Integrated learning‐based estimation and nonlinear predictive control of an ammonia synthesis reactor

模型预测控制 人工神经网络 计算机科学 前馈 控制工程 非线性系统 氨生产 温度控制 前馈神经网络 控制理论(社会学) 最优控制 过程(计算) 过程控制 适应性 控制系统 连续搅拌釜式反应器 非线性模型 系统动力学 工艺工程 状态变量 多物理 控制变量 化学反应器 计算流体力学 工程类 过程建模 过程动力学 控制(管理) 循环神经网络
作者
Amirsalar Bagheri,Thiago Oliveira Cabral,Davood Babaei Pourkargar
出处
期刊:Aiche Journal [Wiley]
卷期号:71 (5) 被引量:7
标识
DOI:10.1002/aic.18732
摘要

Abstract This paper presents an advanced machine learning‐based framework designed for predictive modeling, state estimation, and feedback control of ammonia synthesis reactor dynamics. A high‐fidelity two‐dimensional multiphysics model is employed to generate a comprehensive dataset that captures variable dynamics under various operational conditions. Surrogate long short‐term memory neural networks are trained to enable real‐time predictions and model‐based control. Additionally, a feedforward neural network is developed to estimate the outlet ammonia concentration and hotspot temperature using spatially distributed temperature readings, thereby addressing the challenges associated with real‐time concentration and maximum temperature measurements. The machine learning‐based predictive modeling and state estimation methods are integrated into a model predictive control architecture to regulate ammonia synthesis. Simulation results demonstrate that the machine learning surrogates accurately represent the nonlinear process dynamics with minimal discrepancy while reducing optimization costs compared to the high‐fidelity model, ensuring adaptability and effective guidance of the reactor to desired set points.
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