In Sik Chin, Kwang Soon Lee, Jay H. Lee* Department of Chemical Engineering, Sogang University

1. A Technique for Integrated Quality Control, Profile Control andConstraint Handling for Batch Processes In Sik Chin, Kwang Soon Lee, Jay H. Lee* Department of Chemical Engineering, Sogang University School of Chemical Engineering, Purdue University* Control and PSE Lab.

2. 머 릿 말 회분/반회분 공정의 중요성에도 불구하고 회분/반회분 공정의 경우 그간 고급 제어 기법을 개발, 적용하려는 시도는 연속 공정의 경우에 비하여 그다지 많지 않았던 것이 사실이다. 이와 같은 시도의 하나로서 본 연구에서는 회분/반회분 공정를 위한 고급 제어 기법을 제시하고 있다. 나아가 기존의 추적 제어뿐 아니라 품질 제어 를 동시에 고려하는 제어 기법을 제시하고자 했으며 이를 위하여 반복 학습 제어와 모델 예측 제어의 개념을 통합, 적용하였다. Control and PSE Lab.

3. 서 론 Review of Q-ILC Review of Batch MPC QBMPC 발표 내용 Control and PSE Lab.

4. 1 회분 2 회분 초기조건설정 초기조건설정 품질측정 제 어 품질측정 제 어 회분 공정의 운전Pattern 회분 반응기, 증류, 건조 열처리 공정 CVD Control and PSE Lab.

5. 1 회분 2 회분 초기조건설정 초기조건설정 품질측정 제 어 품질측정 제 어 추적제어결과 측정 품질 개선된 운전방안 본 연구의 목적 과거 회분의 운전정보를 이용하여(feedback) 품질과 추적제어의 성능을 지속적으로 향상시킬 수 있는 새로운 고급제어방법의 개발 Control and PSE Lab.

6. 다변수 연속공정의 제어 : 모델예측제어 공정모델을 기반으로 예측에 근거한 제어 제약조건이 있는 다변수공정의 제어에 탁월한 성능 ASPEN TECH., HONEYWELL, ADERSA등에 의해 상업화 Control and PSE Lab.

7. 회분공정의 제어 시간에 따라 변하는설정치를 추적 - servo제어 적분기능을 가진 feedback제어로는 제어오차 제거가 불가능 공정의 비선형 특성이 심하게 노출 최종 생산물 품질제어의 중요성 Feedback제어에 의한 회분공정의 제어 Control and PSE Lab.

8. 회분운전정보의 Feedback : 반복학습제어 이전 회분의 운전결과를 feedback하여 다음 회분의 제어신호 계산 모델오차에도 불구하고 zero error성취 반복되는 외란 완전제거 Control and PSE Lab.

9. 시간에 따라 차수가 변하는 공정변수 수용 공정변수의 제약조건 처리 가능 충분한 자유도가 있는 경우, 모델오차가 있는 경우에도 회분이 반복되며 (품질 및 공정 변수의) 정밀제어 성취 제안된 제어방법의 주요 특징 모델 근거 “예측”에 의한 (품질 및 공정 변수의) 실시간 제어 기능 부가 Control and PSE Lab.

10. 서 론 Review of Q-ILC Review of Batch MPC QBMPC Control and PSE Lab.

11. Model for Batch Process : Q-ILC : Algorithm 전개(I) (Lee et. al. 1996 & Amann et. al. 1996) 여기서 라 하면 Output Error Transition Model : Control and PSE Lab.

12. Formulation Optimal Input(Unconstrained solution) Q-ILC : Algorithm 전개(II) subject to various constraints Control and PSE Lab.

13. 입력의 high frequency sensitivity완화 공정변수의 제한조건 처리 가능 Q-ILC : 특성 Batch-wise적분기능에 의하여 모델오차, 반복되는 외란의 존재 하에서도 tracking offset제거 현 회분운전 중 발생하는 외란 제거능력의 결여 Control and PSE Lab.

14. 서 론 Review of Q-ILC Review of Batch MPC QBMPC Control and PSE Lab.

15. Batch MPC : 실시간 예측제어기능의 결합 MPC와 Q-ILC기능의 결합 • 상당한 모델 오차하에서도 정밀제어 가능 • 반복 외란 완전 대처 • 임의의 실시간 외란은MPC기능으로 대처 (기존 MPC보다 월등한 제어 성능) • 공정변수 제약조건 처리 가능 Control and PSE Lab.

16. t-1 t t+1 k회분 Batch MPC : Algorithm 전개(I) Modeling(상태 공간 모델) 에서 같은 방법으로 따라서 Control and PSE Lab.

17. Formulation Predictor Batch MPC : Algorithm 전개(II) subject to constraints Control and PSE Lab.

18. Batch MPC : 반응기 제어 실험(I) 장치 및 조건 Control and PSE Lab.

19. Batch MPC : 반응기 제어 실험(II) 결과 1 : 초기 수렴과정, 외란 없음 PID Control Batch MPC(6th run) Control and PSE Lab.

20. Batch MPC : 반응기 제어 실험(III) 결과 2 : 초기 온도 변화에 대한 제어능력 Batch MPC(6th run) Batch MPC(7th run) Control and PSE Lab.

21. Batch MPC : 반응기 제어 실험(IV) 결과 3 : 반응열 15% 변화에 대한 제어능력 Batch MPC(7th run) Q-ILC(7th run) (Learning only) Control and PSE Lab.

22. 서 론 Review of Q-ILC Review of Batch MPC QBMPC Control and PSE Lab.

23. QBMPC : 품질예측제어기능의 결합 개 요 • 공정변수 및 이차측정치를 이용하여 품질변수과의 regression model구성 • Regression model을 이용하여 실시간 (최종)품질 예측 모델구성 • Batch MPC의 틀 내에 결합, 예측된 품질이 목표치에 일치하도록 공정변수와 함께 제어 • 학습제어의 기능에 의하여 부정확한 품질 모델로도 완전제어 가능 신뢰구간 Control and PSE Lab.

24. QBMPC : Quality Model 피제어 공정변수(온도, 압력 등) profile, 이차 측정변수(점도, 전환율 등) profile, 제어입력변수(자킷온도, 원료유량 등) profile, 최종생산물의 품질 이면 기존의 추정제어는 정확한 quality model을 요구 Control and PSE Lab.

25. Quality Prediction Model Control and PSE Lab.

26. QBMPC : Algorithm의 전개(I) Modeling (확장된 상태 공간 모델) 따라서 실시간 예측제어를 수행하며 인 Batch MPC구성 가능 여기서 이다. Control and PSE Lab.

27. QBMPC : Algorithm의 전개(II) Predictor Control and PSE Lab.

28. QBMPC : Algorithm의 전개(III) Formulation subject to input/output constraints 혹은 subject to with other constraints Control and PSE Lab.

29. QBMPC : 기타 고려사항 공정변수와 이차측정변수의 서로 다른 sampling time: 상태공간 모델의 measurement 식에 반영함으로써 해결 품질변수regression모델의 구성 : 수치적 안정성을 위하여 PCA/ PLS도입 의 신뢰도 구간이 시간에 따라 측정치가 축적되며 축소: 의 covariance변화를 근거로 weight을 시간에 따라 증가 Control and PSE Lab.

30. Observer-based QBMPC(I) Modeling (확장된 상태 공간 모델) 여기서 이다. Control and PSE Lab.

31. Observer-based QBMPC(II) Predictor 초기조건 : Control and PSE Lab.

32. Observer-based QBMPC(III) Estimator 초기조건 : Control and PSE Lab.

33. 반회분 반응기의QBMPC(I) 반응 A + B --> C B + C --> D Control and PSE Lab.

34. 반회분 반응기의QBMPC(II) 운전 MV : Tj, QB PV : T SV : CA QV : NC(100) Dist : CBF (0.95 mol/l --> 0.90 mol/l from 20th batch) Control and PSE Lab.

35. QBMPC 설계를 위한 모델규명 Reference Trajectory를 추적하는 PI제어결과의 주변에서의 모델규명 실험 Control and PSE Lab.

36. Parameters of QBMPC Nominal Case Control and PSE Lab.

37. Tj로 온도추적제어만 수행한 경우(QB=1 l/min) Quality Variables Reactor Temperature Control and PSE Lab.

38. Tj로 온도추적과 품질제어 동시에 수행한 경우(QB=1 l/min) Quality Variables Reactor Temperature Control and PSE Lab.

39. Tj와 QB로 온도추적과 품질제어 동시에 수행한 경우(Q/R ratio의 영향) Quality Variables Reactor Temperature Control and PSE Lab.

40. Tj와 QB로 온도추적과 품질제어 동시에 수행한 경우(Rw/Rv ratio의 영향) Reactor Temperature Quality Variables Control and PSE Lab.

41. Tj와 QB로 온도추적과 품질제어 동시에 수행한 경우(Only Inferential Control 비교) Quality Variables Control and PSE Lab.

42. Tj와 QB로 온도추적과 품질제어 동시에 수행한 경우(Rwqq의 영향) Quality Variables Control and PSE Lab.

43. Tj와 QB로 온도추적과 품질제어 동시에 수행한 경우(Random Dist.에 대한 대처능력) Disturbance Pattern Quality Variable Control and PSE Lab.

44. 결 론 모델의 불확실성에도 불구하고 정밀한품질제어와 추적제어를 가능케 하는 새로운 회분/반회분 공정의 제어방법 * Batch-wise feedback을 하지 않는 경우, 모델의 부정확성에 의한 품질제어오차를 피할 수 없음. Control and PSE Lab.