"DIPLOM"-OPPGAVER FOR SIGURD SKOGESTAD 2006


1. Innstilling av regulatorer for basisregulering.
Alternative enkle metoder for innttilling av regulatorer skal vurderes.
Flere problemstillinger er aktuelle: 1. Nærmere analyse av Skogestads reglere (SIMC) basert på
pareto-optimalitet. 2. Utvidelse av SIMC-regler til ustabile og svingende prosesser. 3. Sammenligning
av MPC og PID for enkle sløyfer. 4. Enkel innstilling av foroverkobling.
Oppgaven er forbeholdt Henrik Manum og vil bli utført i samarbeid med Claudio Scali ved universitetet i Pisa.

2. Dynamisk modellering, simulering og drift av brenselceller 
   Medveileder: Federico Zenith
Det har vært skrevet en god del om dynamikk av brenselceller, men ikke så mye om drift og regulering.
Det skal her sees på en ny type lavtemperatur PBI-brenselceller som er meget lovende
i forbindelse med mobile applikasjoner, som f.eks. biler. 
Oppgaven dreier seg om å regulere effektuttaket fra brenselcellen, f.eks. ved akselerasjon,
of samtidig beholde akseptable driftsbetingelser. Det er allerede utviklet en dynamisk modell.
Det er mulighet for laboratorieforsøk.
Det kan være ulikt fokus for oppgaven, f.eks. mot (a) regulering eller mot (b) praktisk drift:
Litteratur: http://www.nt.ntnu.no/users/skoge/publications/2004/zenith_aiche04/
http://www.nt.ntnu.no/users/skoge/publications/2005/zenith_aiche-annual-05/

3. Optimal drift og regulering av Kaibel destillasjonskolonne
   Medveiledere: Jens Strandberg 
Kaibel-kolonnen har en delende vegg i midstseksjonen og to sidestrømmer som gjør
det mulig å få fire rene produkter i en kolonne. Normalt trenger man tre kolonner for å få til dette.
Det er derfor muligheter for meget store besparelser i kapitalkostnadene - kanskje en halvering.
I tillegg er kolonnen energibesparende i forhold til tre normale kolonner.
Vi har bygge opp en eksperimentell kolonne, og vi regner med å kunne utføre verdens første
eksperimenter med regulering. Oppgaven er tosidig:
a.  Teoretisk: Analysere bruk av Kaibel-destillasjon på utvalgte systemer, f.eks. hydrokarbonsystemer.
Analysen innbefatter designmessige forhold som antall trinn og energiforbruk, samt vurdering av praktisk drift,
inklusive regulering og optimal drift. 
b. Praktisk: Delta i forsøk på den eksperimentelle kolonnen og sammenligne resultatene med simuleringer.

4. Regulering og optimal drift av sykliske kjøleprosesser.
   Medveileder: Jørgen B. Jenssen.
   Oppgaven utføres i samarbeid med Statoil.
Kjøleprosesser er meget utbredt, men selv om det finnes mye litteratur om optimal design og termodynamisk virkningsgrad, 
viser det seg at det finnes svært lite om optimal drift.  Det er her interessant å merke seg at selv i det
nominelle operasjonspunktet er ikke optimal drift det samme som optimal design. Vi har innledningsvis sett på
meget enkle kjølekretser, av typen man finner i kjøleskap og AC-anlegg, men vi har nå gått videre til mer kompliserte kjølekretser.
Det er mange mulige oppgaver å se på.
Oppgaven vil basere seg på dynamiske og statiske simulering (f.eks. med Matlab eller gProms), men også eksperimentelle
forsøk ved SINTEF kjøleteknikk kan være mulig. 
Litteratur: http://www.nt.ntnu.no/users/skoge/publications/2005/jensen_escape15_cycle/ 

5. Anti-slugregulering.
   Medveileder: Heidi Sivertsen.
   Oppgaven utføres i samarbeid med Statoil.
Sluger er store væskeplugger som skaper store problemer ved produksjon av olje og gass.
De siste få årene har "aktiv" regulering for å undertrykke slugdannelse i økende grad vært tatt i bruk i Nordsjøen.
Vi har bygget opp en eksperimentell apparatur i liten skala. Oppgaven går ut på å modifisere apparaturen slik
at slug-ene blir større enn det vi har sett til nå, og se på regulering for å fjerne slugene. Spesielt er det et mål
å kunne basere seg på å unngå oppstrøms målinger. Forsøkene skal sammenlignes med dynamiske simuleringer.
Dette er en meget lærerik oppgave der du vil få bruk for kunnskaper fra mange fagområder.
Litteratur: http://www.nt.ntnu.no/users/skoge/publications/2005/sivertsen_escape15_slugexp/ 
http://www.nt.ntnu.no/users/skoge/publications/2005/sivertsen_ifac05/

6. Reguleringsstrukturer i biologiske metabolske nettverk 
Oppgaven går ut på å studere i hvilken grad naturen (dvs. biokjemiske 
systemer) bruker foroverkobling og tilbakekobling. Rent konkret mener
Savageau at foroverkobling brukes for en bestemt biokjemisk reaksjon mens
Skogestad mener at det er snakk om tilbakekobling med kaskaderegulering.
Oppgaven vil bl.a. innebære å sette opp en Matlab-modell av de biokjemiske
reaksjonene for en konkret biosyntese. 
Litteratur:
M.A. Savageau, G. Jacknow, "Feedforward inhibition in biosynthetic pathways",
  J.theor.Biol., vol. 77, 405-425 (1979)
M.A.Savageau, "A theory of alternative designs for biochemical control systems",
  Biomed.Biocgim.Acta, vol. 44, 875-880 (1985)
W.S.Hlavacek, M.A.Savageau, "Subunit structure of regulatory proteins influences
  the design of gene circuitry: Analysis of perfectly coupled and completely
  uncoupled circuits". J.Mol.Biol., vol. 248, 739-755 (1995).