Published November 21, 2017 | Version v1
Publication Open

Stabilising PID tuning for a class of fourth-order integrating nonminimum-phase systems

Creators

  • 1. Curtin University Sarawak

Description

Fed-batch fermentation processes are commonly used in bioprocessing industry. A fed-batch fermentation process often exhibits integrating/unstable type of dynamics with multiple right-half plane zeros. A class of fourth-order integrating model can be used to adequately represent such a complex dynamics of the fed-batch fermentation process. In this paper, rigorous stability analysis of proportional-integral-derivative (PID) controller based on the Routh-Hurwitz criteria for the fourth-order integrating system is presented. A set of all stabilising PID controller parameter regions is established. Based on these stabilising regions, a general PID controller tuning procedure is proposed for the fourth-order integrating system with two right-half plane zeros. Numerical study shows that based on the proposed tuning procedure, a low-order PID controller can outperform a fifth-order optimal LQG controller in terms of servo and regulatory controls.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تُستخدم عمليات التخمير على دفعات بشكل شائع في صناعة المعالجة الحيوية. غالبًا ما تُظهر عملية التخمير على دفعات نوعًا مدمجًا/غير مستقر من الديناميكيات مع العديد من الأصفار المستوية في النصف الأيمن. يمكن استخدام فئة من نموذج الدمج من الدرجة الرابعة لتمثيل مثل هذه الديناميكيات المعقدة لعملية التخمير على دفعات. في هذه الورقة، يتم تقديم تحليل ثبات صارم لجهاز التحكم النسبي المتكامل المشتق (PID) بناءً على معايير Routh - Hurwitz لنظام التكامل من الدرجة الرابعة. يتم إنشاء مجموعة من جميع مناطق معلمات وحدة تحكم PID المستقرة. بناءً على مناطق الاستقرار هذه، يُقترح إجراء ضبط عام لوحدة التحكم PID لنظام الدمج من الدرجة الرابعة مع اثنين من الأصفار المستوية في النصف الأيمن. تُظهر الدراسة العددية أنه بناءً على إجراء الضبط المقترح، يمكن لوحدة تحكم PID منخفضة الرتبة أن تتفوق على وحدة تحكم LQG المثلى من الدرجة الخامسة من حيث الضوابط المؤازرة والتنظيمية.

Translated Description (French)

Les procédés de fermentation Fed-batch sont couramment utilisés dans l'industrie du biotraitement. Un processus de fermentation fed-batch présente souvent une dynamique de type intégrateur/instable avec plusieurs zéros de demi-plan droit. Une classe de modèle intégrateur de quatrième ordre peut être utilisée pour représenter de manière adéquate une dynamique aussi complexe du processus de fermentation par lots alimentés. Dans cet article, une analyse de stabilité rigoureuse du contrôleur proportionnel-intégral-dérivé (PID) basée sur les critères de Routh-Hurwitz pour le système d'intégration de quatrième ordre est présentée. Un ensemble de toutes les régions de paramètres du contrôleur PID stabilisant est établi. Sur la base de ces régions de stabilisation, une procédure générale de réglage du contrôleur PID est proposée pour le système d'intégration du quatrième ordre avec deux zéros de demi-plan droit. Une étude numérique montre que sur la base de la procédure de réglage proposée, un contrôleur PID de faible ordre peut surpasser un contrôleur LQG optimal de cinquième ordre en termes de servocommandes et de contrôles réglementaires.

Translated Description (Spanish)

Los procesos de fermentación por lotes alimentados se utilizan comúnmente en la industria de bioprocesamiento. Un proceso de fermentación por lotes alimentados a menudo exhibe un tipo de dinámica integradora/inestable con múltiples ceros de la mitad derecha del plano. Se puede utilizar una clase de modelo de integración de cuarto orden para representar adecuadamente una dinámica tan compleja del proceso de fermentación por lotes alimentados. En este trabajo, se presenta un riguroso análisis de estabilidad del controlador proporcional-integral-derivado (PID) basado en los criterios de Routh-Hurwitz para el sistema integrador de cuarto orden. Se establece un conjunto de todas las regiones de parámetros del controlador PID de estabilización. Con base en estas regiones estabilizadoras, se propone un procedimiento general de ajuste del controlador PID para el sistema integrador de cuarto orden con dos ceros del medio plano derecho. El estudio numérico muestra que, según el procedimiento de ajuste propuesto, un controlador PID de bajo orden puede superar a un controlador LQG óptimo de quinto orden en términos de controles servo y regulatorios.

Files

9787645.pdf.pdf

Files (177.0 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:1d86b40eab76d97bf77461bc94f5aa42
177.0 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تثبيت ضبط PID لفئة من أنظمة دمج المرحلة غير الدنيا من الدرجة الرابعة
Translated title (French)
Réglage PID stabilisant pour une classe de systèmes d'intégration de quatrième ordre à phase non minimale
Translated title (Spanish)
Ajuste PID estabilizador para una clase de sistemas de integración de fase no mínima de cuarto orden

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2765953905
DOI
10.1080/00207179.2017.1387289

Is supplement to
https://openalex.org/W82747921 (Other)
https://openalex.org/W4384916966 (Other)
https://openalex.org/W4320922540 (Other)
https://openalex.org/W3098928304 (Other)
https://openalex.org/W2649722853 (Other)
https://openalex.org/W2394883510 (Other)
https://openalex.org/W2371387152 (Other)
https://openalex.org/W2330079947 (Other)
https://openalex.org/W2002388147 (Other)
https://openalex.org/W1989195983 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Malaysia

References

  • https://openalex.org/W1975773448
  • https://openalex.org/W1988007323
  • https://openalex.org/W1988070195
  • https://openalex.org/W1994515848
  • https://openalex.org/W1995628341
  • https://openalex.org/W2032546725
  • https://openalex.org/W2033816113
  • https://openalex.org/W2035987451
  • https://openalex.org/W2039096030
  • https://openalex.org/W2044061731
  • https://openalex.org/W2044390506
  • https://openalex.org/W2054292592
  • https://openalex.org/W2057826485
  • https://openalex.org/W2064678806
  • https://openalex.org/W2080196886
  • https://openalex.org/W2084388404
  • https://openalex.org/W2084735697
  • https://openalex.org/W2084834371
  • https://openalex.org/W2086634232
  • https://openalex.org/W2123387072
  • https://openalex.org/W2142569556
  • https://openalex.org/W2149232645
  • https://openalex.org/W2151890526
  • https://openalex.org/W2171380521
  • https://openalex.org/W2177786714
  • https://openalex.org/W2200389005
  • https://openalex.org/W2528940545
  • https://openalex.org/W2585188874
  • https://openalex.org/W3213024177
  • https://openalex.org/W4214849872
  • https://openalex.org/W4375905970
  • https://openalex.org/W597526370