Modeling and inferential control studies are carried out on a reactive batch distillation system for the esterification reaction of ethanol with acetic acid to produce ethyl acetate. A dynamic model is developed based on a previous study done on a batch distillation column. The column is modified for a reactive system where Artificial Neural Network Estimator is used instead of Extended Kalman Filter for the estimation of compositions of polar compounds for control purposes. The results of the developed dynamic model of the column is verified theoretically with the results of a similar study. Also, in order to check the model experimentally, a lab scale column (40 cm height, 5 cm inner diameter with 8 trays) is used and it is found that experimental data is not in good agreement with the models&rsquo / . Therefore, the model developed is improved by using different rate expressions and thermodynamic models (fi-fi, combination of equations of state (EOS) and excess Gibbs free energy (EOS-Gex), gama-fi) with different equations of states (Peng Robinson (PR) / Peng Robinson - Stryjek-Vera (PRSV)), mixing rules (van der Waals / Huron Vidal (HV) / Huron Vidal Original (HVO) / Orbey Sandler Modification of HVO (HVOS)) and activity coefficient models (NRTL / Wilson / UNIQUAC). The gama-fi method with PR-EOS together with van der Waals mixing rule and NRTL activity coefficient model is selected as the best relationships which fits the experimental data. The thermodynamic models / EOS, mixing rules and activity coefficient models, all are found to have very crucial roles in modeling studies. A nonlinear optimization problem is also carried out to find the optimal operation of the distillation column for an optimal reflux ratio profile where the maximization of the capacity factor is selected as the objective function. In control studies, to operate the distillation system with the optimal reflux ratio profile, a control system is designed with an Artificial Neural Network (ANN) Estimator which is used to predict the product composition values of the system from temperature measurements. The network used is an Elman network with two hidden layers. The performance of the designed network is tested first in open-loop and then in closed-loop in a feedback inferential control algorithm. It is found that, the control of the product compositions with the help of an ANN estimator with error refinement can be done considering optimal reflux ratio profile.

No description available.

Dans ce mémoire, nous avons étudié les convertisseurs d’interface permettant l’interconnexion d’une source basse tension non linéaire et d’un bus DC moyenne tension. La source choisie, pour l’étude, était une pile à combustible de type PEM. La structure de puissance retenue correspondant à la mise en cascade d’un convertisseur entrelacé en entrée et d’un convertisseur trois niveaux en sortie. Afin de dimensionner au mieux le convertisseur global, nous avons proposé un modèle analytique permettant de connaitre l’ensemble des pertes dans le système en fonction du point de fonctionnement et de ses paramètres. Nous avons montré que l’ensemble des pertes dans le convertisseur peut être modélisé par deux résistances non linéaires dont l’estimation est possible à partir des modèles moyens du convertisseur. Une commande basée sur le concept de platitude des systèmes différentiels a été utilisée pour assurer les différentes contraintes du système tout en obtenant des propriétés dynamiques élevées en asservissement et en régulation. Dans la dernière partie du mémoire, nous nous sommes intéressés aux solutions permettant de satisfaire les contraintes sur le taux d’ondulation de courant en entrée du convertisseur. Nous avons proposé et dimensionné une nouvelle structure de convertisseur permettant de supprimer les ondulations de courant générées par le convertisseur de puissance. Ce filtre actif se connecte en parallèle avec le convertisseur de puissance. Des résultats expérimentaux ont permis de montrer que le taux d’ondulation de courant d’un convertisseur élévateur a été réduit, le taux d’ondulation de courant passant de 23.3% à 1.9% / In this thesis, we studied interface converters enabling the interconnection of a low voltage nonlinear source and a medium voltage DC bus. The source selected for the study was a fuel cell PEM. The chosen power architecture corresponds to a cascaded structure constituted with an interleaved Boost converter at input stage and a three-level Boost converter at output stage. To design the converter, we proposed an analytical model to know the total losses in the system according to the operating point and its parameters. We showed that all losses in the converter can be modeled by two nonlinear resistors. An estimation of these resistors, deduced from average model of the converter, is developed. A control based on the concept of differential systems flatness has been used for the proposed converter structure. It allows taking into account the different system constraints. High dynamic properties as regard to external perturbations or parameters variations are achieved. In the last part of the thesis, we investigate solutions to respect the constraints on the rate of input current ripple. We propose a new active filtering converter connected in parallel with the power one. We have shown that the ripple current of a boost converter was reduced, the ripple current being reduced from 23.3% to 1.9%

Le domaine lié à ce travail est appelé « désagrégation d’énergie », où la principale préoccupation est de décomposer, ou désagréger, la consommation globale d’énergie électrique (par exemple, la consommation de tout un ménage) en une consommation détaillée donnée comme information de consommation par usage (par exemple, par appareil). Cette dernière permet d’avoir un retour sur la consommation pour les consommateurs ainsi que pour les fournisseurs et est utile pour permettre des économies d’énergie. Dans ce domaine de désagrégation d’énergie, il existe trois grandes questions auxquelles il faut répondre : qui consomme ? quand ? et combien ? Les recherches menées dans cette thèse se concentrent sur l’identification des appareils électriques, c’est-à-dire la réponse à la première question, en considérant particulièrement des appareils ménagers. À cet effet, nous utilisons le courant transitoire de mise en marche que nous modélisons en utilisant un nouveau modèle que nous avons proposé. De plus, nous utilisons les paramètres estimés de ce dernier pour la tâche d’identification. / The related field to this work is called “energy disaggregation" where the main concern is to break down, or disaggregate, the global electrical energy consumption (e.g. wholehouse consumption) into a detailed consumption given as end-use (e.g. appliance-level) consumption information. This latter gives consumption feedback to consumers and electricity providers and is helpful for energy savings. Three main questions have to be answered in the energy disaggregation field : who is consuming ? when ? and how much ? The research conducted in this thesis focuses on electrical appliances identification, i.e. the who question, considering particularly home appliances. For this purpose, we use the turn-on transient current signal which we model using a new model we proposed and use its estimated model parameters for the identification task.