DAILY PAPER REVIEW

0914_Real-Time Fault Tolerant Control of a Reverse Osmosis

 

 

1) Title & Author
Journal: 2009 American Control Conference Hyatt Regency Riverfront, St. Louis, MO, USA June 10-12, 2009
Title: Real-Time Fault Tolerant Control of a Reverse Osmosis Desalination Plant Based on a Hybrid System Approach
Author: Adrian Gambier, Nikolaus Bl?mlein, Essameddin Badreddin

2) Summary of Paper
이 논문은 역삼투막 플랜트에서 발생가능한 faults와 이에 대한 제어를 위한 것입니다. 실제로 실험실용 역삼투막 플랜트로부터 획득한 fault tolerant control system (FTCS)의 결과를 보여줍니다. 또한, 이 연구에서의 방법론은 Hybrid Automation에 의한 여러가지 FTC 접근들의 조합을 포함하고 있습니다. FTCS는 플랜트의 여러 부품의 결함에도 불구하고 프로세스가 안정적인 성능을 가지고 일을 할 수 있도록 제어하는 것을 말합니다. 따라서 FTCS는 고장이 발생하기 전에 결함을 발견하는 것이 중요합니다.
이 연구에서 이용한 시스템은 아래 그림과 같이 구성되어 있습니다.

이 연구에서는 오직 pressure control만을 고려해서 SISO system으로 간소화하여 연구를 진행하였습니다. Retentate의 끝에 위치한 밸브의 조작을 통해 flow의 양을 조절하게 되고, 이는 결국 멤브레인 내부의 압력에 영향을 주게 된다. 따라서 밸브의 조작에 따른 permeate flow rate과 permeate concentration은 영향을 받게 되고, 아래의 그림은 이에 따른 실험결과를 보여줍니다.

이 연구에서는 플랜트의 system identification을 open loop에서 N4SID 알고리즘을 통해 실시하였습니다. 첫번째 nominal model은 밸브가 50% 열린 상태의 데이터를 통해 추출되었으며, 두번째 model은 밸브가 70% 열린 상태에서 진행되었습니다.
플랜트의 발생 가능한 중요한 결함들이 선택되었으며, 이를 표로 정리되었으며. 또한 이를 제어하기 위한 방안도 함께 제안되었습니다.

이를 토대로 hybrid supervisor을 이용해서 FTCS를 구성을 이 논문에서는 하였습니다. 

위에서 보는 Automation은 각 경우에 따른 FTC를 선택하는 것을 표현해 주는 것입니다. 제어를 위해 model predictive control (MPC)이 사용되었습니다. 이와 관련된 목적함수와 제약조건들은 다음과 같습니다.


결과로서, 아래의 그림들은 여러 가지 결함에 따른 operation의 변화를 보여줍니다. 총 5가지 경우를 보여주고 있으며, Low pressure Pump의 일시적인 고장과 밸브 스피드의 감소로 인한 control system의 영향을 보여주고 있으며, MPC 알고리즘이 이를 잘 반영하여 제어하고 있음을 보여줍니다. 세번째 경우는 센서의 교란에 의한 제어시스템의 영향을 보여주고 있습니다. 네번째 경우는 신호의 교란에 의한 제어시스템의 영향을, 다섯번째 경우는 유입수의 누수로 인한 영향을 보여줍니다. 모든 경우에서 새롭게 디자인된 FTC system이 더 좋은 결과를 보여주고 있음을 보여줍니다.

3) Originality & Creativity
이 논문은 RO plant의 real-time으로 발생 가능한 운전상의 faults를 발견하고, 이를 제어하는 데 큰 의의가 있습니다.

4) Contribution to ESEL
이 논문은 차후에 개발된 모델을 토대로 제어 시스템을 고려할 경우 적용될 수 있을 것으로 판단됩니다.

5) 리뷰어 : lyg@gist.ac.kr

첨부 (1)
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