Application of model predictive control to batch polymerization reactor

Aplicación del modelo de control predictivo al reactor de polimerización por lotes

La ausencia de un estado operacional estable en reactores de polimerización es factor que induce la necesidad de un sistema especial de control. En este estudio se implementa una metodología para controlar la operación en un reactor de polimerización para la producción de poliestireno empleando un modelo predictivo de control. Las condiciones necesarias para operar fueron determinadas con el fin de producir el polímero dentro las características deseadas mediante la utilización de un modelo en el proceso de polimerización. El principal objetivo del control es llevar la temperatura del reactor hacia la temperatura necesaria, tan rápidamente como sea posible, sin sobrepasar los límites mínimos. La ejecución del control para el método propuesto mostró los buenos resultados. Se ha observado que el sobrepaso de la temperatura puede minimizarse mediante el método propuesto, el uso tanto del reactor como de un balance de la energía del mismo, para el control de la temperatura del reactor.

INTRODUCCIÓN

Las técnicas de identificación no lineal se utilizan desde hace mucho tiempo y los modelos no lineales se emplean en los algoritmos de control predictivo. Las técnicas de control avanzadas necesitan buenos datos de identificación que cubran todo el rango de la variable del proceso. Los recientes avances en la modelización de sistemas dinámicos no lineales, como las redes neuronales, abren un nuevo y estimulante camino hacia la identificación no lineal de caja negra. El control predictivo del modelo es un esquema de control en el que el controlador determina un perfil de entrada de control que optimiza una función objetivo dada en un intervalo de tiempo que se extiende desde el tiempo actual hasta el horizonte de predicción. Desde que Richalet et al. (1978) introdujo el concepto de control predictivo de modelos en la industria, se han propuesto varios tipos de controladores predictivos en la literatura, mientras que Soeterboek (1992) propuso el controlador predictivo de enfoque unificado que incluye las características de varios controladores predictivos de modelos bien conocidos. Debido al complejo mecanismo de reacción, las fuertes no linealidades inherentes y la ausencia de estado estacionario, el control de un proceso de polimerización por lotes presenta muchos problemas. Además, las incertidumbres del modelo son inevitables, como en la mayoría de los demás procesos químicos, y estas características dificultan la aplicación de los controladores basados en modelos. El esquema de control adaptativo es una solución potencial y se han realizado algunos estudios en el ámbito de la polimerización.

Se han evaluado varios tipos de algoritmos de control adaptativo, no lineal y predictivo de modelos para el control de un reactor de polimerización por lotes. Kiparissides y Shah (1983) aplicaron algoritmos de control adaptativo y un controlador PID de ganancia fija a un reactor de cloruro de polivinilo por lotes, y realizaron estudios de simulación.