Development of a Game Arcade

Stichting Leeuw asked DotX to develop an optimised version of their hunting-simulator This simulator is a cable driven manipulator that is controlled by an operator. The operator 'teases' prey animals to hunt the manipulator (with meat). DotX has not only developed new optimized control software 'on paper', but also in the form of a game. One of the improvements is the application of 'haptic feedback'. That means, in this case, that the joystick pushes back when the manipulator approaches an obstacle.

The tension forces in the cables are generated by a control algorithm consisting of two parts. The first part calculates the desired tension forces in three perpendicular directions using 3 PID controllers (1 for each direction). These three forces are then processed through a tension distribution algorithm in closed-form as described in [1]. The haptic assistence consists of a push-back force field around fixd objects (like walls and stones in the area) that is scaled on the basis of time to collision, in the direction of the normal vector that is perpendicular to the colliding surface.

https://www.instagram.com/p/BoqTWyJi5g2/?utm_source=ig_embed

[1] T. Lam et al, “Haptic interface in UAV tele-operation using force-stifness feedback”, 2009, IEEE.

Back to Projects

Hunting-simulator

Stichting Leeuw asked DotX to develop an optimised version of their hunting-simulator. This simulator is a cable driven manipulator that is controlled by an operator. The operator ’teases’ prey animals to hunt the manipulator (with meat).

DotX has not only developed new optimized control software ‘on paper’, but also in the form of a game. One of the improvements is the application of ‘haptic feedback’. That means, in this case, that the joystick pushes back when the manipulator approaches an obstacel. The tension forces in the cables are generated by a control algorithm consisting of two parts. The first part calculates the desired tension forces in three perpendicular directions using 3 PID controllers (1 for each direction). These three forces are then processed through a tension distribution algorithm in closed-form as described in [1].

The haptic assistance consists of a push-back force field around fixed objects (like walls and stones in the area) that is scaled on the basis of time to collision, in the direction of the normal vector that is perpendicular to the colliding surface.

https://www.instagram.com/p/BoqTWyJi5g2/?utm_source=ig_embed

[1] T. Lam et al, “Haptic interface in UAV tele-operation using force-stifness feedback”, 2009, IEEE.

Vision System

The Camera Measurement System (CMS) is a high-resolution vision system built in coorperation with Tebulo (www.tebulo.com). CMS can accurately measure the 3D coordinates of both small and large objects.

Functional description

The CMS system uses a laser (number 2) to project a line (3) on an object (here: the tennis ball). It then makes a photo with its camera (1).

The CMS software then detects the laser light projection points and computes the exact coordinates of these points. Subsequently, this information is processed further into relevant data. For instance, in case of a tennis ball, CMS can measure its diameter.

Applications

Applications of the CMS system include:

  • The measurement of a steel coil’s centre of gravity location
  • Determination of the amount of loose wraps on steel coils
  • Telescoping (sizes)
  • Strip thickness
  • Strip profile

Specifications

  • Accuracy: +/- 0.5 mm
  • Measurement distances from CMS to object: 0.01 – 5.00 m
  • Software: coded in C++ Communication with external hardware: Ethernet and Profibus

DNPC control of dutch polder 'Waterlandse Boezem'.

...

A tailor made controller has been developed for the control of two pumpstations in the polder 'Waterlandse Boezem'. The controller had to satisfy complicated on/off requirements, and had to minimise pumping activity in the more expensive day-hours. A paper on this subject has been published, and can be downloaded in our Paper section. Movie on this subject:The movie shows iterations of the controller while finding the optimal pump settings to maintain the water level (lowest graph) within the limits (dashed lines). The upper graph shows the predicted "load" on the polder (i.e. the expected inflow of water in the next 24 hours).

Improved O2 control of wastewater plant

Er is onderzocht of de O2 regeling van de BIO2000 kon worden verbeterd. Daartoe is eerst onderzocht hoe het voor regelingen essentiële gedrag kon worden gemodelleerd. Er is een veelgebruikt Active Sludge Model (ASM) gevonden in de literatuur, maar dit model bleek niet geschikt: gebleken is dat de O2 concentratie sterk afhankelijk is van de stromingsnelheid in de installatie en dit gedrag maakt geen deel uit van het ASM model. Deze stroomsnelheid wordt in belangrijke mate bepaald door de beluchters. Het proces gedrag (invloed van beluchters op O2) bleek redelijk te kunnen worden benaderd met een eerste orde overdracht in combinatie met een looptijd, waarbij de parameters afhangen van de beluchter-snelheid (dus uitsturing van de O2 regelaar). Gezien de lange looptijd, is gekozen voor een uitbreiding op de PI regelaar welke de looptijd ‘compenseert’. Dankzij deze compensatie kon de PI versterking sterk worden opgevoerd. Testen met de aangepaste regeling op de BIO2000 wijzen op een reductie in variatie van O2 met 80%.

Introduction

In wastewater treatment plants, accurate control of O2 levels is essential. If the O2 levels vary too much, the bacteria in the plant cannot properly do their work, which is to convert chemical waste material into nitrite and nitrate.

Modelering

Het meest gebruikte/bnekende model voor afvalwaterzuiveringsinstallaties is het Active Sludge Model (ASM). Hiervan bestaan meerdere veries, welk de meest relevante zuiveringsprocessen modelleren. Voor de zuurfstofconcentratie luidt het model [1,2]:

 V \frac{dO_2}{dt} Q_{in} O_{2,in} - Q_{uit} O_2 + K_a(u) \cdot (O_{2,sat} - O_2 ) - R

Waarbij:

 V = totale volume van het bassin [L]
 O_2 = Concentractie zuurstof [mg/L]
 O_{2,in} = Zuurstofconcentratie in influent [mg/L]
 O_{2,sat} = Verzadigingswaarde zuurstofconcentratie [mg/L]
 K_a = Zuurstof Overdrachts Coefficient [L/s]
 Q_{in}, Q_{uit} = In- en uitstroom van het bassin [L/s]
 R = Zuurstofopname [mg/L/s]

De stromingsverschijnselen bij afvalwaterzuiveringsinstallaties worden meestal niet gemodelleerd. Echter, voor de BIO2000 zijn deze verschijnselen min of meer dominant gebleken, aangezien er een aanzienlijke vertraging is tussen een regelactie en het effect ervan op de O2 – er is een grote ‘dode tijd’ aanwezig. Dit is het gevolg de lange weg die het water af moet leggen voor het bij de locatie van de O2 meting terecht komt. Deze dode tijd is daarom meegemodelleerd in de vorige vergelijking.

Regelaarontwerp

Als gevolg van de relatief lange dode tijd wordt een normale PID regelaar erg beperkt in zijn versterking. Er is een poging gedaan, om deze te verhogen, maar dat leide tot instabiel gedrag.

Smith Predictor

In dit geval ligt een Smith Predictor voor de hand. Het idee achter de Smith Predictor is om de bestaande PID regelaar te behouden, maar in plaats van het PID signaal te ‘voeden’ met de gemeten O2 concentratie, wordt een feedback signaal vanuit een voorspellend model gebruikt. Hierdoor kun je virtueel de sensor locatie verplaatsen, naar een locatie waar er geen dode tijd meer is. Dit zorgt er weer voor dat de versterkingsfactoren van de PID regelaar verhoogd kunnen worden, alsof er geen dode tijd zou zijn.

Implementatie in Allen Bradley

De Smith Predictor is geimplementeerd door Dotx Control Solutions op een Allen Bradley PLC, als een mix van ladder logic en function blocks.

Resultaat

De figuur hieronder toont gemeten resultaten van VOOR (met standaard PID) en NA (met Smith-predictor). Met behulp van de Smith Predictor heeft Dotx Control Solutions de variaties met ongeveer 80% weten te reduceren.



Referenties

[1]: Henze, M., Grady, C. J., Marais, W. G. G. & Matsuo, T. “Activated Sludge Model
No. 1”, IAWPRC Scientific and Technical Report No. 1, London, 1987.
[2]: Qian Chai, “Modeling, estimation, and control of biological wastewater treatment plants”,
Faculty of Technology, Telemark University College, Porsgrunn, Norway, April 5, 2008


Improved paper pulp control at Crown van Gelder

...

Crown van Gelder is a paper producer. When paper is produced from pulp, the grinding of the pulp must be performed with minimal fluctuations, while the pulp level in the mixer (tank) must remain within fixed limits. DotX has changed the control system in January 2008 in such a way that the grinding fluctuations reduced by more than 40%. In the figure, there should be data illustrating the reduction in grinding fluctuations achieved by changing the control system.

MPC at VDL

...

VDL Weweler is een producent van automotive veersystemen en assen. In 2010, na een haalbaarheidsstudie, kreeg DotX de opdracht van VDL Weweler om een Model Predictive Controller te implementeren voor een van de Weweler walking beam ovens. In januari 2011 was de controller operationeel. Er werd een gemiddelde vermindering van minstens 4,8% gemeten.

De onderstaande video toont de HMI (webinterface) van de ovenregelaar tijdens de productie bij VDL-Weweler terwijl deze in werking is op de VDL-Weweler oven (geen simulatie, daadwerkelijke productie). Elke blauwe balk vertegenwoordigt een stalen product. Elke gele balk toont de temperatuur van dat product. We hebben de afspeelsnelheid verhoogd.

Weweler is overgestapt van gasgestookte ovens naar elektrische ovens, en sindsdien is ons besturingssysteem niet langer in gebruik.

Control of a gas turbine connected to Blast Furnace

...

In een hoogoven ontsnappen uitlaatgassen tijdens het proces van ijzerproductie. Deze gassen passeren onder andere door een gasturbine om elektrische energie op te wekken. Ideaal gezien wordt het vermogen van de turbine gemaximaliseerd, terwijl de druk in de hoogoven (die direct wordt beïnvloed door de gasturbine) zo constant mogelijk blijft. DotX heeft de processen gemodelleerd met behulp van een snelle grijze-box modelleringsmethode en op basis van het model verschillende wijzigingen voorgesteld voor het bestaande controlesysteem. De adviezen van DotX zijn geïmplementeerd en in bedrijf gesteld. Sindsdien produceert de gasturbine die is aangesloten op de hoogoven op 99% van zijn elektrische capaciteit.

System integration for batch crystaliser research

Klant: ISPT, Nederland. ISPT, een afkorting van het Institute for Sustainable Process Technology, is een zogenaamd topkennisinstituut, dat wil zeggen een instituut waar grote en kleine bedrijven en universiteiten samenwerken en medegefinancierd worden door de Nederlandse overheid. In 2011 raakte DotX betrokken bij het ISPT-project PH-00-04, getiteld “Intelligente waarneming en regeling voor farmaceutische batchkristallisatie”. Het doel van dit project (waarin 12 bedrijven en kennisinstituten deelnemen) is het ontwikkelen en testen van verbeterde batchregeling. Dit doel moet worden bereikt door (1) de zaadtechniek te verbeteren, (2) het toepassen en testen van onlinemeettechnieken voor de distributie van kristalgrootte en voor de concentratie van de oplossing, en (3) het toepassen en testen van methoden om de groeisnelheid van kristallen en de kristalgrootte te regelen. Eind 2010 was een meetskid gerealiseerd met vier verschillende onlinemeetsensoren en een pomp om suspensies van kristallen te circuleren. Het meetskid kan via slangen worden aangesloten op elke batchreactor, zie de bovenstaande figuur. DotX heeft de software en computersystemen geïntegreerd in een controleplatform. Dit platform maakt een breed scala aan taken mogelijk, waaronder het realtime uitlezen van alle metingen, realtime trending van elke gemeten variabele, en onderzoekers in staat stellen algoritmen van elke complexiteit te programmeren in hun favoriete softwareomgeving (Matlab), om de batchvolgorde, zaaien en koelvloeistof tijdens een batch te regelen. Het controleplatform integreert in wezen een veelvoud aan software- en hardwareproducten verspreid over verschillende pc’s en PLC’s, met behulp van drie verschillende communicatieprotocollen.

Optimisation of deacidification control

...

Bij de productie van cokes voor ijzerproductie ontsnappen er ovengassen die gereinigd moeten worden. Een van de installaties om de gasvormige bijproducten te reinigen, is een ontzurings- en strippingsproces met meerdere destillatiekolommen, gevoed door cokesgas en stoom. De procesingenieurs van deze specifieke fabriek ontdekten dat het verminderen van de drukvariaties in de stoomtoevoer zou leiden tot verbeterde processtabiliteit, wat op zijn beurt zou leiden tot aanzienlijke kostenbesparingen. DotX kreeg de opdracht om de stabiliteit van de drukregellus(sen) te verbeteren. Eerst werd het bestaande besturingssysteem geanalyseerd en het stoomproces werd zorgvuldig gemodelleerd. De stoomdruk werd voornamelijk geregeld door twee afzonderlijke besturingssystemen, elk werkend op één klep. De ene voor het afvoeren van stoom en de andere voor het toevoeren van stoom. Elke klep vertoonde een niet-lineaire karakteristiek (dat wil zeggen, een niet-lineaire relatie tussen klepopening en stroom). Vervolgens werd er een nieuw op model gebaseerd besturingssysteem ontworpen en geïmplementeerd over drie PLC’s die met elkaar communiceren. Het nieuwe besturingssysteem vertoonde een opmerkelijke verbetering in drukstabiliteit, zie de onderstaande figuur (die geschaalde metingen toont): zodra de DotX Control-oplossing wordt geactiveerd, is de druk bijna constant; zodra deze wordt gedeactiveerd, neemt het oude besturingssysteem het over en vertoont de druk meer variaties. Deze DotX-controller is geactiveerd in augustus 2012 en sindsdien verloopt het ontzurings- en strippingsproces veel stabieler.

en_USEnglish