Aeration control of a wastewater treatment plant using hybrid NMPC

Cristea, S.; Prada, César de; Sarabia, Daniel; Gutiérrez, Gloria

doi:10.1016/j.compchemeng.2010.07.021

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“…For a water system, it can be a useful tool to deal with discontinuous on/off hydraulic structures [53], [54]. When using classical MPC for discontinuous control structures, a decision needs to be made at each sampling step about the optimal control sequence from now on until the end of the prediction horizon N p , i.e., a chain of N p elements of ON or OFF states needs to be found.…”

Section: B Time Instant Optimization Mpcmentioning

confidence: 99%

Delivery-Oriented Hierarchical Predictive Control of an Irrigation Canal: Event-Driven Versus Time-Driven Approaches

Sadowska

Schutter

Overloop

2015

IEEE Trans. Contr. Syst. Technol.

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In this paper, we present the concept of a hierarchical predictive controller used for irrigation canals. The motivation behind this paper is the need in the field of irrigation to deliver water to farmers fast, but with minimal resources involved, as the communication links in the field are not dependable in practice. In response to such a control problem, we propose a hierarchical controller: the lower control layer is formed by decentralized proportional integral (PI) controllers and the higher control layer is constituted by a centralized predictive controller, the purpose of which is to control the inflow to the canal and, importantly, to coordinate the local controllers by modifying their setpoints. Having in mind the restrictions on the available communication infrastructure and the control equipment already present, the scheme is designed to be event driven, i.e., activated when there are either delivery requests or non-delivery-related events of any sort, requiring special care on top of the control provided by the PI controllers. We also study a time-driven formulation with an additional postprocessing step to avoid excessive negligible setpoint modifications. We compare the event-driven formulation and the time-driven formulation theoretically as well as by means of a simulation study for the West-M irrigation canal in Phoenix, Arizona, illustrating the findings of this paper. It is shown that the event-driven controller is able to provide a good balance between the control performance and the required update frequency of the control settings.Index Terms-Application of optimal control, control of irrigation canals, event-driven control, hierarchical control, model predictive control, PI control.

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Section: B Time Instant Optimization Mpcmentioning

confidence: 99%

Delivery-Oriented Hierarchical Predictive Control of an Irrigation Canal: Event-Driven Versus Time-Driven Approaches

Sadowska

Schutter

Overloop

2015

IEEE Trans. Contr. Syst. Technol.

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“…Desde un punto de vista práctico, son muchas las EDAR en las que actualmente la operación consiste en una decisión lógica de tipo on-off relativa a las válvulas que determinan el aporte final de oxígeno o, en algunos casos, relativa a los mismos motores que proporcionan el aporte de oxígeno a los difusores. En Cristea et al (2011) se plantean estas consideraciones de operación en base a una formulación de control predictivo híbrido, conjugando variables binarias con variables continuas. El algoritmo propuesto incluye de manera simultánea tanto objetivos económicos como de control.…”

Section: Control Del Oxígeno Disueltounclassified

“…Chotkowski et al (2005) NLMC / AD controlador NLMPC y adaptativo basado en modelo de referencia, Biswas et al (2007) GA Optimización de la cadena de tratamiento Holenda et al (2008) MPC control de DO manipulando K L a mediante un controlador MPC Piotrowski et al (2008) NLMC control predictivo no-lineal para DO incorporando los modelos de los sopladores Flores-Alsina et al (2008) optimización decisión de la mejor estrategia de control y los correspondientes set-points mediante optimización multicriterio Brdys et al (2008) NLMPC / CO Arquitectura jerárquica con supervisión, optimización y controladores de seguimiento Shen et al (2009) DMC / NMPC / QDMC control de las variables que componen el EQI, añadiendo restricciones duras en las variables manipuladas y restricciones suaves en las variables controladas Machado et al (2009) optimización Set-points para controles descentralizados basados en criterios económicos. Cristea et al (2011) NMPC Control predictivo hibrido con consideraciones económicas aplicado al control de aireación. Belchior et al (2011) ADFC / FC / PI control de DO mediante un controlador ADFC y comparación del rendimiento con un FC básico y con un PI.…”

Section: Aplicación De Técnicas De Optimizaciónunclassified

Control en Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales: Estado actual y perspectivas

Vilanova

Santín²,

Pedret³

2017

Revista Iberoamericana de Automática e Informática Industrial R

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ResumenEste trabajo constituye la segunda parte de una revisión de la problemática del control de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) para el tratamiento de agua residual urbana. Después de haber presentado en la primera parte las perspectivas correspondientes al modelado y simulación, en esta segunda parte nos centramos en el control de las mismas. Esta depuración se realiza, mayoritariamente, mediante procesos biológicos, concretamente, mediante el denominado proceso de fangos activados. El hecho de tratar con un proceso biológico conlleva una elevada complejidad tanto desde el punto de vista de modelado como, por supuesto, de control. Se revisa el control de EDAR desde su perspectiva histórica, como de los lazos de control más usuales, problemáticas que presentan y algunas de las soluciones propuestas. Se realiza también una revisión de la aplicación de las diferentes técnicas de control catalogándolas de acuerdo a su filosofía. Para terminar se ofrece una visión de las tendencia actuales y perspectivas de desarrollos futuros. Palabras Clave:Estaciones depuradoras de aguas residuales, benchmarking, control y operación

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“…Some cases of NLMPC for the automation of the activated sludge process are found in [7] and [8], where hybrids nonlinear MPC for real plant cases are proposed, working on complex non-linear first-principles models of the systems involved. Works on NLMPC concerning applications on the BSM1 are due to [4] and [9].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Neural-MPC for N-removal in activated-sludge plants

Goldar

Revollar

Lamanna

et al. 2014

2014 European Control Conference (ECC)

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A nonlinear model predictive controller based on neural networks is designed in this paper to regulate the nitrogen removal in the activated-sludge process. The benchmark simulation model (BSM1) is used to implement the predictive controller and to study its behavior in different situations. Also input-output data are gathered from the benchmark for the neural networks training. Control results under dry-weather perturbations are satisfactory when compared to other types of NLMPC.

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Aeration control of a wastewater treatment plant using hybrid NMPC

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Delivery-Oriented Hierarchical Predictive Control of an Irrigation Canal: Event-Driven Versus Time-Driven Approaches

Delivery-Oriented Hierarchical Predictive Control of an Irrigation Canal: Event-Driven Versus Time-Driven Approaches

Control en Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales: Estado actual y perspectivas

Neural-MPC for N-removal in activated-sludge plants

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