Batch processes are inherently transient and typically nonlinear, motivating nonlinear model predictive control (NMPC). However, adopting NMPC is hindered by the cost and unavailability of dynamic models. Thus, we propose to use Gaussian Processes (GP) in a model-learning NMPC scheme (GP-MLMPC) for batch processes. We initialize the GP-MLMPC using data from a single initial trajectory, e.g., from a PI controller. We iteratively apply the NMPC embedded with GPs to run batches and update the GP with new observations from each iteration, thereby achieving batch-wise improvements. Using uncertainty quantification from the GPs, we formulate chance constraints to enforce safe operation to the required confidence levels. We demonstrate our approach in \textit{silico} on a semi-batch polymerization reactor for tracking and economic objectives over durations of two hours, and the reactor temperature is constrained in a range of $\pm2^\circ C$ around its setpoint. After only four batch iterations, tracking error from the GP-MLMPC scheme converged to a reduction of $83\%$, compared to the initial trajectory. Furthermore, under an economic objective, the GP-MLMPC resulted in a 17-fold increase in final product mass by iteration 8, compared to the initial trajectory. In both cases, the resulting GP-MLMPC performance is on par with the full-model NMPC, which shows that the optimal controller can be learned by the approach. By collecting samples around the optimal trajectory, the GP-MLMPC remains sample-efficient across iterations and achieves quick convergence. Thus, the proposed GP-MLMPC scheme presents a promising data-efficient approach for the control of nonlinear batch processes without mechanistic knowledge.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
46+阅读 · 2021年6月1日
Transformer模型-深度学习自然语言处理,17页ppt
专知会员服务
108+阅读 · 2020年8月30日
【MIT深度学习课程】深度序列建模,Deep Sequence Modeling
专知会员服务
78+阅读 · 2020年2月3日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
手把手教 | 深度学习库PyTorch(附代码)
数据派THU
27+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
7+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关主题
最新内容
DeepSeek 版Claude Code,免费小白安装教程来了!
专知会员服务
7+阅读 · 5月5日
《美空军条令出版物 2-0:情报(2026版)》
专知会员服务
12+阅读 · 5月5日
帕兰提尔 Gotham:一个游戏规则改变器
专知会员服务
6+阅读 · 5月5日
【综述】 机器人学习中的世界模型:全面综述
专知会员服务
11+阅读 · 5月4日
伊朗的导弹-无人机行动及其对美国威慑的影响
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
手把手教 | 深度学习库PyTorch(附代码)
数据派THU
27+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
7+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员