Adaptive Control. Linearizzazione mediante trasformazione di variabili.
3. Controllo convenzionale di sistemi MIMO
Sistemi multivariabile (MIMO). Le interazioni. Controllori convenzionali (più anelli SISO in retroazione). Il pairing. La matrice RGA. Il decoupling.
4. Model Predictive Control
Formulazione del problema. Caratteristiche dei controllori MPC. Dynamic Matrix Control. Esempi.
5. Controllo di apparecchiature e di processi
Schema di flusso strumentato e schema di marcia (PFD e P&ID). Calcolo dei gradi di libertà per il controllo. Logica di controllo per singole apparecchiature: scambiatori di calore, condensatori, scambiatori di materia, reattori, cristallizzatori e concentratori. Colonne di distillazione: scelta delle variabili manipolabili e controllo.
Linee guida per il progetto del sistema di controllo di un processo. Approccio gerarchico. Sistemi integrati: controllabilità; introduzione di variabili manipolabili aggiuntive. Controllo di sistemi completi. Case study: il processo HDA.
6. Simulazione stazionaria e dinamica di apparecchiature e di processi
Introduzione all'uso di ASPEN Plus: calcolo di proprietà, analisi di sensitività, funzioni obiettivo, ottimizzazione. Calcolo di apparecchiature e di processi. La simulazione dinamica: risposta del sistema, con e senza controllori, a variazioni delle variabili manipolabili e di disturbi.
Laboratori e/o esercitazioni
Sono previste numerose esercitazioni di calcolo in cui vengono applicati i concetti esposti a lezione. In particolare lo studente imparerà ad utilizzare MATLab per risolvere problemi numerici quali la risoluzione di equazioni e di sistemi di equazioni non lineari e di sistemi di equazioni differenziali. Inoltre lo studente imparerà ad utilizzare il simulatore di processo ASPEN Plus, sia per il progetto di apparecchiature e di processi, sia per lo studio della dinamica di questi sistemi in presenza o meno di controllori. Lo studente inoltre avrà modo di esercitarsi nella stesura di uno schema di flusso per un processo chimico.
Bibliografia
a) Ogunnaike, B. A., Ray, W. H. Process dynamics, modeling and control. Oxford University, 1994
b) materiale fornito dal docente.
Controlli dell'apprendimento / Modalità d'esame
Il corso prevede una esercitazione di stesura di un P&ID di un processo chimico; tale esercitazione dovrà essere consegnata entro e non oltre il termine delle lezioni e la sua valutazione concorrerà alla formazione della valutazione finale.
L'esame finale consisterà in una prova scritta che prevedrà la risoluzione di alcuni esercizi analoghi a quelli visti durante le esercitazioni; verrà valutata la capacità di utilizzare il simulatore di processo ASPEN Plus. Un colloquio orale, che verterà su tutti gli argomenti del corso, completerà la valutazione.
Note

Bibliografia
a) Testo di riferimento per il corso:
B. W. Bequette, Process Control, Prentice Hall, 2003.

b) Per approfondimenti ed ulteriore consultazione:
B. A. Ogunnaike, W. H. Ray, Process Dynamics, Modelling and Control, Oxford Press , 1994

Controllo dell'apprendimento e modalità d'esame
L'esame è scritto.
L'esame scritto consiste nella soluzione di un problema che coinvolge la simulazione di un sistema e la costruzione di un sistema di controllo. Il tempo massimo a disposizione è di 180 minuti. La sufficienza si ottiene con lo sviluppo significativo di almeno metà delle domande.
Il risultato positivo dell'esame scritto deve essere registrato nella stessa sessione, pena il decadimento del voto ottenuto.
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2009/10
Indietro



© Politecnico di Torino
Corso Duca degli Abruzzi, 24 - 10129 Torino, ITALY
WCAG 2.0 (Level AA)
Contatti