Predictive model control design for a small-scale steam engine based multi-source CHP system
2025 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Design av prediktiv modellstyrning för ett småskaligt ångmaskinbaserat kraftvärmesystem med flera källor (Swedish)
Abstract [en]
To improve the efficiency in decentralized energy systems, this thesis studiesmodel predictive control (MPC) strategies for a supercritical rankine cyclesystem, with water as the working fluid. This system allows various heatsources to achieve waste heat recovery, ensuring power supply in off-gridscenarios and emergencies. A physical model of this SCR system is built fromscratch in MATLAB comprising the boiler, steam engine, mass flow controlmechanism, etc., simulating the key thermodynamic processes of industrialconcerns.PID control and MPC are implemented and comparatively evaluated withperformance metrics of reference tracking ability and control efforts underdifferent test-rigs through the system simulation. Results indicate that MPCoutperforms PID in terms of overshoot reduction, convergence speed, andcontrol effort minimization, due to its advantages in managing multipleconstraints and control output limiting.
Abstract [sv]
För att förbättra effektiviteten i decentraliserade energisystem studerar dennaavhandling strategier för modellprediktiv styrning (MPC) för ett superkritisktrankinecykelsystem med vatten som arbetsvätska. Detta system tillåter olikavärmekällor för att uppnå återvinning av spillvärme, vilket säkerställerströmförsörjning i off-grid-scenarier och nödsituationer. En fysisk modell avdetta SCR-system byggs från grunden i MATLAB och omfattar pannan,ångmaskinen, massflödesregleringsmekanismen etc. och simulerar deviktigaste termodynamiska processerna för industriella ändamål.PID-styrning och MPC implementeras och utvärderas jämförande medprestandamått för referensspårningsförmåga och styrinsatser under olikatestriggar genom systemsimuleringen. Resultaten indikerar att MPCöverträffar PID när det gäller minskning av överskridandet,konvergenshastighet och minimering av reglerinsatsen, på grund av dessfördelar när det gäller att hantera flera begränsningar och begränsning avreglerutgången.
Place, publisher, year, edition, pages
2025.
Series
TRITA-SCI-GRU ; 2025:315
Keywords [en]
Supercritical Rankine Cycle (SCR), Mass Flow Control, MATLAB Simulation, PID Control, Model Predictive Control (MPC), Thermodynamic Modeling, Physical Modeling
Keywords [sv]
Superkritisk Rankine-cykel (SCR), massflödesreglering, MATLAB-simulering, PID-reglering, modellprediktiv reglering (MPC), termodynamisk modellering, fysikalisk modellering
National Category
Vehicle and Aerospace Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-370582OAI: oai:DiVA.org:kth-370582DiVA, id: diva2:2001575
External cooperation
Ranotor
Subject / course
Vehicle Engineering
Educational program
Master of Science - Vehicle Engineering
Supervisors
Examiners
2025-09-262025-09-262025-09-26Bibliographically approved