Model-Based Control of Particulate Processes

فرایندهای ذرات با حضور همزمان یک فاز پیوسته و یک فاز پراکنده (ذرات) مشخص می شوند و به طور گسترده در صنعت برای تولید بسیاری از محصولات با ارزش بالا استفاده می شوند. به عنوان مثال می توان به کریستالیزاسیون پروتئین ها برای کاربردهای دارویی، راکتورهای پلیمریزاسیون امولسیونی برای تولید لاتکس، سنتز آئروسل پودر تیتانیا که در تولید رنگدانه های سفید استفاده می شود، و پردازش اسپری حرارتی پوشش های نانوساختار اشاره کرد. اکنون به خوبی درک شده است که خواص فیزیکی و شیمیایی و مکانیکی مواد ساخته شده با ذرات به شدت به ویژگی های توزیع اندازه ذرات مربوطه بستگی دارد. این واقعیت، همراه با پیشرفت‌های اخیر در دینامیک سیستم‌های بی‌بعدی و تئوری کنترل غیرخطی، انگیزه تحقیقات گسترده‌ای را در مورد کنترل مبتنی بر مدل فرآیندهای ذرات با استفاده از تعادل جمعیت برای دستیابی به کنترل دقیق توزیع اندازه ذرات فراهم کرده است. این کتاب - اولین در نوع خود - روش‌های کلی برای سنتز کنترل‌کننده‌های بازخورد غیرخطی، قوی و محدود را برای کلاس‌های وسیعی از مدل‌های فرآیند ذرات ارائه می‌کند و کاربردهای آن‌ها را برای فرآیندهای کریستالیزاسیون، آئروسل و اسپری حرارتی که از نظر صنعتی مهم هستند، نشان می‌دهد. کنترل‌کننده‌ها از تعداد محدودی سنسور اندازه‌گیری و محرک‌های کنترلی برای دستیابی به تثبیت سیستم حلقه بسته، ردیابی خروجی، کاهش اثر عدم قطعیت مدل و کاهش اشباع محرک استفاده می‌کنند.

Particulate processes are characterized by the co-presence of a contin­ uous phase and a dispersed (particulate) phase, and are widely used in industry for the manufacturing of many high-value products. Examples include the crystallization of proteins for pharmaceutical applications, the emulsion polymerization reactors for the production of latex, the aerosol synthesis of titania powder used in the production of white pig­ ments, and the thermal spray processing of nanostructured coatings. It is now well understood that the physico-chemical and mechanical properties of materials made with particulates depend heavily on the characteristics of the corresponding particle size distribution. This fact, together with recent advances in dynamics of infinite-dimensional sys­ tems and nonlinear control theory, has motivated extensive research on model-based control of particulate processes using population balances to achieve tight control of particle size distributions. This book - the first of its kind - presents general methods for the synthesis of nonlinear, robust and constrained feedback controllers for broad classes of particulate process models and illustrates their applica­ tions to industrially-important crystallization, aerosol and thermal spray processes. The controllers use a finite number of measurement sensors and control actuators to achieve stabilization of the closed-loop system, output tracking, attenuation of the effect of model uncertainty and han­ dling of actuator saturation.