Experimental performances of nonlinear GPC and discrete–time PID in multivariate process: NARIMAX and ARX models in temperature control of reactive distillation column in synthesis of biodiesel from waste cooking oil

Generalized Predictive Control (GPC) is a popular Model Predictive Control algorithm that has the advantage of handling multivariate process effectively. In this study, experimental temperature control of the reactive distillation column process in calcium−oxide catalyzed biodiesel synthesis from waste cooking oil was investigated using NARIMAX model−based nonlinear GPC and ARX model−based discrete–time PID control. Prior to the experiments, the effects of all parameters on temperature and biodiesel mole fraction were analyzed by HYSYS simulation. Subsequently, the control studies were carried out with the help of WCO flow rate and reboiler heat duty manipulating variables, and the algorithms and codes developed in MATLAB. In the SISO experiments, significant convergent temperature responses were obtained in each region controlled by the relevant manipulating variable. With respect to the MIMO experiments, all proposed methods, except the non-decoupled nonlinear GPC, were found to ultimately converge the setpoints, but the best performance was achieved in decoupled nonlinear GPC with less severe interaction, smaller settling time with no oscillations, lower IAE and ISE.

Çok deðiþkenli proseste doðrusal olmayan GPC ve kesikli-zaman PID'nin deneysel performansý: Atýk yemeklik yaðdan biyodizel sentezinde tepkimeli damýtma kolonunun sýcaklýk kontrolünde NARIMAX ve ARX modelleri

Genelleþtirilmiþ Öngörülü Kontrol (GPC), çok deðiþkenli prosesi etkili bir þekilde kontrol edebilme avantajýna sahip popüler bir Model Öngörülü Kontrol algoritmasýdýr. Bu çalýþmada, atýk yemeklik yaðdan kalsiyum-oksit katalizörlü biyodizel sentezinde tepkimeli damýtma kolonu prosesinin, NARIMAX model tabanlý doðrusal olmayan GPC ve ARX model tabanlý kesikli-zaman PID kontrol ile deneysel sýcaklýk denetimi incelenmiþtir. Deneyler öncesinde, tüm parametrelerin sýcaklýk ve biyodizel mol kesri üzerine etkileri HYSYS simülasyonu ile analiz edilmiþtir. Müteakiben, WCO akýþ hýzý ve kazan ýsý yükü ayar deðiþkenleri ve MATLAB'da geliþtirilen algoritmalar ve kodlar yardýmýyla denetim çalýþmalarý gerçekleþtirilmiþtir. SISO deneylerinde, ilgili ayar deðiþkeni ile kontrol edilen her bir bölgede önemli seviyede yakýnsak sýcaklýk cevaplarý elde edilmiþtir. MIMO deneyler açýsýndan ise, ayýrýmsýz doðrusal olmayan GPC haricinde, önerilen tüm yöntemlerde en nihayetinde ayar noktalarýna yakýnsama olduðu tespit edilmiþtir, ancak en iyi performans, daha az þiddetli etkileþim, salýným göstermeyen, daha küçük yerleþme zamaný, daha düþük IAE ve ISE’ye sahip ayýrýmlý doðrusal olmayan GPC ile elde edilmiþtir.