[Back]

C. Lohninger:
"Efficient modelling and control design for suppression of pressure oscillations in an industrial condensation process";
Supervisor: M. Kozek; Institut für Mechanik und Mechatronik, 2018; final examination: 2018-06-20.

In this work, a simple yet versatile modelling approach for sinusoidal pressure oscillations
in an industrial multi-stage condensation system and different control schemes
for suppression are presented. The investigated condensation system is embedded in
an extensive extraction system and is used to separate a volatile component substance
out of a gas mixture. The main problem is posed by unknown and unmeasured process
disturbances which may ultimately lead to pressure peaks exceeding the ambient pressure.
When an over-pressure occurs, the volatile component may escape to the ambient,
and a safety shut-down is triggered. A surrogate model, based on observations and the
physical motivation that a gas flow contains kinetic and potential energy, is developed.
The model is then based on the momentum and the ideal gas equation. The validation
shows a good agreement with measurements in the time and frequency domain. To
suppress the oscillations and guarantee an under-pressure in the system a linear output
feedback controller, an adaptive algorithm for rejection of sinusoidal disturbances and
a LQR-Controller with integration of the control error are compared. The simulation
shows that the readily implementable linear output feedback control scheme sufficiently
suppresses the oscillations and safely keeps the pressure in the under-pressure range

In dieser Arbeit wird ein einfacher aber vielseitiger Modellierungsansatz für sinusförmige
Druckschwingungen in einem industriellen mehrstufigen Kondensationssystem und
verschiedene Regelungskonzepte zur Unterdrückung jener vorgestellt. Das untersuchte
Kondensationssystem ist in ein weitreichendes Absaugsystem eingebettet und dient
zur Abtrennung einer gefährlichen Substanz aus einem Dampfgemisch. Das Hauptproblem
sind unbekannte und ungemessene Prozessstörungen, die letztlich zu Druckspitzen
führen können, die den Umgebungsdruck übersteigen. Bei Überdruck kann die
leichtflüchtige Substanz unerwünscht in die Raumluft entweichen und eine Sicherheitsabschaltung
wird ausgelöst. Ein Ersatzmodell, basierend auf Beobachtungen und der
physikalischen Motivation, dass eine Gasströmung kinetische und potentielle Energie
enthält, wird entwickelt. Das Modell basiert auf der Impulsbilanz und der idealen Gasgleichung.
Die Validierung zeigt eine gute Übereinstimmung mit den Messungen im Zeitund
Frequenzbereich. Zur Unterdrückung der Schwingungen und zur Gewährleistung
eines Unterdrucks im System werden ein linearer Regler, ein adaptiver Algorithmus
zur Unterdrückung sinusförmiger Störungen und ein LQR-Regler mit Integration des
Regelfehlers verglichen. Die Simulation zeigt, dass das leicht implementierbare lineare
Regelungsschema die Oszillationen ausreichend unterdrückt und den Druck im Unterdruckbereich
sicher hält.

pressure oscillations, condensation process, active suppression