Optimization of Ethanol Production Using State-Space Modeling and Optimal Control Technology

Abstract

In present paper we develop the automatic optimal control of the production process of dough mixture preparation, that can be used in the production of alcohol and fuel ethanol from grain raw materials. Known methods of automatic control of the dough preparation process are based on measuring a consumption of raw materials and a concentration of dough and regulating the water supply. We offer an improved method based on robust stabilization nonlinear process control that will ensure more stable operation of the system, smooth transitions of regimes and economy of used energy, improvement of a quality of the mixture dough, as well as final ethanol product. The optimal operating modes of experimental installation were investigated using state-space dynamical modelling technic and ethanol production process simulation.У цій роботі розроблено автоматичне оптимальне керування виробничим процесом приготування тістової суміші, яке може бути використане у виробництві спирту та паливного етанолу із зернової сировини. Відомі методи автоматичного керування процесом приготування тіста базуються на вимірюванні витрати сировини та концентрації тіста, а також регулюванні подачі води. Ми пропонуємо вдосконалений метод, заснований на робастній стабілізації нелінійного керування процесом, який забезпечить більш стабільну роботу системи, плавні переходи режимів та економію використаної енергії, покращення якості тістової суміші, а також кінцевого етанольного продукту. Оптимальні режими роботи експериментальної установки досліджувалися за допомогою методів динамічного моделювання в просторі станів та моделювання процесу виробництва етанолу.