کنترل غلظت سوبسترا در یک واکنشگاه زیستی تولید هیدروژن به روش خطی سازی پسخور

موضوع: هیدروژن زیستی یک منبع انرژی تجدیدپذیر است که استفاده از آن به عنوان سوخت، مزایای اقتصادی و محیط زیستی زیادی دارد. کنترل غلظت سوبسترا در واکنشگاه، تاثیر چشم گیری بر میزان تولید هیدروژن دارد. فرایند تولید هیدروژن زیستی یک فرایند پیچیده و غیرخطی است که کنترل آن مستلزم به کارگیری روش های کنترل غیرخطی است. در این مقاله، به کنترل غلظت سوبسترا در یک واکنشگاه بی هوازی تولید هیدروژن با استفاده از روش خطی سازی پسخور پرداخته شده است. روش تحقیق: مدل مورد استفاده برای شبیه سازی، یک مدل شناخته شده متشکل از سه متغیر حالت است. کنترل کننده پیشنهادی، یک کنترل کننده خطی سازی شده کلی (GLC) است که بر اساس روش خطی سازی پسخور (Feedback linearization) طراحی می شود. در این روش، سیستم غیرخطی از طریق انتقال دستگاه مختصات، به طور دقیق خطی سازی می شود. بنابراین، می توان سیستم خطی سازی شده را با استفاده از یک کنترل کننده خطی کنترل کرد. به منظور خطی سازی سیستم، با استفاده از مدل ارایه شده برای این فرایند و با به کارگیری مفاهیم هندسه دیفرانسیلی یک جبران کننده غیرخطی طراحی شده است. در صورت به کارگیری جبران کننده غیرخطی، می توان از کنترل کننده تناسبی-انتگرالی (PI) به عنوان کنترل کننده خطی استفاده کرد. عملکرد کنترل کننده GLC+PI در کنترل فرایند مذکور، در مقایسه با یک کنترل کننده غیرخطی (NC) و یک کنترل کننده PI، مورد سنجش قرار گرفته است. عملکرد کنترل کننده های مذکور با شبیه‎سازی عددی و بر اساس شاخص انتگرال زمان در مربع خطا (ITSE) مطالعه شده است. نتایج اصلی: نتایج شبیه سازی حاکی از این هستند که کنترل غلظت سوبسترا در این فرایند، به طور کلی، باعث افزایش مقدار تولید هیدروژن می شود. روش پیشنهادی در این مقاله (GLC+PI) برای کنترل غلظت سوبسترا در واکنشگاه زیستی تولید هیدروژن، در مقایسه با کنترل کننده های NC و PI، عملکرد بهتری در تعقیب مقدار مقرر دارد. در صورت تغییر ۲۵ درصدی پارامترهای سینتیکی، عملکرد NC مختل می شود، اما روش های PI و GLC+PI در برابر این مقدار عدم قطعیت مقاوم هستند. عملکرد مناسب کنترل کننده می تواند تولید پایدار هیدروژن را تضمین کند. مقایسه نتایج شبیه سازی در حالت حلقه باز و حلقه بسته نشان می دهد که کنترل غلظت سوبسترا باعث افزایش ۹۰ درصدی تولید هیدروژن می شود.

کلیدواژه ها:

Bio-hydrogen ، Bio-reactor ، Process control ، Feedback linearization ، Global linearized control ، هیدروژن زیستی ، واکنشگاه زیستی ، کنترل فرایند ، خطی سازی کلی ، کنترل خطی سازی شده کلی