Universitat de Girona

Programa de l'assignatura

Curs 2006-07

3103200305 SIMULACIÓ I OPTIMITZACIÓ DE SISTEMES


Objectius Programa provisional  

L'obectiu de l'assignatura Simulació i Optimizació de Sistemes -SIOS- es centre en dos grans reptes:

  • Mostrar i desenvolupar diferents tècniques de simulació, optimització i control de sistemes ambientals
  • Formar als alumnes en las seva aplicabilitat en l’entorn de diferents processos i sistemes ambientals

 

 
Prerrequisits  

 
Contingut (Programa)  

Programa de Teoria de la matèria SyOS dels estudis de CCAA

Unitat

Tema

Continguts (hores)

Hores

T

P

Unitat 1. Models i simulació

Tema 1. Introducció a la simulació. Elaboració de models

1.1 Definició de conceptes. (1)

1.2 Classificació de models a partir de la seva naturalesa. (1)

1.3 Etapes per a l’elaboració d’un model. (1)

3

10

Tema 2. Elaboració, simulació i anàlisis de models.

2.1 Elaboració de models. (3)

2.1.1 Selecció del tipus de model.

2.1.2 Models mecanístics. Repàs de balanços.

Interpretació de processos, presentació de models (matriu de Petersen)

2.2 Resolució de models, simulació.

2.2.1 Models en estat estacionari. (1)

2.2.2 Models en estat no estacionari. Resolució d’equacions diferencials. (4)

Mètodes analítics.

Mètodes numèrics (Euler, RK) (stiffness)

2.3 Anàlisis de models.

2.3.1 Plànol de fases de models bidimensionals. (3)

Punts crítics, estabilitat

2.3.2 Anàlisis de sensibilitat (1)

12

Tema 3. Aplicació de models a sistemes ambientals.

3.1 Model Depredador-Presa de Lotka-Volterra (1)

3.1.1 Descripció y elaboració del model

3.1.2 Simulació i anàlisis. Plànol de fases, estabilitat y sensibilitat.

3.2 Qualitat de les aigües.

3.2.1 Evolució de l’oxigen dissolt i els contaminants en un riu. (1)

3.2.2 Depuració biològica de les aigües residuals. (4)

Modelo bidimensional: substrat i biomassa. ASM1-3 y ASM2.

3.2.3 Eutrofització d’estanys i embassaments. (1)

7

Unitat 2. Optimització

Tema 4. Introducció a la optimització.

4.1 Naturalesa i definició de problemes d’optimització. Funció objectiu i restriccions. Selecció d’alternatives. (1)

4.2 Classificació dels mètodes d’optimització segons la funció objectiu i la presència de possibles restriccions. Possibilitats, limitacions i restriccions del procés d’optimització. (1)

2

10

Tema 5. Tècniques d’optimització.

5.1 Mètodes analítics.(2)

5.1.1 Sense restriccions: criteri d’optimalitat.

5.1.2 Amb restriccions: multiplicadors de Lagrange.

5.2 Funcions unidimensionals.(1)

5.2.1 Mètodes de reducció de la zona acotada: pas fix i variable.

5.2.2 Mètodes d’interpretació i extrapolació: mètodes d’aproximació quadràtica.

5.3 Programació lineal. (5)

5.3.1 Descripció i interpretació gràfica.

5.3.2 Mètode Simplex: forma Standard, recerca de la solució inicial, variables artificials.

5.4 Funcions multidimensionales. (4)

5.4.1 Algoritmes de números aleatoris o recerca sequencial: el mètode complex de Box.

5.4.2 Mètodes de gradient (GRG).

5.5 Programació dinàmica. (2)

5.5.1 Concepte de programació dinàmica. Definició d’un problema de programació dinàmica. Notacions i característiques. Formes de resolució.

14

Tema 6. Optimització de sistemes ambientals.

6.1 Gestió i optimització de sistemes ambientals. (6)

6.1.1 Criteris d’optimització: econòmics, socials, mediambientals.

6.1.2 Optimització de la gestió d’un sistema agrícola i ramader amb restriccions mediambientals.

6.1.3 Optimització de l’aport de contaminats procedent de diverses plantes de tractament a un estany o embassament.

6

Unitat 3. Control de sistemes

Tema 7. Introducció al control.

7.1 Control de processos i sistemes. (1)

7.2 Característiques d’un sistema de control. Diagrama de blocs. (1)

2

10

Tema 8. Tècniques de control

8.1 Desenvolupament d’un modelo amb finalitats de control. (4)

8.1.1 Modelo d’entrades-sortides amb finalitats de control

8.1.2 Graus de llibertat i variables controlades

8.2 Acciones de control. ON/OFF, Proporcional, Integral, derivatiu (2)

8.3 Algoritmes de control (4)

8.3.1 Control feedback

8.3.2 Control en cascada, feedforward i de relacions.

8.3.3 Control adaptatiu, predictiu i supervisor

10

Tema 9. Aplicació de les tècniques de control a sistemes ambientals

9.1 Control de processos ambientals. (1)

9.1.1 Estudio del control de processos biològics de depuració d’aigües residuals.

9.2 Paral·lelismes entre el control de processos i el control de sistemes ambientals.(3)

9.2.1 Accions de control. Estudi del control del procés d’eutrofització.

4

Total

60

30

Programa de Pràctiques de la matèria SyOS dels estudis de CCAA

Pràctiques a realitzar en aula informàtica

Hores

Models i simulació (10 h)

Pràctica 1. Introducció a STELLA. Model de la qualitat de l’aigua d’un riu: “Sag curve”.

2.5

Pràctica 2. Simulació del model Lotka-Volterra.

2.5

Pràctica 3. Modelització i simulació d’un procés de depuració biològica.

5

Optimització (10h)

Pràctica 4. Mètodes unidimensionals de reducció de la zona acotada.

2.5

Pràctica 5. Optimització de funcions multidimensionals no lineals

2.5

Pràctica 6. Programació lineal.

5

Control de sistemes (10 h)

 

Pràctica 7. Control del OD d’un procés de depuració biològica

2.5

Pràctica 8. Simulació i control d’un procés de fangs actius amb el modelo ASM1

7.5

Total

30

 
Bibliografia  


Bibliografia:

 

J¢rgensen, S.E. y Bendoricchio, G. (1994-2001) Fundamentals of Ecological Modelling. 2ª y 3ª edición, Developments in Environmental Modelling, 19,21. Elsevier Science, B.V., Holanda. ISBN: 0-444-81572-4 y 0-080-44015-0.

Signatura UdG: 574 JOR Copias: 2

Simmons, G.F. (1986, 1990, 1993) Ecuaciones diferenciales. Con aplicaciones y notas históricas.Edición, McGraw-Hill/Interamericana de España, S.A., España. ISBN: 0-07-057540-1 / 84-481-0045-X.

Signatura UdG: 517.9 SIM Copias : 8

Haith, D.A.(1982) Environmental Systems Optimization. John Wiley & Sons Inc., U.S.A. ISBN: 0-471-08287-2.

Signatura UdG: LEQUIA Copias: 1

Edgar T.F., Himmelblau D.M. y Lasdon L. S. (2001) Optimization of chemical processes. 2a Edición, McGraw-Hill chemical engineering series, McGraw-Hill, U.S.A. ISBN: 0-07-039359-1.

Signatura UdG: 66.02 EDG Copias: 1

Elaboració de models

 

[1] Aris, R. (1978-1994) Mathematical Modelling Techniques. Reedición, Dover Books on Advanced Mathematics, Dover Publications, Inc., New York, U.S.A. ISBN: 0-486-68131-9.

 

Signatura UdG: LEQUIA

Nº de copias : 1

 

[2] Deaton, M.L. y Winebrake, J.J. (1999) Dynamic modeling of environmental systems. Modeling dynamic systems, Springer-Verlag, New York, U.S.A. ISBN: 0-387-98880-7

 

Signatura UdG: LEQUIA

Nº de copias : 1

 

[3] Hannon, B. y Ruth, M. (1997) Modeling dynamic biological systems. Modeling dynamic systems, Springer-Verlag, New York, U.S.A. ISBN: 0-387-94850-3

 

Signatura UdG: 574 HAN

Nº de copias : 1

 

[4] Rich, L.G. (1973) Environmental Systems Engineering. International Student Edition. McGraw-Hill Series in Water Resources and Environmental Engineering, McGraw-Hill, Tokyo, Japan. ISBN: 0070522502

 

Signatura UdG: 628.16 RIC

Nº de copias : 1

 

Resolució. Integració numèrica

Davis, M.E. (1984) Numerical methods and modeling for chemical engineers. John Wiley & Sons, Inc., New York, U.S.A. ISBN: 0-471-88761-7.

Signatura UdG: 66.0:517 DAV

Nº de copias : 1

Press, W.H., Teukolsky, S.A., Vetterling, W.T. y Flannery, B.P. (1992) Numerical recipes in fortran. 2ª Edición, Cambridge University Press, U.S.A. ISBN: 0-521-43064-X.

Signatura UdG: 681.3.068(FORTRAN)

Nº de copias : 6

 
Mètodes docents  

 
Tipus d'exàmens i avaluacions  

La nota final vindrà donada per la combinació de les notes de pràctiques i de l’examen final:

  • 60% nota de l’exàmen. Constarà de una part de teoria i 3 problemes, amb igual valor cadascun (25%)
  • 40% nota de pràctiques.

 

Condicions: com a mínim cal obtenir un valor de 4/10 a l’examen final per poder fer mitja i un valor de 5/10 en els informes de pràctiques.

 
Informació addicional  

http://lequia.udg.edu/docencia/sios
 
Llengua de les classes