Ανάπτυξη μειωμένης τάξης μοντέλου αντιδραστήρα χημικής απόθεσης από ατμό με τη μέθοδο της ανάλυσης κυρίων συνιστωσών και τεχνητά νευρωνικά δίκτυα - Παπαπέτρου, Θεόδωρος-Νέστωρ (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ), 2016)
Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε το σύστημα ενός κυλινδρικού, αξονοσυμμετρικού, κατακόρυφου αντιδραστήρα χημικής απόθεσης από ατμό, με ένα ακίνητο οριζόντιο θερμαινόμενο υπόστρωμα απόθεσης και ψυχόμενα τοιχώματα. Για πίεση λειτουργίας 1300 Pa, θερμοκρασία τοιχωμάτων 300 K, θερμοκρασία υποστρώματος 700 K και θερμοκρασία ρεύματος εισόδου 298 Κ, το σύστημα χαρακτηρίζεται από την ύπαρξη πολλαπλότητας μονίμων καταστάσεων για παροχές εισόδου μεταξύ 2.3•10-5 kg/s και 5.0•10-5 kg/s, λόγω διαφορετικών πιθανών μηχανισμών ροής. Σκοπός της εργασίας είναι η κατασκευή δυναμικού μοντέλου μειωμένης τάξης για έναν ευσταθή κλάδο καταστάσεων του παραπάνω συστήματος χρησιμοποιώντας μόνο δεδομένα από προσομοιώσεις και η χρήση του μοντέλου για την αυτόματη ρύθμιση του συστήματος. Για το σκοπό αυτό, λήφθηκαν δεδομένα της δυναμικής απόκρισης των πεδίων ροής και θερμοκρασίας για διάφορες επιβολές στην παροχή, στο εύρος 1.5•10-5 kg/s - 6.0•10-5 kg/s, από προσομοιώσεις ενός λεπτομερούς μοντέλου του συστήματος με τη χρήση εμπορικού λογισμικού υπολογιστικής ρευστοδυναμικής. Από την επεξεργασία των δεδομένων με τη μέθοδο της ανάλυσης κυρίων συνιστωσών, και με την εκπαίδευση κατάλληλων τεχνητών νευρωνικών δικτύων, κατασκευάστηκαν καταρχάς δύο υποψήφια μη γραμμικά μοντέλα διαφορετικής τάξης, τα οποία συγκρίθηκαν ως προς την ακρίβεια των προβλέψεών τους. Από τη σύγκριση προέκυψε ότι το ακριβέστερο μοντέλο είναι το χαμηλότερης τάξης, με μόνο μία χρονικά εξαρτώμενη παράμετρο και μέγιστο σχετικό σφάλμα κάτω από 1% σε σχέση με το λεπτομερές μοντέλο για όλες τις προβλέψεις που έγιναν. Το μοντέλο αυτό χρησιμοποιήθηκε στη συνέχεια σε έναν ρυθμιστή προβλεπτικού μοντέλου για την αυτόματη ρύθμιση του συστήματος σε μια σειρά δοκιμών, όπου έγινε σύγκριση με την απόκριση σε μη αυτόματη ρύθμιση, που αποτελεί τη βιομηχανική πρακτική. Προέκυψε ότι για τις περιπτώσεις όπου δεν αλλάζει ο μηχανισμός ροής μεταξύ αρχικού και επιθυμητού σημείου, ο αυτόματος ρυθμιστής έχει συγκρίσιμη ή λίγο χειρότερη απόδοση από τον μη αυτόματο. Αντίθετα, όταν ο μηχανισμός ροής πρέπει να αλλάξει, μόνο ο αυτόματος ρυθμιστής καταφέρνει να οδηγήσει το σύστημα από τον έναν στον άλλο μηχανισμό.