Simulation and control of denitrification biofilters described by PDEs

par Ixbalank Torres

Thèse de doctorat en Systèmes automatiques

Sous la direction de Isabelle Queinnec.

Soutenue en 2010

à Toulouse 3 .

mots clés

• Biofiltre de dénitrification
• Système à paramètres distribués
• Edp
• Commande H2
• Lmi
• Commande linéarisante
• Observateur de Luenberger
• Dénitrification
• Eau -- Épuration -- Biofiltration

Titre traduit

Simulation et commande d'un biofiltre de dénitrification décrit par des EDP

Résumé

Cette thèse concerne la simulation et la commande d'un biofiltre de dénitrification. Selon que l'on considère ou que l'on néglige la diffusion, des modèles d'EDP paraboliques ou hyperboliques sont considérés. En plus des classiques méthodes des lignes, des approches spécifiques au type d'EDP sont évaluées pour simuler le système. La méthode des caractéristiques s'applique aux systèmes d'EDP hyperboliques. L'analyse modale utilisée pour les systèmes d'EDP paraboliques permet de manipuler un système d'ordre réduit. L'objectif de commande est alors de réduire la concentration en azote en sortie du réacteur sous une certaine limite, en dépit des perturbations externes et des incertitudes du modèle. Deux stratégies de commande sont considérées. Une approche "early lumping" permet la synthèse d'une loi de commande linéaire H2 de type retour de sortie avec observateur. Une approche "late lumping" associe une loi de commande linéarisante à un observateur à paramètres distribués.

Résumé

This thesis addresses the simulation and control of a denitrification biofilter. Parabolic and hyperbolic PDE models may be considered, which depends on the fact of considering or neglecting the diffusion phenomenon. In plus of the classical methods of lines, approaches specific to the type of PDE system are evaluated to simulate the biofilter. The method of characteristics applies to hyperbolic PDE systems. The modal analysis used on the parabolic PDE system allows manipulating a reduced order model. The control objective is then the reduction of the nitrogen concentration at the output of the reactor below some pre-specified upper limit, in spite of the external disturbances and uncertainties of the model. Two control strategies are considered. An early lumping approach is used to synthesize an observer-based H2 output feedback linear controller. A late lumping approach associates a linearizing control to a distributed parameter observer.