Kalmanfilter anvendt på totankprosess for temperatur estimering

Abstract

Denne hovedoppgaven beskriver hvordan et Kalmanfilter kan brukes for estimering av temperatur på et prosessanlegg ved Universitet i Stavanger (UiS). Først lages en matematisk modell av den fysiske prosessen ved å benytte masse- og energibalanse. Deretter testes modellen i Simulink og verifiseres mot virkelig prosess. Videre vises implementering av et utvidet Kalmanfilter (EKF) for å estimere temperaturen på vannet ved innløpet av tanken. Estimatet baseres på temperatur- og nivåmåling i tanken og kjennskap til prosessen. For dette tilfellet vurderes hvordan EKF presterer under forskjellige driftssituasjoner, blant annet når prosessen blir utsatt av ekstern tilsats av vann. En utvidet modell av EKF blir laget for å estimere denne eksterne tilsatsen. Resultatene fra forsøkene viser at EKF gir et godt estimat av temperaturen ved innløpet når varmeelementet ikke er med å påvirke prosessen. På grunn av dynamikk i varmeelementet, har det ført til merkbart avvik når varmeelementet slår seg på eller av. Kalmanfilter for tilsatsestimering ga en god indikasjon på når prosessen ble utsatt for ekstern tilsats, og samtidig et tilfredsstillende estimat for temperaturen ved innløpet. Oppgaven tar videre for seg å implementere et EKF for å estimere temperaturen i tanken. Estimatet baseres nå kun på nivåmåling i tanken og temperaturen på vannet inn antas å være kjent. Systemet i denne delen er ikke observerbart. Ved å anta at EKF har tilgang til måling av temperaturen i tanken en gang i blant, gir dette et system som er observerbart ved dette tidssteget. Hensikten er å studere hvordan EKF opererer i intervallene hvor det ikke blir tatt temperaturmåling. Resultatene viser at EKF ikke klarer å beregne Kalmanfilter forsterkningen i disse intervallene. Dette Kalmanfilteret er med andre ord kun basert på det apriori tilstandsestimatet.