8. Prezentarea proiectului: 8.1. Importanta si relevanta ... Proiect ID 548… · si a unor sisteme...

PROIECTE DE CERCETARE EXPLORATORIE PCE - 1 Cod: PO-01-Ed1-R0-F25

8. Prezentarea proiectului: 8.1. Importanta si relevanta continutului stiintific Prezentarea creaza referentialul cercetarii; va demonstra gradul de informare documentare al directorului de proiect

Activitatea de cercetare pe plan international a condus la o mare varietate de rezultate si aplicatii in domeniul monitorizarii si controlului biosistemelor. Cu toate acestea, raman o serie de probleme si provocari stiintifice, a caror rezolvare poate contribui la cresterea competitivitatii si productivitatii in diversele domenii ale bioindustriei. Conform Comitetului Tehnic IFAC pentru Bioprocese si Biosisteme, lista acestor probleme deschise cuprinde teme cum ar fi: integrarea metodelor de control in proiectarea bioproceselor; modelarea matematica, identificarea si analiza fenomenelor biologice; optimizarea si controlul proceselor biotehnologice de tip batch (inclusiv bioreactoare fed-batch si proceduri de startare); ingineria proceselor metabolice si conexiunea acesteia cu teoria sistemelor; modelarea populatiilor, inclusiv analiza proprietatilor modelelor si a rolului acestora in estimare si control; instrumentatie: masuratori on-line/off-line; biosisteme cu parametri distribuiti si intarzieri; senzori software si algoritmi de conducere neliniara a bioproceselor etc.

Din punct de vedere sistemic, procesele biotehnologice si sistemele biologice (denumite generic biosisteme) au un pronuntat caracter neliniar. Desi, in ceea ce priveste elaborarea unor clase de modele si a unor sisteme de identificare si conducere s-au facut progrese remarcabile, totusi dezvoltarea si implementarea unor metode moderne de modelare si conducere este mai lenta in comparatie cu alte domenii. Aceasta intarziere este cauzata in principal de doua caracteristici specifice ale sistemelor biologice si biotehnologice. In primul rand, modelarea biosistemelor este deosebit de dificila. Aceste sisteme complexe sunt organisme vii sau contin microorganisme vii si prin urmare functionarea acestora si in special dinamicile de crestere, transport si propagare sunt deseori greu de inteles, neliniare si cu intarzieri (uneori variabile in timp). In al doilea rand, aplicarea unor strategii de monitorizare si conducere se confrunta in majoritatea cazurilor cu absenta unei instrumentatii specifice, sigure si ieftine, destinate masurarii directe si/sau monitorizarii in timp real a unor variabile biologice si biochimice (concentratii intra si inter-celulare, ale biomasei, substratului, metabolitilor). Actualmente, piata ofera putini senzori capabili sa furnizeze astfel de masuratori, iar concentratiile variabilelor biologice trebuie determinate prin analize de laborator off-line.

Asa-numitele metode clasice de modelare si conducere nu s-au dovedit eficiente pentru a depasi aceste dificultati (Schugerl, 2001; Dochain, 2008). De aceea, este necesara dezvoltarea unor metodologii de modelare sistematica, elaborarea de noi metode avansate de identificare si conducere neliniara a unor clase de biosisteme, cu aplicabilitate directa in bioindustrie, medicina si depoluarea mediului.

Modelarea biosistemelor presupune un efort interdisciplinar de intelegere a conexiunilor complexe dintre structuri sau compartimente insotite de fenomene de transport, propagare si crestere la diverse nivele (substanta, energie, informational) (Niculescu et al., 2007). Desi aceasta reprezentare simplificata este valida in mod natural pentru toate mecanismele de abstractizare, ea se aplica in mod specific pentru clase mari de modele care descriu dinamica biosistemelor: cresterea populatiilor de microorganisme, competitia intre populatii, mecanisme epidemiologice, mecanisme de control al respiratiei etc.

Tendinta cercetarilor pe plan european si mondial este orientata catre modelarea cresterii, echilibrului si competitiei populatiilor, a proceselor metabolice, a bioproceselor de depoluare (Dochain & Vanrolleghem, 2001; Niculescu et al., 2007 etc.). Un domeniu de actualitate este cel al studiului intarzierilor in modelele biosistemelor. Fenomene cum ar fi reactiile cu propagare (bioprocese cu propagare, inclusiv de depoluare), procesele de transport (bioreactoare cu recirculare, mecanisme de respiratie - controlul nivelului de dioxid de carbon in sange, etc.), stocarea nutrientilor, fazele intracelulare scurte si de latenta (in epidemiologie), propagarea infectiilor etc., sunt caracterizate de prezenta intarzierilor, constante sau variabile in timp. O clasa tipica de biosisteme neliniare cu intarzieri, actuala si de mare importanta in medicina, este cea a modelelor dinamice care descriu mecanismele de transmisie de la celula la celula (cell-to-cell spread), prezente de exemplu in HIV (Culshaw et al., 2003; Niculescu et al., 2007). Neglijarea constrangerilor de timp in procesul de modelare genereaza estimarea eronata a numarului de celule bolnave/sanatoase si reduce eficienta tratamentului. Modelarea acestor biosisteme presupune analiza detaliata a dinamicilor, stabilitatii si influentei intarzierilor (posibil variabile in timp) asupra stabilitatii.

In acest context, desi in domeniul sistemelor cu intarziere (si in special al stabilitatii acestora) studiile din fluxul principal de publicatii sunt numeroase (Gu, Kharitonov & Chen, 2003; Michiels & Niculescu, 2007 etc.), studii privind bioprocesele si sistemele biologice ca sisteme neliniare cu intarzieri sunt relativ putine (o referinta considerata clasica, pentru cazul liniar, este monografia Biological delay systems: linear stability theory, MacDonald, 1989). Prin urmare se poate afirma ca aici exista o nisa ce poate fi exploatata si poate conduce la o valorificare a excelentei romanesti in domeniu.

Din punct de vedere al tehnicilor de obtinere si prelucrare a modelelor, sunt interesante abordarile privind reducerea ordinului modelelor complexe (modelare minimala, teoria perturbatiilor singulare), precum si modelarea Bond Graph (Dauphin-Tanguy, 2000; Pastravanu & Ibanescu, 2001), cu aplicatii mai vechi la sisteme biologice, dar nedezvoltata inca suficient pentru bioprocese.

Strans legata de problematica modelarii, identificarea biosistemelor reprezinta o arie de cercetare de actualitate si de anvergura, necesara pentru surmontarea dificultatilor legate de absenta instrumentatiei ieftine si fiabile si pentru implementarea unor strategii de conducere.

Teoria identificarii este puternic dezvoltata in sistemele automate (publicatii clasice, de referinta: Landau, 1990; Ljung, 1999 etc.), preocuparile actuale fiind legate de dezvoltarea unor algoritmi neliniari (Giannakis & Serpedin, 2001; Ogunfunmi, 2006 etc.). Exista trei grupe de abordari ale identificarii neliniare (continue) si anume: metode de identificare parametrizate (polinomiale); metode de identificare structurate pe blocuri (Hammerstein, Wiener etc.); identificarea bazata pe dezvoltari Volterra. O formulare generala a identificarii neliniare poate fi efectuata prin utilizarea algoritmilor bazati pe subspatii de la sistemele liniare, efectuand o dezvoltare intr-o baza neliniara (Van Overschee & De Moor, 1996; Oshumi, 2002).

ROMANIA

Ministerul Educatiei, Cercetarii si Tineretului

Autoritatea Nationala pentru Cercetare Stiintifica


In privinta identificarii bioproceselor si biosistemelor, exista o serie de abordari legate atat de identificarea off-line a unor parametri, cat si de estimarea on-line a starii, parametrilor si cineticilor, asociata cu metodele de conducere adaptiva sau hibride.

O directie care poate da rezultate remarcabile in identificarea off-line a parametrilor biosistemelor neliniare o constituie utilizarea metodelor bazate pe teoria distributiilor (Oshumi et al., 2002; Makila, 2006), care conduc in final la relatii liniare in raport cu parametrii necunoscuti. Aceasta metoda poate fi extinsa la procesele in care apar neliniaritati de tip rational in raport cu componentele vectorului de stare (bioprocese de depoluare, biosinteza unor enzime) (Marin et al., 2006). Dezvoltarea unor algoritmi de estimare on-line a starii, parametrilor si cineticilor bioproceselor reprezinta un domeniu deschis de cercetare, important si prin faptul ca aceste estimatoare asigura implementarea metodelor de conducere in lipsa instrumentatiei specifice. Pentru rezolvarea problemei instrumentatiei, au fost dezvoltati asa-numitii senzori software, care sunt o combinatie de senzori hardware si algoritmi software de estimare on-line a starii si/sau parametrilor.

Referitor la estimarea starii bioproceselor, exista in prezent doua mari clase de observere de stare (Dochain & Vanrolleghem, 2001; Dochain, 2008). Prima clasa (care include observere clasice de tip Luenberger si Kalman, observere neliniare etc.) se bazeaza pe o cunoastere perfecta a structurii modelului biosistemului (Bastin & Dochain, 1990). Dezavantajul acestor observere este acela ca incertitudinile asupra parametrilor modelului pot genera erori de estimare. A doua clasa este cea a observerelor asimptotice, care au la baza ideea ca incertitudinile de model sunt cele legate in special de cinetici. Proiectarea se face utilizand ecuatiile de bilant masic si energetic, fara a fi necesara cunoasterea cinteticilor bioprocesului. Dezavantajele acestor observere sunt datorate dependentei convergentei de conditiile de operare si faptului ca pot fi aplicate doar unor subclase de bioprocese cu o anumita structura a cineticilor. Tendinta cercetarilor este de a dezvolta estimatoare combinate pentru stare si parametri (cum ar fi estimatoare liniar-regresive sau de tip high-gain) (Petre & Selisteanu, 2005). O alta abordare sesizata in fluxul principal de publicatii este cea legata de utilizarea unor observere de tip alunecator (Utkin, 1992; Edwards & Spurgeon, 1998) in estimarea starii unor bioprocese (Veluvolu et al., 2006; Barbu & Caraman, 2007).

Obtinerea unor performante superioare in aplicatii de mare importanta cum ar fi bioindustria, medicina, protectia mediului si activitatile de depoluare (tratarea apelor reziduale, a aerului poluat si a solului degradat) se poate realiza doar prin utilizarea unor metode de monitorizare si control specifice sistemelor automate. Procesele biotehnologice si in general biosistemele, datorita caracterului puternic neliniar, a incertitudinilor de modelare si a absentei biosenzorilor ieftini si fiabili, pot fi conduse cu performante bune prin aplicarea unor strategii avansate de conducere neliniara.

In domeniul conducerii sistemelor neliniare, atat pe plan national cat si pe plan mondial, cercetarile se concentreaza pe elaborarea unor algoritmi si metode cum ar fi: conducerea liniarizanta prin reactie dupa stare (amintim monografiile lui Isidori, Nonlinear Control Systems, 1989 si editiile ulterioare; Marino & Tomei, Nonlinear Control Design, 1995 etc.), metode de conducere liniarizanta adaptiva, metode robuste, metode de tip predictiv (Rossiter, 2003) etc. Implementarea practica a unei legi de conducere neliniare intampina dificultati atunci cand modelul nu este cunoscut cu precizie (incertitudini de model), impunandu-se utilizarea comenzii neliniare simultan cu adaptarea parametrilor. Astfel, sistemul de conducere devine unul adaptiv, care necesita informatie apriorica redusa si isi modifica structura si/sau parametrii in timpul functionarii utilizand informatia curenta furnizata de proces (Astrom & Wittenmark, 1995). Aplicatiile actuale ale conducerii adaptive se regasesc in industria auto si aerospatiala, robotica, energetica si nu in ultimul rand in bioindustrie (Dochain, 2008) si in protectia mediului (Dochain & Vanrolleghem, 2001). Din punct de vedere teoretic, tendintele actuale sunt de a aplica tehnici hibride de conducere adaptiv-robusta, adaptiv-alunecatoare, adaptiv-fuzzy, adaptiv-neurala etc. (Haddad et al., 2001; Farrell & Polycarpou, 2006 etc.).

O alta directie de cercetare conturata in domeniul conducerii sistemelor neliniare, cu aplicatii directe la conducerea biosistemelor, este aceea a dezvoltarii unor algoritmi de conducere din clasa asa-numitelor metode de inalta frecventa: conducerea sistemelor in regim alunecator (Sliding Mode Control) si conducerea vibrationala (Vibrational Control).

Conducerea sistemelor in regim alunecator este o metoda dezvoltata incepand cu anii 1960 (contributii majore avand Emeljanov, Utkin, Filippov), o lucrare fundamentala fiind Sliding Regimes and their Applications in Variable Structure Systems, Utkin, 1978. Metoda a fost dezvoltata dupa anii 1990 atat din punct de vedere teoretic (Utkin, 1992; Edwards & Spurgeon, 1998 etc.), cat si prin aplicatii in domeniul reactoarelor chimice, bioproceselor (Tham et al., 2003; Selisteanu et al., 2007a), ingineriei electrice si robotilor. Pentru situatia in care imprecizia cunoasterii parametrilor este mare, o serie de cercetatori (Sira-Ramirez, Llanes-Santiago etc.) au dezvoltat conducerea adaptiva in regim alunecator. Aceasta directie este de o mare actualitate, realizand o imbinare a robustetii inerente a controlului alunecator cu avantajele conducerii adaptive. Aplicarea unor algoritmi adaptivi-alunecatori pentru clase de bioprocese permite obtinerea de performante superioare in conditii de incertitudini asupra modelelor (Selisteanu et al., 2007a).

Conducerea vibrationala a sistemelor este o metoda in circuit deschis (open-loop) dezvoltata incepand cu anii 1980 de catre Bellman, Bentsman si Meerkov. Articolele acestora din IEEE Trans. on Automatic Control au pus bazele teoriei vibrationale (Bellman et al., 1986a,b). Aplicatii ale metodei se gasesc in fizica laserilor si a plasmei, roboti, reactoare chimice, bioreactoare (Selisteanu et al., 2007b). Aceasta metoda presupune aplicarea in circuit deschis a unor vibratii componentelor sistemului, astfel incat comportarea in medie sa fie cea dorita. Sistemul obtinut are un anumit grad de robustete la actiunea unor perturbatii. Avantajul metodei este ca nu necesita masuratori ale iesirilor, variabilelor de stare sau ale perturbatiilor. Prin urmare metoda se preteaza acelor situatii in care aceste marimi sunt greu accesibile sau masuratorile on-line sunt scumpe (cum este cazul biosistemelor). Extinderi ale metodei pentru sistemele cu parametri distribuiti si cu intarzieri au fost facute in 1990-2000 de catre Bentsman, Lehman, Shujaee. Tendintele in metoda sunt: controlul vibrational in circuit inchis, pentru exploatarea mai buna a calitatilor de robustete, si obtinerea de metode hibride de control (adaptiv-vibrational). Bioreactoarele continue si bioreactoarele cu recirculare sunt posibile aplicatii ale metodei, pentru care exista (relativ putine) rezultate publicate.


Bibliografie Astrom K.J., B. Wittenmark, 1995, Adaptive control, Addison–Wesley. Barbu M., S. Caraman, 2007, Design of a Sliding-Mode Observer for a Biotechnological Process, 10th Int.

IFAC Symp. on Computer Applications in Biotechnology, vol. 1, pp. 215-220, Cancun, Mexico, Bastin G., Dochain, D., 1990. On-line Estimation and Adaptive Control of Bioreactors, Elsevier. Bellman R.E., J. Bentsman, S.M. Meerkov, 1986a, Vibrational control of nonlinear systems: vibrational

stabilizability, IEEE Trans. on Automatic Control, vol. 31, no. 8, pp. 710-716. Bellman R.E., J. Bentsman, S.M. Meerkov, 1986b, Vibrational control of nonlinear systems: vibrational

controllability and transient behavior, IEEE Trans. on Autom. Control, vol. 31, no. 8, pp. 717-724. Culshaw R.V., S. Ruan, G. Webb, 2003, A mathematical model of cell-to-cell spread of HIV-1 that includes a

time delay, Journal of Mathematical Biology, vol. 46, pp. 425-444. Dauphin-Tanguy G. (Ed.), 2000, Les Bond Graphs, Hermes Science, Paris. Dochain D. (Ed.), 2008, Automatic Control of Bioprocesses, ISTE Publishing and Wiley & Sons. Dochain D., P. Vanrolleghem, 2001, Dynamical Modelling and Estimation in Wastewater Treatment

Processes, IWA Publishing. Edwards C., S.K. Spurgeon, 1998, Sliding Mode Control: Theory and Application, Taylor and Francis. Farrell J.A., M. Polycarpou, 2006, Adaptive Approximation Based Control: Unifying Neural, Fuzzy and

Traditional Adaptive Approximation Approaches, Wiley-Interscience. Giannakis G.B., E. Serpedin, 2001, A bibliography on nonlinear system identification, Signal Processing,

Elsevier Science B.V., vol. 81, no. 3, pp. 533-580. Gu K., V.L. Kharitonov, J. Chen, 2003, Stability of time-delay systems, Birkhauser: Boston. Haddad W.M., V. Chellaboina, T. Hayakawa, 2001, Robust Adaptive Control for Nonlinear Uncertain

Systems, Proc. of 40th IEEE Conf. on Decision and Control, Orlando, Florida, USA, pp. 1615-1620. Isidori A., 1995, Nonlinear Control Systems, 3rd Edition, Springer Verlag, Berlin. Landau I.D., 1990, System Identification and Control Design, Prentice Hall. Ljung L., 1999, System Identification: Theory for the User, Prentice Hall. Llanes-Santiago O., M.T. Esandi, H. Sira-Ramirez, 1993, Adaptive chattering-free sliding mode control of

nonlinear uncertain systems. Proc. of the European Control Conf., Groningen, pp. 829–834. MacDonald N., 1989, Biological delay systems: linear stability theory, Cambridge University Press. Makila P.M., 2006, LTI approximation of nonlinear systems via signal distribution theory, Automatica, vol.

42, no. 6, pp. 917-928. Marin C. et al., 2006. On the generalised friction dynamic systems identification by distributions, Sci. Bull. of

Politehnica Univ. of Timisoara, Trans. on Autom. Contr. & Comp. Sci., vol. 51 (65), no. X. Marino R., P. Tomei, 1995, Nonlinear Control Design, Prentice Hall. Michiels W., S.I. Niculescu, 2007, Stability stabilization of time-delay systems, SIAM: Philadelphia. Niculescu S.I., I.C. Morarescu, W. Michels, K. Gu, 2007, Geometric Ideas in the Stability Analysis of Delay

Models in Biosciences, in Biology and control theory: current challenges (I. Queinnec et al. Eds.), Lecture Notes in Control and Information Sciences, Springer Verlag, vol. 357, 217-259.

Ogunfunmi T., 2006, Adaptive Nonlinear System Identification, Springer Verlag, Berlin. Oshumi A., K. Yamaguchi, K. Kameyama, 2002, Subspace identification for continuous time stochastic

systems via distribution-based approach, Automatica, vol. 38, pp. 63-79. Pastravanu O., R. Ibanescu, 2001, Limbajul Bond Graph in modelarea si simularea sistemelor fizico-tehnice,

Ed. Gh. Asachi, Iasi. Petre E., D. Selisteanu, 2005, Modelarea si identificarea bioproceselor de depoluare, Ed. Universitaria. Rossiter J.A., 2003, Model-based Predictive Control – A Practical Approach, CRC Press. Schugerl K., 2001, Progress in monitoring, modelling and control of bioprocesses during the last 20 years,

Journal of Biotechnology, vol. 85, no. 2, pp. 149-173. Selisteanu D., E. Petre, V. Rasvan, 2007a, Sliding mode and adaptive sliding-mode control of a class of

nonlinear bioprocesses, Int. J. of Adaptive Contr. & Signal Proc., vol. 21, no. 8-9, pp. 795-822. Selisteanu D., E. Petre, D. Popescu, E. Bobasu, 2007b, High frequency control strategies for a continuous

bioprocess: sliding mode control versus vibrational control, Proc. of the 13th IEEE/IFAC Int. Conf. on Methods and Models in Autom. and Robotics MMAR, Szczecin, Poland, pp. 77-84.

Tham H.J., K.B., Ramachandran, M.A. Hussain, 2003, Sliding mode control for a continuous bioreactor. Chemical and Biochemical Engineering, vol. 17, no. 4, pp. 267-275.

Utkin V.I., 1978, Sliding Regimes and their Applications in Variable Structure Systems. MIR Publ. Utkin V.I., 1992, Sliding Modes in Control Optimization, Springer Verlag, Berlin. Van Overschee P., B. De Moor, 1996, Subspace system identification for linear systems, Kluwer. Veluvolu K.C., Y.C. Soh, W. Cao, Z.Y. Liu, 2006, Discrete-time sliding mode observer design for a class of

uncertain nonlinear systems, Proc. of American Control Conference, 14-16 June 2006. 8.2. Obiectivele proiectului

(se specifica clar obiectivele proiectului in contextul stadiului cunoasterii in domeniu, elementele originale vizate si importanta pentru domeniu, impactul estimat; daca este cazul se va face referire la caracterul interdisciplinar)

Din analiza succinta efectuata in paragraful anterior, se poate observa ca au fost obtinute o serie de rezultate privind atat modelarea, cat si metodele de identificare si conducere ale biosistemelor. Cu toate acestea, in urma investigarii stadiului actual al cunoasterii, se poate afirma ca exista probleme stiintifice cu caracter interdisciplinar care pot fi exploatate, generand elemente originale ce pot conduce la o valorificare a cercetarilor romanesti in domeniu.

In acest context, prezentul proiect isi propune elaborarea unei metodologii sistematice de obtinere a modelelor biosistemelor, analiza proprietatilor modelelor si a rolului acestora in identificare si conducere, precum si dezvoltarea de noi metode avansate de identificare si conducere neliniara a unor clase de bioprocese si sisteme biologice, cu aplicabilitate directa in bioindustrie, medicina si depoluarea mediului.


Contributiile potentiale ale proiectului sunt determinate de mai multi factori: existenta, incepand cu 1999, a unui Centru de cercetare: Automatica neliniara. Stabilitate si oscilatii acreditat CNCSIS, din care face parte majoritatea membrilor echipei, cu o bogata experienta in domeniu; traditia de peste 35 de ani in sisteme automate neliniare si adaptive de la Universitatea din Craiova; participarea unor membri ai colectivului la scolile internationale in domeniu, precum si la stagii de cercetare in cadrul unor proiecte internationale; rezultatele deja obtinute prin publicarea unor lucrari si in cadrul altor granturi desfasurate in anii anteriori (a se vedea punctul 8.4); colaborarile nationale si europene din cadrul centrului de cercetare.

Obiectivele majore ale proiectului 1. Elaborarea unei metodologii sistematice de obtinere a modelelor unor clase de sisteme biologice si

procese biotehnologice. In cadrul acestui obiectiv vor fi obtinute modele ale unor sisteme biologice, in special modele ale

cresterii, echilibrului si competitiei populatiilor, mecanisme de transmisie de la celula la celula, procese metabolice etc. A doua clasa se refera la procesele biotehnologice, cu accent pe obtinerea de modele ale bioproceselor cu propagare si recirculare, precum si ale bioproceselor de depoluare.

2. Analiza proprietatilor modelelor biosistemelor si a rolului acestora in estimare si conducere. Obiectivul vizeaza obtinerea de rezultate privind proprietatile modelelor (in primul rand proprietati

structurale), precum si analiza efectului intarzierilor constante sau variabile in timp (fenomene cu propagare, procese de transport, stocare etc.) asupra stabilitatii si comportamentului dinamic. Proprietatile evidentiate pot fi utile in proiectarea unor algoritmi de estimare si conducere pentru clase de biosisteme.

3. Obtinerea de noi metode de identificare si de estimare a starii si parametrilor biosistemelor. O prima categorie de proceduri ce va fi dezvoltata este cea a metodelor de identificare off-line a unor

clase de biosisteme, metode bazate pe teoria distributiilor, precum si metode bazate pe subspatii. In al doilea rand, sunt vizate rezultate prin elaborarea de algoritmi de estimare on-line a starii si parametrilor bioproceselor, inclusiv algoritmi hibrizi (stare – parametri – cinetici).

4. Proiectarea unor metode avansate de conducere neliniara a unor clase de bioprocese. Vor fi proiectati algoritmi de conducere neliniara de tip adaptiv-robust, adaptiv-alunecator, adaptiv-

neural, vibrational, pentru clase de bioprocese, inclusiv bioprocese cu propagare. Proiectarea se va baza pe utilizarea unor proprietati de model si a algoritmilor de estimare. Vor fi realizate studii comparative privind performantele algoritmilor propusi si se vor realiza teste, inclusiv experimentale, pe bioprocese prototip.

Aceste obiective majore sunt transpuse in obiective specifice, cu activitati de cercetare corespunzatoare, care vor fi realizate pe parcursul desfasurarii proiectului (a se vedea punctul 9.1).

Pentru a raporta obiectivele majore la realizarile actuale din domeniu, trebuie remarcat faptul ca obiectivele corespund tendintelor actuale in domeniul modelarii, identificarii si conducerii biosistemelor. Cuvintele cheie in aceste abordari pot fi considerate: biosisteme cu incertitudini, cu intarzieri, neliniare, si corespund orientarilor pe plan national (centrele de la Universitatea Politehnica Bucuresti, Universitatea Dunarea de Jos din Galati etc.) si pe plan international in modelarea si conducerea bioproceselor (Universitatea Catolica din Louvain-la-Neuve, Belgia – G. Bastin si D. Dochain, Institutul National Politehnic din Grenoble, Franta, Scoala Superioara de Mine Paris – A. Rapaport etc., precum si puternice colective din Italia, Olanda, Germania, Suedia, SUA si Japonia). Tendintele de cercetare mentionate pot fi argumentate si prin procentul mare de lucrari din fluxul principal de publicatii din domeniu in ultimii ani: Journal of Bioscience and Bioengineering, Journal of Mathematical Biology, Journal of Biotechnology, IEEE Trans. on Automatic Control, Int. Journal of Adaptive Control and Signal Processing, Automatica etc.

Linia impusa de centrele internationale de cercetare in domeniul conducerii biosistemelor este aceea a abordarii neliniare si adaptive. Proiectul propus va continua aceasta linie si va incerca obtinerea de contributii ce tin de extinderea conducerii adaptive si aplicarea unor tehnici de conducere de inalta frecventa. Vor fi dezvoltate tehnici hibride, in special adaptiv-robuste, adaptiv-alunecatoare si adaptiv-vibrationale. Se poate spune ca in privinta dezvoltarii acestor tehnici hibride, pot fi obtinute elemente teoretice si aplicative cu caracter de pionierat la nivel international.

Echipa de cercetare a obtinut deja anumite rezultate (diseminate in elemente de monografie, reviste din fluxul principal de publicatii precum si in comunicari la diverse manifestari) privind analiza stabilitatii unor modele de biosisteme, conducerea adaptiva, alunecatoare si vibrationala a unor bioprocese – a se vedea punctul 8.4. Prezentul proiect va permite extinderea acestor realizari si obtinerea unor elemente de cercetare cu caracter de noutate.

Elemente originale vizate Printre aspectele cercetarii ce pot fi considerate originale enumeram: - analiza stabilitatii biosistemelor cu intarzieri, realizata prin abordari de tip geometric (aplicatii:

modele de transmisie cell-to-cell, mecanisme respiratorii, modele dinamice imunologice in leucemie etc.); - metode combinate de modelare minimala si aplicarea teoriei perturbatiilor singulare pentru reducerea

ordinului modelelor bioproceselor; - modelarea bioproceselor utilizand metoda Bond Graph (inclusiv pentru bioprocese cu parametri

distribuiti si recirculare); - obtinerea de noi algoritmi de identificare bazati pe teoria distributiilor pentru biosisteme neliniare, in

special la sisteme la care nu se pot obtine relatii liniare in raport cu parametrii necunoscuti (identificarea bazata pe distributii este dezvoltata in cazul liniar si exista putine aplicatii pentru sisteme neliniare);

- proiectarea de algoritmi hibrizi de estimare on-line a starii si parametrilor bioproceselor, inclusiv pentru sisteme cu intarzieri;

- dezvoltarea de algoritmi de conducere hibrizi de tip adaptiv-alunecator pentru clase de procese biotehnologice; analiza gradului de robustete a metodei (in afara unor contributii proprii incipiente, membrii echipei au detectat in fluxul principal de publicatii existenta unor algoritmi proiectati pentru reactoare chimice – Sira-Ramirez, Llanes-Santiago, Utkin, dar nu si pentru bioprocese);


- elaborarea de noi algoritmi adaptivi si robusti-adaptivi pentru conducerea proceselor de depoluare (bioprocese de tip noroi activ, bioprocese de metanizare de tip fermentatie anaeroba etc.);

- elaborarea de metode si algoritmi de conducere vibrationala pentru procese biotehnologice, si a unor tehnici hibride de tip adaptiv-vibrational (din informatiile existente, conducerea vibrationala a bioproceselor a fost abordata doar in lucrarile unor membri ai echipei de cercetare);

- elaborarea de noi metode experimentale: dezvoltarea unor pachete software pentru simularea biosistemelor (modelare, identificare, conducere); metodologii de monitorizare multi-punct a parametrilor biosistemelor; testarea noilor algoritmi de identificare si conducere pe bioreactoare de laborator si pe bioprocese din statii de epurare (prin colaborare cu Regia Autonoma Apa Craiova).

Importanta si impact estimat Importanta rezultatelor preliminate a se obtine in cadrul proiectului reiese din amploarea cercetarilor

efectuate pe plan mondial in aceste domenii (relevata pe larg in paragraful anterior). Proiectul este conceput pentru a prelua si valorifica rezultate anterioare, fiind in acelasi timp o baza pentru lansarea unor cercetari ulterioare impreuna cu partenerii internationali ai echipei de cercetare.

Prin derularea proiectului propus se estimeaza: - cresterea performantelor de cercetare ale echipei, formarea tinerilor cercetatori si obtinerea unor

rezultate stiintifice de varf, publicate in reviste din fluxul principal, in special in sistemul ISI Web of Science (inclusiv in reviste romanesti indexate in baze de date internationale si cu potential de indexare ISI);

- continuarea colaborarilor din cadrul centrului de cercetare cu parteneri din mediul privat; - extinderea cooperarii internationale in proiecte de cercetare, pe baza rezultatelor obtinute in proiect;

stimularea participarii membrilor echipei la retele de cercetare nationale si internationale (exista deja participari in retelele EIE-Surveyor, EURON etc.);

- atragerea de cercetatori romani din diaspora (un membru al echipei prezentului proiect este cercetator post-doc la INRIA Rhones-Alpes, Grenoble, Franta);

- aplicarea ulterioara a rezultatelor obtinute in produse si tehnologii, utilizand relatiile de colaborare cu parteneri traditionali (Institulul de Proiectare pentru Automatizari IPA CIFATT Craiova, Regia Autonoma Apa Craiova, ELPRECO S.A. Craiova etc.).

Caracterul interdisciplinar Tema proiectului face parte prin metodele de realizare si implementare a obiectivelor propuse dintr-un

domeniu de cercetare fundamentala si exploratorie, bazat pe abordare interdisciplinara. Caracterul de cercetare fundamentala al temei proiectului este imprimat de dezvoltarea unor noi clase de obiecte matematice, elaborarea unor noi metode si algoritmi de identificare neliniara si de conducere avansata. Se poate observa ca aceasta cercetare fundamentala se incadreaza in domeniul automaticii, dar are si un caracter interdisciplinar legat de discipline cum ar fi matematica, biologia si biochimia.

Cercetarile fundamentale sunt in fapt stimulate de problematica unor tehnici si tehnologii noi din domeniul stiintelor aplicate; intre acestea automatica este poate furnizorul cel mai important pentru cercetarile fundamentale pentru ca opereaza la nivel informational mai mult decat la cel fizic (adica mai mult cu ecuatii decat cu descrieri lingvistice) precum si pentru ca furnizeaza si instrumente de studiu si abordare acumulante de informatie (simularile). Pe de alta parte algoritmica automaticii isi gaseste mai usor implementarea pe modele corecte, fundamentate, apropiate de naturaletea celor din fizica si chimie. Ca urmare, cercetarile de modelare si validare, ca si cele de supraveghere si conducere (deci care permit acumularea de informatii) graviteaza in jurul unor cercetari nemijlocit legate de discipline fundamentale (matematici aplicate – ecuatii diferentiale, ecuatii cu intarziere – dar si biologie, chimie si biotehnologii).

Se poate afirma ca aria de cercetare a proiectului se incadreaza in cateva dintre domeniile de cercetare fundamentala din Romania considerate de catre CNCSIS (Planul PN II – Program Idei) ca fiind cu potential: Biologie, genetica si medicina (mecanisme de imunogenetica, biodiversitate si biotehnologie); Matematica (Ecuatii diferentiale cu derivate partiale, control si optimizare, analiza neliniara, biomatematica); Domenii de granita (modelarea proceselor fizice, chimice si biologice).

8.3. Metodologia cercetarii

Proiectul de cercetare propus se bazeaza pe o metodologie consacrata in practica conducerii automate: dezvoltarea unor aspecte teoretice (modelare, identificare, conducere) si testarea algoritmilor propusi prin simulare si experimente, pe structuri benchmark si pe bioprocese prototip.

Cercetarea implicata in prezentul proiect se va desfasura in cadrul laboratoarelor Universitatii din Craiova, Catedra de Automatica, precum si in laboratoarele sau pe instalatiile institutiilor si firmelor colaboratoare (R.A. Apele Romane Craiova, IPA-CIFATT, ELPRECO S.A. Craiova etc). Pentru documentare se vor utiliza: Biblioteca Universitatii, bibliotecile personale ale membrilor echipei si documentatia obtinuta pe parcursul si cu resursele proiectului, documentatia disponibila la parteneri traditionali (Facultatea de Automatica si Calculatoare, Bucuresti; Univ. Dunarea de Jos, Galati; INRIA Grenoble; Supelec Paris etc.).

Fiecare membru al echipei de cercetare are o componenta proprie a proiectului pe care o realizeaza. Periodic se vor organiza intalniri ale echipei pentru prezentarea rezultatelor, dezbateri si planificarea etapelor ulterioare de lucru. Ideile teoretice vor fi structurate si sintetizate de directorul de grant si cercetatorii cu experienta, dupa care prin consultari reciproce se va gasi cea mai eficienta modalitate de dezvoltare concreta. Tinerii cercetatori vor fi incurajati sa dezvolte idei teoretice proprii pornind de la realizari anterioare ale echipei sau din literatura de specialitate. Unele rezultate intermediare vor fi prezentate in seminariile de catedra, in sesiuni stiintifice si vor fi trimise spre publicare.

Obiectivele si activitatile sunt astfel planificate incat sa fie realizate in cele 36 de luni ale proiectului. Obiectivele si directiile pe care proiectul incearca aducerea de contributii au fost stabilite prin corelarea lor cu competentele si abilitatile profesionale ale membrilor echipei de cercetare (a se vedea si punctul 9).


8.4. Resurse necesare: 8.4.1 Resursa umana: 8.4.1.1 Directorul de proiect: 8.4.1.1.1 Competenta stiintifica a directorului de proiect :

Se va face referire la: o Domenii de competenta si rezultate semnificative, atat rezultate teoretice cat si rezultate practice o Lucrari stiintifice publicate, in domeniul temei propuse, in ultimii 5 ani o Carti stiintifice in domeniu (monografii, tratate, alte carti) indexate ISI, recenzate in baze de date internationale,

si/sau publicate in edituri internationale si nationale de prestigiu o Brevete de inventie/ descoperiri/ contributii esentiale la dezvoltarea cunoasterii o Produse concepute/realizate si valorificate in mediul socio-economic o Membru in colective de redactie ale unor reviste internationale (cotate ISI sau incluse in baze de date internationale)

sau in colective editoriale ale unor edituri internationale recunoscute o Premii nationale si internationale acordate de asociatii profesionale si institutii de prestigiu in urma unui proces

demonstrabil de evaluare Domenii de competenta si rezultate semnificative In cei peste 16 de ani de activitate universitara, directorul de proiect a desfasurat o bogata activitate

stiintifica. O parte consistenta a cercetarilor s-a materializat prin elaborarea si sustinerea in 1999 a tezei de doctorat: Conducerea Automata a Bioreactorului Enzimatic, conducator prof. V. Rasvan, prin publicarea unor lucrari in reviste sau in volumele unor manifestari stiintifice. Sintetizand aceste preocupari, competenta directorului de proiect se bazeaza pe rezultatele activitatii sale stiintifice si didactice, dupa cum urmeaza: - Teoria sistemelor si reglare automata: sisteme neliniare, conducere adaptiva, alunecatoare, vibrationala; - Aplicatii ale teoriei sistemelor automate in modelarea, estimarea si conducerea bioproceselor; - Aplicatii ale conducerii adaptive si neurale pentru structuri robotice; - Instrumentatie virtuala, sisteme de achizitie si prelucrare numerica a semnalelor.

Principale rezultate semnificative (pe baza aprecierii si recunoasterii venite din partea specialistilor): 1. In domeniul teoretic: - Metodologii de modelare si de reducere a ordinului modelelor pentru procese

neliniare complexe, cu aplicatii in biotehnologie si biochimie; - Algoritmi de estimare a starii si identificare a parametrilor bioproceselor, inclusiv studiul stabilitatii si convergentei algoritmilor; - Tehnici de conducere adaptiva, alunecatoare si vibrationala a proceselor neliniare cu aplicatii in biotehnologie, biochimie, robotica.

2. In domeniul aplicativ s-a reusit validarea unor modele, implementarea unor metode de conducere, realizarea unor echipamente de masura si automatizare si a unor platforme experimentale: - Validarea unor modele prin proceduri de simulare numerica (Matlab/SimBiology, LabVIEW), monitorizarea proceselor, comparatii; - Studiu de reabilitare (optimizarea consumului, pachet de programe pentru calculul pierderilor si dimensionarea pompelor la statia de deferizare) si implementarea unui sistem automat de distributie a apei la OLPO S.A. Podari, Dolj (fabrica de ulei si margarina); - Platforme experimentale de testare a algoritmilor de conducere a structurilor robotice tip benchmark Quanser/Matlab; - Platforme experimentale pentru achizitie/stocare date si de reglare numerica pe sisteme National Instruments/LabVIEW, Biostat A+.

Lucrari stiintifice publicate in domeniul temei (ultimii 5 ani) Activitatea didactica si stiintifica s-a concretizat in peste 100 de lucrari elaborate ca singur autor sau in

colaborare, astfel: 9 carti de specialitate in edituri, din care trei cu caracter de monografie, 4 manuale in tipografie, 36 articole publicate in reviste si peste 70 de lucrari publicate in volumele unor manifestari stiintifice. In ultimii 5 ani, in tematica proiectului au aparut: peste 10 articole in reviste si peste 15 de lucrari in volume ale unor conferinte. Dintre lucrarile semnificative publicate recent in domeniu, pot fi enumerate:

Articole de revista: 1. Selisteanu D., E. Petre, 2004, On Adaptive Control of a Wastewater Biodegradation Bioprocess, Control

Engineering and Applied Informatics, Vol. 6, No. 3, pp. 48-56, ISSN 1454-8658, [CNCSIS B]. 2. Selisteanu D., 2005, On sliding mode control of a class of nonlinear bioprocesses. Part I: Models and

control design, Revue Roumaine des Sci. Techn., Serie electrotechnique et energetique, vol. 50, no. 3, pp. 385-394, ISSN 0035-4066, [indexata INSPEC, ISI].

3. Selisteanu D., E. Petre, H. Hamdan, D. Popescu, 2006, Modelling and Vibrational Control of a Continuous Stirred Tank Bioreactor with Delay in the Recycle Stream, WSEAS Trans. on Biology and Biomedicine, Issue 5, vol. 3, pp. 331-338, ISSN 1109-9518, [INSPEC].

4. Selisteanu D., E. Petre, V. Rasvan, 2007, Sliding mode and adaptive sliding-mode control of a class of nonlinear bioprocesses, International Journal of Adaptive Control and Signal Processing, J. Wiley & Sons, Vol. 21, No. 8-9, pp. 795-822, ISSN 0890-6327, [cotata ISI].

5. Barbu C., A. Popescu, D. Selisteanu, A. Preda, 2008, Determination of the Concentration of Some Toxic Heavy Metals on the Jiu River Course using ICP-MS, Asian Journal of Chemistry, Vol. 20, No. 3, pp. 2036-2047, ISSN 0970-7077, [cotata ISI]. Lucrari publicate in volumele unor manifestari stiintifice:

6. Selisteanu D., D. Sendrescu, C. Ionete, D. Popescu, 2004, Distribution based Parameters Identification for a Class of Bioprocesses, 6th Int. Conf. on Process Control, June 8-11, Czech Republic, pp. 1-10/R112.

7. Selisteanu D., E. Petre, D. Sendrescu, 2004, Modelling and Identification of Wastewater Biodegradation Process, (invited paper), 12th Int. Symp. SIMSIS12, September 24-25, Galati, 2004, pp. 149-154.

8. Selisteanu D., E.. Petre, D. Popescu, 2005, An Adaptive Control Strategy for a Biomethanation Depollution Process, 6th Int. Carpathian Control Conf., May 24-27, Miskolc, Hungary, Vol. I, pp. 83-88.

9. Rasvan V., D. Selisteanu, S.I. Niculescu, 2006, Lossless propagation models describing the transients of combined heat/electricity generation, 6th IFAC Workshop on Time Delay Systems, July 10-12, 2006, L’Aquila, Italy, pp. 1-6/MoA_d.

10. Selisteanu D., E. Petre, D. Popescu, E. Bobasu, 2007, High Frequency Control Strategies for a Continuous Bioprocess: Sliding Mode Control versus Vibrational Control, (invited paper), 13th IEEE/IFAC Int. Conf. on Methods and Models in Autom. and Robotics, August 27-30, Szczecin, Poland, pp. 77-84.


Carti si elemente de monografie in domeniu: 1. Selisteanu D., 2001, Modelarea si conducerea bioreactoarelor, Ed. Universitaria, ISBN 973-8043-52-2. 2. Selisteanu D., E. Petre, 2006, Metode de conducere a bioproceselor de depoluare, Ed. Universitaria,

Craiova, ISBN 978-973-742-543-0. 3. Selisteanu D., E. Petre, D. Popescu, E. Bobasu, 2008, Nonlinear Control Strategies for Bioprocesses:

Sliding Mode Control versus Vibrational Control, in: Automation and Robotics (A. Lazinica Ed.), I-Tech Publ., ARS, Viena, Austria, ISBN 978-3-902613-26-4 (in printing).

Membru al unor asociatii profesionale, comitete stiintifice, alte contributii semnificative Afilieri la organizatii profesionale recunoscute: Membru al Societatii Romane de Automatica si Informatica Tehnica - SRAIT (din 1991), al Societatii Romane de Robotica - SRR (din 1998), membru IEEE (din 2004). Specializari si burse de cercetare in strainatate: peste 10, dintre care recente in domeniul temei sau conexe: - Universitatea din Padova, Italia, (septembrie 2000, contract cu Banca Mondiala); - CNRS HEUDIASYC, Univ. de Technologie de Compiegne, Franta, (sept.-oct. 2005, bursa de cercetare AUF); - Ecole Superieure d’Electricite – Supelec, Gif-sur-Yvette, Franta (nov. 2006, contract international ECONET). Organizarea de conferinte si simpozioane: - Conf. Francophone sur la Modelisation Mathematique en Biologie et Medecine, Craiova, 12-14 juillet 2006; - 17th EAEEIE Conf. on Innovation in Educ. for Electr. & Information Eng., June 1-3,2006, Craiova, Romania; - Organizator (impreuna cu prof. Andrzej Bartoszewicz) al sesiunii invitate Sliding Mode Control la

conferintele 12th IEEE Int. Conf. on Methods and Models in Autom. & Robotics MMAR, August 28-31, 2006, Miedzyzdroje, Polonia si 13th IEEE/IFAC Int. Conf. MMAR, August 27-30, 2007, Szczecin, Polonia;

- Co-organizator al workshop-ului international: Reunion ECO-NET: Dynamique – Interconnexions –Environnement, 18-19 Septembre 2007, Nantes, France, (EGIDE, CNRS, France);

Referent la conferinte si reviste (European Journal of Control, IET Control Theory and Applications, IEEE Trans. on Industrial Electronics – cotate ISI, CEAI - Control Engineering and Applied Informatics etc.).

Directorul de proiect este membru in comitetele stiintifice ale unor conferinte internationale, are o serie de citari ale lucrarilor in carti, articole, comunicari stiintifice, si are colaborari cu cercetatori din tara (Univ. Dunarea de Jos Galati, Univ. Politehnica Bucuresti, Univ. Tehnica Gheorghe Asachi, Iasi, Univ. Tehnica Cluj-Napoca, Univ. Politehnica Timisoara etc.) si din strainatate (prof. dr. A. Bartoszewicz, Inst. of Automatic Control, Univ. Lodz, Poland; dr. S.I. Niculescu, director cercetare CNRS, Supelec, Gif-sur-Yvette, France; dr. H. Hamdan, cercetator, LIPN-CNRS, Universite Paris-Nord, France etc.), colaborari concretizate cu publicatii comune, cu participarea la proiecte de cercetare, cu organizarea de sesiuni invitate si manifestari stiintifice.

8.4.1.1.2 Competenta manageriala a directorului de proiect

Se va face referire la: o Proiecte si contracte de cercetare nationale si/sau internationale castigate prin competitie in calitate de director (se

va preciza - titlul, anul castigarii, sursa de finantare, suma aprobata), rezultatele obtinute, modul lor de diseminare (ex. publicatii in reviste indexate ISI si/sau in alte baze de date internationale recunoscute, etc)

o Infiintarea (coordonarea) de laboratoare, centre si/sau institute de cercetare

Directorul de proiect a contribuit la rezolvarea (in calitate de director sau membru al echipei) a peste 25 teme de cercetare, prin contracte incheiate cu MECT, ANSTI, Banca Mondiala, CNCSIS si intreprinderi industriale. Dintre acestea, a fost director la doua granturi multianuale (4 anuale) castigate prin competitie: 1. Arhitecturi si algoritmi de conducere destinate sistemelor tehnologice complexe, 2000-2001, contract

Univ. Craiova - ANSTI, nr. 6156 GR/2000, Tema B2/2000, (valoare 23.000.000 ROL), si contract Univ. Craiova - MEC (continuare grant ANSTI), Act. Ad.1, Tema A2/2001, (valoare 22.100.000 ROL).

2. Metode moderne de conducere adaptiva, vibrationala si alunecatoare a sistemelor neliniare. Aplicatii la bioprocese de depoluare, 2005-2006, beneficiar MEC, nr. 27661/2005, Cod CNCSIS 90, Tema 17, (valoare 20.000 RON), act adit. 17C/2006, Cod CNCSIS 90, Tema 28, (valoare 24.000 RON).

Granturile au fost incheiate si valorificate, toate obligatiile contractuale fiind indeplinite fara probleme. Cercetarile desfasurate in cadrul granturilor au avut atat rezultate teoretice cat si practice, o parte dintre acestea enumerate la punctul precedent. Prin realizarea acestor proiecte, s-a reusit stabilirea de legaturi de cooperare cu alte universitati, institute de cercetare si inteprinderi industriale. Rezultatele cercetarilor s-au valorificat prin participarea la manifestari stiintifice, unele de nivel inalt (IEEE, IFAC) unde s-au prezentat peste 20 de comunicari si prin publicarea a peste 15 articole in reviste (ISI, BDI sau recunoscute CNCSIS: Int. Journal of Adaptive Control & Signal Processing, Asian Journal of Chemistry, Acta Montanistica Slovaca, Revue Roum. des Sciences Techn.: Serie electrotechn. et energ., Control Eng. and Applied Informatics etc.).

Directorul de proiect este membru in trei proiecte de cercetare obtinute prin competitie internationala: 1. ECO-NET DIE: Dynamique–Interconnexions–Environnement, no. 12645SD, Egide, 2006-2007, parteneri:

Heudiasyc-CNRS, Compiegne (+3 laboratoare CNRS), Franta; Univ. Craiova (+3 institutii Romania); Inst. of Process Control, Zlin, Cehia; Dept. Automation, Miskolc, Ungaria; (responsabil Romania: V. Rasvan).

2. EURON: European Robotics Network – 2006-2008, (Project FP6 - 507728), peste 100 parteneri, 25 de tari, colectiv Craiova: responsabil: M. Ivanescu, membri: D. Popescu, D. Cojocaru, D. Selisteanu etc.

3. EIE-Surveyor: Reference Point for Electrical and Information Engineering in Europe, 2005-2008, nr. 225997-CP-1-2005-1-FR-Erasmus, peste 100 parteneri europeni, (responsabil Craiova: D. Popescu).

Directorul de proiect este membru fondator si secretar stiintific al Centrului de Cercetare: Automatica neliniara. Stabilitate si oscilatii, acreditat CNCSIS nr. 19/CC-B/2001, reacreditat 2006, condus de prof. V. Rasvan, in cadrul caruia se va desfasura prezentul proiect. De asemenea, este membru in consiliul de conducere al Platformei multimedia pentru instruire, cercetare si dezvoltare de aplicatii in mecatronica si automatica, contract CNCSIS tip Platforme/laboratoare de cercetare interdisciplinara, 2006-2008, nr. 4873/ 2006, care gestioneaza 5.000.000 RON pentru dotarea cu echipamente de specialitate (director M. Ivanescu, consiliu conducere: D. Cojocaru, I. Diaconu, D. Popescu, M. Vinatoru, D. Selisteanu, colectiv - 37 membri).


8.4.1.2. Echipa de cercetare

Lista membrilor echipei de cercetare: (Fara directorul de proiect) Nr. crt. Nume si prenume Anul

nasterii Titlul didactic

stiintific * Doctorat

* * Semnatura

1 Petre Emil 1952 Profesor DA

2 Sendrescu Dorin 1974 Lector DA

3 Morarescu Irinel-Constantin 1975 Lector DA

4 Roman Monica-Gabriela 1979 Asistent Doctorand

5

* La “Titlu didactic/stiintific” completati cu una din variantele: Profesor / Conferentiar / Lector / Asistent / CS I / CS II / CS III / Cercetator ** La “Doctorat” completati cu una din variantele: DA /NU / Doctorand

8.4.1.2.1. Cercetatori cu experienta (fara directorul de proiect)

Se va face referire la: o Experienta anterioara a fiecarui membu al echipei, in domeniul temei propuse o Domenii de competenta si rezultate semnificative - documentate atat prin rezultate teoretice cat si prin rezultate practice. o Lucrari semnificative publicate in domeniul temei propuse, in ultimii 5 ani o Modalitati de valorificare/diseminare a rezultatelor - publicatii, brevete, participari la conferinte o Proiecte obtinute de catre membrii echipei - titlul, nivel de finantare, sursa de finantare, durata

C1. Prof. dr. ing. Emil Petre A sustinut teza de doctorat in 1997 (Proceduri de conducere a proceselor dinamice din biotehnologie,

conducator prof. V. Rasvan). A publicat peste 100 de lucrari, astfel: 10 carti de specialitate in editura (3 cu caracter de monografie), 2 manuale in tipografie, peste 30 lucrari in reviste internationale indexate si din tara recunoscute CNCSIS, peste 80 de lucrari in volumele unor manifestari stiintifice si peste 25 de memorii pentru contracte de cercetare. Este membru IEEE, SRAIT, SRR; referent la revistele European J. of Control, Control Eng. & Applied Inform. etc.; expert CNCSIS din 2003; membru in colective editoriale ale unor reviste. Are o serie de specializari in strainatate: I.N.P. Grenoble, Franta (Scolile de vara Analyse et Commande des Syst. a Retard, sept. 2000; Modelisation Geometrique et Commande des Syst. Physiques, sept. 2001) etc.

Rezultatele sale cele mai cunoscute releva domeniile de competenta: modelarea proceselor neliniare cu aplicatii in biotehnologie, temoenergetica, industria textila; stabilitatea si convergenta algoritmilor de estimare a starii si parametrilor; proceduri de conducere neliniara si adaptiva a proceselor cu aplicatii in chimie si biotehnologie; identificarea si conducerea sistemelor utilizand retele neuronale. Printre rezultatele practice: dispozitiv de achizitie, memorare si redare a semnalelor lent variabile in timp – DARMA33; sistem adaptiv de reglare a temperaturii aburului intermediar din CTE - implementat la Termocentrala Turceni etc.

In ultimii 5 ani, dintre lucrarile publicate, in domeniul temei sau domenii conexe proiectului propus au aparut: 15 articole in reviste internationale indexate sau nationale recunoscute CNCSIS, peste 20 de lucrari publicate in volumele unor manifestari stiintifice din tara si strainatate, 2 monografii, precum si o serie de manuale universitare. Dintre lucrarile recente, pot fi mentionate: monografia Modelarea si identificarea bioproceselor de depoluare, 2005, Universitaria, Craiova (autori: E. Petre, D. Selisteanu), precum si lucrarile: 1. Petre E., 2005, A nonlinear adaptive controller for a fed-batch fermentation process, Control Engineering

and Applied Informatics, Vol. 7, No. 4, pp. 31-40, ISSN 1454-8658 [CNCSIS B]. 2. Petre E., D. Selisteanu, 2005, Adaptive Control of a Class of Wastewater Treatment Processes, Proc. of

6th Int. Carpathian Control Conference, Vol. I, pp. 101-106, Miskolc, Hungary, May 24-27, 2005. 3. Petre E., D. Selisteanu, D. Popescu, E. Bobasu, 2006, Sliding Mode Control and Adaptive Control of a

Nonlinear Continuous Bioprocess (invited paper), 12th IEEE Int. Conf. Methods and Models in Automation and Robotics, Miedzyzdroje, Poland, 28 - 31 August, 2006, pp. 49-54.

4. Petre E., D. Popescu, D. Selisteanu, 2007, Adaptive control strategies for a class of nonlinear propagation bioprocesses, Acta Montanistica Slovaca, ISSN 1335-1788, in printing, [indexata ISI].

5. Petre E., D. Selisteanu, 2007, Approximation of the dynamical model of a class of nonlinear propagation bioprocesses, Revue Roumaine des Sciences Techniques, Serie electrotechnique et energetique, Vol. 52, No. 3, pp. 371-381, ISSN 0035-4066, [indexata INSPEC, ISI]. Director la urmatoarele granturi multianuale:

1. Imbunatatirea indicatorilor calitativi la tratarea biologica a apelor reziduale din industria alimentara pe baza unor sisteme de conducere avansata - APEPUR, CEEX 2006-2008, MENER 717/P1/2006, (Univ. Dunarea de Jos Galati, Univ. Craiova etc.), valoare Craiova: 275.000 RON, responsabil Craiova: E. Petre.

2. Proceduri avansate de modelare, identificare si conducere neliniara a proceselor biochimice şi biotehnologice pentru imbunatatirea calitatii apei, nr. 29C/2007, Cod CNCSIS 621, Tema 13, 75000 RON.

3. Metode evoluate de conducere neliniara a proceselor biotehnologice pentru depoluarea mediului, 2004-2005, beneficiar MEC, nr. 33062/2004, Cod CNCSIS 317, Tema 9, (valoare 150.000.000 ROL), nr. 34677/2005, Cod CNCSIS 317, (valoare 24.500 RON).

C2. Sef de lucrari dr. ing. Dorin Sendrescu Este doctor din 2007 (Algoritmi de identificare a sistemelor utilizind metoda momentelor ponderate,

conducator prof. V. Rasvan). A publicat 3 manuale de specialitate si peste 30 articole in reviste si volume ale unor conferinte. Este membru IEEE, SRAIT si SRR. A facut parte din echipele a peste 10 granturi nationale si 2 internationale, din care 4 in domeniul temei. A efectuat o serie de specializari in strainatate (Univ. Erlangen - Nuremberg, Germania, 2001; bursa Marie Curie, Univ. de Technologie de Compiegne, Franta, 2005 etc.).


Domenii de competenta: identificarea sistemelor, algoritmi numerici de conducere automata, control in timp real, soft aplicativ in timp real, instrumentatie virtuala, programare orientata pe obiecte.

Lucrari semnificative in domeniul temei, in ultimii 5 ani: 1. Sendrescu D., D. Rada, 2004, Adaptive Control using Delta Model Identification, Control Engineering

and Applied Informatics, Vol. 6, pp. 10-14, ISSN 1454-8658, [CNCSIS B]. 2. Sendrescu D., C. Ionete, 2004, Time-delay system identification, The 12-th International Symposium on

Modelling, Simulation and Systems Identification, Galati, September 24-25, 2004, pp. 195-199. 3. Marin C., E. Petre, D. Selisteanu, D. Sendrescu, A. Petrisor, 2005, Time variant nonlinear system

identification by distributions. Application for wastewater biodegradation process, Annals of Univ. of Craiova, Series: Autom., Comp., Electronics & Mechatr., Vol. 2 (29), No. 1, pp. 56-64, ISSN 1841-0626.

4. Petre E., D. Selisteanu, D. Sendrescu, 2006, Nonlinear and Neural Networks Based Adaptive Control for a Class of Dynamical Nonlinear Processes, WSEAS Trans. on Systems, Issue 7, Vol. 5, ISSN 1109-2777, pp. 1517-1524, [indexata INSPEC, Zentralblatt].

5. Sendrescu D., D. Selisteanu, C. Ionete, E. Petre, 2007, Sliding Mode Observers for Quanser Rotational Experiments, 13th IEEE/IFAC Int. Conf. on Methods and Models in Automation and Robotics, Szczecin, Poland, August 27-30, 2007, pp. 85-92.

C3. Lector dr. Irinel-Constantin Morarescu Este doctor din 2006, in Matematica si Tehnologia Informatiei si Sistemelor, cu teza: Analiza calitativa a

sistemelor cu intarzieri distribuite: metodologie si algoritmi (co-tutela Univ. Bucuresti – Univ. de Tehnologie de Compiegne, Franta), coordonatori: I. Colojoara si S.I. Niculescu. A publicat 3 manuale de specialitate, 3 capitole in carti din edituri internationale si peste 20 articole in reviste si volume ale unor conferinte. A fost membru in doua granturi (unul national, unul international). Este referent la reviste (Automatica, IEEE Trans. on Autom. Control, Journal of Control Science & Eng.) si a fost bursier Marie Curie al UE (Univ. de Tehnologie Compiegne, 2005-2006). Din 2007 este lector la Universitatea Politehnica Bucuresti si actualmente ocupa o pozitie de post-doc la INRIA Rhone-Alpes, Grenoble, Franta.

Domenii de competenta: sisteme dinamice cu intarzieri (argument intarziat), stabilitatea sistemelor cu intarziere, sisteme complexe biologice (epidemiologie, ecologie, dinamica populatiilor).

Lucrari semnificative in domeniul temei, in ultimii 5 ani: 1. Niculescu S.I., W. Michiels, I.C. Morarescu, K. Gu, 2006, Some simple geometric ideas for the stability

analysis of some delay models in biology, Workshop NSF-CNRS Biology and Control Theory: ambient challenges, 24-25 April, 2006, Toulouse, France.

2. Niculescu S.I., I.C. Morarescu, W. Michels, K. Gu, 2007, Geometric Ideas in the Stability Analysis of Delay Models in Biosciences, in: Biology and control theory: current challenges (I. Queinnec et al. Eds.), Lecture Notes in Control and Information Sciences, Springer Verlag, vol. 357, pp. 217-259.

3. Morarescu I.C., S.I. Niculescu, K. Gu, 2007, Stability Crossing Curves of Shifted Gamma-Distributed Delay Systems, SIAM Journal on Applied Dynamical Systems, Vol. 6, No. 2, pp. 475-493, [cotata ISI].

4. Morarescu I.C., S.I. Niculescu, K. Gu, 2007, On the geometry of stability regions of Smith predictors subject to delay uncertainty, IMA J. of Math. Control & Inform., Vol. 24, No. 3, pp. 411-423, [cotata ISI].

5. Morarescu I.C., S.I. Niculescu, 2007, Some remarks on the stability of cell-to-cell spread models with distributed delays, 3rd IFAC Symp. on Syst., Structure & Contr., 17-19 October, Iguassu Falls, Brazil.

8.4.1.2.2. Cercetatori in formare

Delimitarea clara si credibila a rolului lor in desfasurarea activitatilor de cercetare in cadrul proiectului, specificandu-se denumirea tezelor de doctorat (daca este cazul).

C4. Asist. drd. ing. Monica-Gabriela Roman A absolvit in anul 2003 Facultatea de Automatica, Calculatoare si Electronica din Craiova (sef de

promotie). Este doctoranda cu tema Aplicatii ale modelarii prin Bond Graphs, conducator stiintific prof. V. Rasvan. A publicat 6 articole legate de tema ce face obiectul acestui grant si a fost membra in echipele a 4 granturi in domenii conexe prezentului proiect.

In cadrul proiectului, activitatile ce vor fi desfasurate sunt strans legate de tematica doctoratului si de domeniile de interes ale doctorandei: - modelarea unor clase de biosisteme neliniare; - modelarea proceselor biotehnologice compartimentale utilizand metode Bond Graph; - proprietati structurale in expresie Bond Graph; - elaborarea de pachete software pentru modelarea prin Bond Graph (a se vedea planul de lucru 9.1).

C5. Pozitie libera – cercetator in formare, doctorand Cercetatorul in formare va fi cooptat in echipa de cercetare in cazul in care propunerea de proiect este

acceptata la finantare, incepand cu anul 2009. Cercetatorul va fi cooptat prin anuntarea pozitiei vacante in proiect (site-ul www.mct.ro/jobs) sau dintre doctoranzii Scolii doctorale a Universitatii.

Rolul sau in echipa de cercetare va consta in special in desfasurarea unor activitati legate de: -metode de identificare bazate pe distributii; - pachete software pentru testarea algoritmilor de identificare si conducere; - realizarea de experimente de validare pe echipamentele de laborator (a se vedea si planul de lucru 9.1).

8.4.2 Alte resurse 8.4.2.1. Resurse financiare (justificarea bugetului solicitat pentru fiecare capitol de buget/an)

Se detaliaza toate costurile directe (cheltuieli de personal, logistica, mobilitati). Lista cu echipamentele semnificative, cu valoarea lor estimativa Trebuie sa reiasa foarte clar gradul de implicare a fiecarui membru al echipei in proiect (ponderea dintr-o norma intreaga)

Pentru realizarea proiectului vor fi utilizate resursele financiare structurate in bugetul de la punctul 10. Cheltuielile de personal acopera manopera corespunzatoare cercetatorilor din echipa (salariul brut plus

cheltuielile angajatorului), respectand plafoanele din HG 475/2007 si defalcarea pe 36 de luni de desfasurare. Gradul de implicare a cercetatorilor in proiect (ca pondere dintr-o norma intreaga), precum si cheltuielile estimative lunare preconizate (in functie de salariile tarifare si plafoane) sunt prezentate in tabelul urmator:


Cod Nume si prenume Titlul didactic stiintific

Doctorat Retributia lunara (lei)

Gradul de implicare

Cheltueli personal (lei/luna)

C0 Selisteanu Dan Profesor DA 7000 50% 3500 C1 Petre Emil Profesor DA 7000 50% 3500 C2 Sendrescu Dorin Lector DA 4000 50% 2000 C3 Morarescu Irinel-Constantin Lector DA 4000 50% 2000 C4 Roman Monica-Gabriela Asistent Doctorand 2000 100% 2000 C5 Poz. libera–cooptat din 2009 2000 100% 2000

Estimare total cheltuieli personal / luna (lei): 15000

Rezulta un total cheltuieli personal de 531000 lei: 36000 lei/2008 (an initial, partial cercetatorii C0-C4), 12 luni x 15000 = 180000 lei/2009, 12 luni x 15000 = 180000 lei/2010 si 9 luni x 15000 = 135000 lei/2011.

Mobilitati: Desi aceste cheltuieli nu pot preliminate cu exactitate, sunt prevazute stagii de documentare-cercetare (in special pentru doctoranzi) si participari la manifestari stiintifice (a se vedea si punctele 9.1, 9.3), in suma totala de 158000 lei. Repartitia cheltuielilor pe ani este urmatoarea: 12000 lei / 2008 [2 stagii in Franta, Italia]; 47000 lei / 2009 [2 stagii, 2 conferinte in tara, 3 in strainatate]; 54000 lei / 2010 [3 stagii, 2 conferinte in tara, 3 in strainatate]; 45000 lei / 2011 [2 stagii, 3 conferinte in strainatate].

Cheltuielile de logistica cu un total de 116000 lei sunt defalcate in: cheltuieli cu echipamente (doar pentru completarea infrastructurii existente), cheltuieli materiale (reactivi, consumabile etc.) si cheltuieli de diseminare (abonamente, editare carti etc.). Repartitia pe ani a cheltuielilor: 5000 lei / 2008, 48000 lei / 2009, 40000 lei / 2010 si 20000 lei / 2011. Echipamente semnificative preconizate a fi achizitionate:

- Sisteme de calcul si achizitie portabile pentru monitorizarea unor semnale biologice (placi compacte NI/DAQ, module conditionare, senzori etc.), pret estimativ 20000 lei, an achizitie 2009;

- Software specializat LabVIEW BioBench / NI, SUA (toolkit al softului LabVIEW existent in dotare), pret estimativ 10000 lei, an achizitie 2009;

- Echipamente simulare si control Quanser Canada (completare dotare), pret estimativ 12000 lei, 2009; - Minibioreactor (fermentator) tip Applikon BioBundle, pret estimativ 40000 lei, an achizitie 2010. Cheltuieli indirecte (regie): (cf. Hotararii Senatului UCV) 15% din capitolele 1, 3, 4, adica 120750 lei.

8.4.2.2. Infrastructura disponibila (calitatea infrastructurii de cercetare existente)

Se va face distinctie intre infrastructura de tehnica de calcul si restul infrastructurii de cercetare. (echipamente si facilitati pentru experimentare proprii sau disponibile prin relatii de cooperare cu alte institutii)

Majoritatea membrilor echipei fac parte din Centrul de cercetare Automatica neliniara. Stabilitate si oscilatii (CNCSIS 2006) care dispune de o infrastructura multifunctionala ce cuprinde, printre altele:

a. Tehnica de calcul (calculatoare, imprimante, copiatoare): • Calculatoare (procesor: Intel Core2 Duo E6300, 1.86 GHz, 2 GB RAM, HDD 180 GB) - 4 buc. • Calculatoare (procesor Intel Core2 CPU 6300, 1 GB RAM, HDD 160 GB) - 20 buc. • Imprimante HP LaserJet 1200 + scaner, HP Color LaserJet 5550, Xerox PE114 - 3 buc. • Copiatoare: Xerox 5310, Canon iRC2880; Videoproiectoare: BenQ PB6240, Canon LV-X4 - 4 buc.

b. Echipamente specializate (hardware): • Sistem Bioreactor BIOSTAT A+, Sartorius – Germania (ansamblu bioreactor autoclavabil 5 l; sistem de control numeric; senzori oxigen dizolvat, pH, temperatura etc.) - 1 buc. • Sistem de masurare a parametrilor apei: aparat multiparametru CONSORT 933 T (Belgia), (oxigen dizolvat, pH, conductivitate, salinitate, amoniu, nitrati, clor etc.) - 2 buc. • Platforme experimentale National Instruments/Quanser (SUA/Canada): NI ELVIS Instrumentation/ Quanser HVAC (controlul temperaturii si umiditatii) - 6 buc. • Sistem de reactoare cuplate Quanser (Canada) Coupled Tank System - 1 buc. • Sisteme de achizitie a datelor National Instr. tip NI PCI-6251 (module SCXI, senzori etc.) - 6 buc. • Simulator Quanser pentru procese analogice (Analog Plant Simulator) - 4 buc. • Sistem de calcul, achizitie si control de timp real tip NI LabVIEW RT/PCI-7041/ 6040E - 4 buc. • Echipament de conducere numerica a proceselor dSpace ACE1104CLP (Germania) - 4 buc. • Osciloscoape Tektronix TDS 3012B, Generatoare de semnal Tektronix AFG 3022 - 6 buc.

c. Software specializat • Software specializat pentru analiza si sinteza sistemelor MATLAB/Simulink R2007b; • Pachet de programe pentru simularea biosistemelor neliniare sub MATLAB/SimBiology 2.0; • Sistem de dezvoltare LabVIEW 8.2; • Software specializat de modelare si simulare Classroom Kit 20-sim 3.6 Prof. (Controllab, Olanda); • Pachet software BondSim Research Pack (pentru modelarea Bond Graph); Software Microsoft C++ 7.0.

Cercetarea se va desfasura direct in urmatoarele laboratoare, cu suprafata totala de peste 200 mp: Sisteme si echipamente de conducere; Conducerea proceselor industriale; Programare si simulare; Inginerie si proiectare asistata. Colectivul are acces si in alte laboratoare ale catedrei si facultatii, care nu sunt gestionate direct de echipa, dar in care se pot desfasura activitati in colaborare cu alti cercetatori.

Facilitati oferite prin relatii de cooperare cu alte institutii Exista legaturi de cooperare cu alte universitati, institute de cercetare si firme, care permit utilizarea

bazei experimentale a acestor institutii pentru efectuarea de teste si experimente, dintre care mentionam: - Universitatea Dunarea de Jos din Galati (colectivul condus de prof. dr. ing. Emil Ceanga si prof. dr. ing.

Sergiu Caraman), cu care centrul de cercetare a incheiat un protocol de colaborare inca din anul 2002; - IPA CIFATT Craiova - nod regional de consultanta pentru promovarea proiectelor europene si nationale

de cercetare (coordoneaza proiectul european FP6 RoDI - IST si Biotehnologii); - Universitatea de Medicina si Farmacie Craiova; - Regia Autonoma Apa Craiova (Statia de tratare apa potabila Isalnita Dolj); - SUPELEC Gif-sur-Yvette, Franta, cu care exista relatii de colaborare din anul 2006 - prof. S.I. Niculescu; - INRIA Rhone-Alpes, Grenoble, Franta, unde activeaza unul dintre membrii echipei – dr. I.C. Morarescu.


ANEXA 4 9. Modul de organizare a proiectului (managementul proiectului):

9.1. Planul de lucru. Obiective si activitati

An * Obiective (Denumirea obiectivului) Activitati asociate

1.1 Modele neliniare ale dinamicii populatiilor - crestere, echilibru, competitie (epidemiologie, ecologie) 1.2 Studiul si modelarea mecanismelor de transmisie de la celula la celula prin sisteme dinamice cu intarzieri 1.3 Modele hibride bazate pe distributii de probabilitate pentru interactiuni tip celule bolnave/celule sanatoase, mecanisme imunologice si respiratorii

1

Metodologie de obtinere a modelelor unor clase de sisteme biologice

1.4 Achizitia unor materiale pentru biblioteca (abonamente la reviste: Journal of Mathematical Biology, IEEE Trans. on Autom. Control, Automatica etc.); procurare materiale consumabile 2.1 Modelarea unor bioprocese complexe (biosinteza enzimelor, culturi vegetale, procese depoluare) desfasurate in bioreactoare batch si fed-batch 2.2 Obtinerea de modele ale bioproceselor cu propagare si recirculare 2.3 Modelarea proceselor de depoluare biochimice si biotehnologice din statiile de tratare si epurare a apei 2.4 Metode Bond Graph de modelare a unor clase de bioprocese neliniare

2008

2

Elaborarea unor modele dinamice generale de stare pentru procese biotehnologice

2.5 Efectuarea unor stagii de documentare-cercetare 2 x 30 zile (Franta, Italia) 1.1 Analiza stabilitatii biosistemelor cu intarziere - abordari bazate pe interpretari geometrice si algebrice 1.2 Studiul oscilatiilor si al comportamentului complex in mecanisme enzimatice si imunologice 1.3 Studiul unor proprietati structurale ale modelelor (controlabilitate, observabilitate etc.), inclusiv prin abordari de tip Bond Graph 1.4 Analiza utilizarii unor proprietati ale modelelor biosistemelor pentru algoritmi de estimare si conducere

1

Analiza proprietatilor modelelor unor clase de biosisteme

1.5 Achizitie materiale pentru biblioteca (elemente de monografie, abonamente reviste: IEEE Trans. on Comp. Biology & Bioinf. etc.); procurare materiale consumabile (reactivi, componente, scule si ustensile de laborator) 2.1 Tehnici de reducere a ordinului modelelor sistemelor biologice si a bioproceselor utilizand modelarea minimala si teoria perturbatiilor singulare 2.2 Elaborarea de pachete software pentru modelarea si simularea biosistemelor utilizand Matlab/SimBiology, BondSim etc. 2

Tehnici de reducere a ordinului modelelor biosistemelor si pachete software de modelare si simulare

2.3 Achizitie echipamente: Sisteme de calcul si achizitie portabile pentru monitorizarea unor semnale biologice (sisteme de calcul, placi compacte NI/DAQ, module conditionare, senzori etc.), Software specializat LabVIEW BioBench, Echipamente de simulare si control Quanser 3.1 Metode de identificare bazate pe teoria distributiilor pentru biosisteme (inclusiv parametrizare neliniara) 3.2 Algoritmi de identificare bazati pe subspatii pentru bioprocese si sisteme biologice neliniare si cu intarzieri 3.3 Testarea metodelor si algoritmilor de identificare prin simulare si experimente real-life, pe bioreactoare de laborator, statii de epurare

2009

3

Obtinerea de noi metode de identificare off-line a parametrilor bioproceselor si sistemelor biologice

3.4 Mobilitati: Stagii de documentare-cercetare 2 x 30 zile (Franta, Polonia); Participari la manifestari stiintifice nationale (SIMSIS Galati 2009, CSCS Bucuresti 2009 etc.) si internationale (CAB – Comp. Appl. in Biotechnology 2009, ECC 2009, IEEE MMAR 2009 etc.) 1.1 Analiza comparativa a algoritmilor de estimare on-line a starii bioproceselor 2010 1 Elaborarea unor metode de estimare a

starii biosistemelor 1.2 Elaborarea de noi observere asimptotice pentru clase

de procese biotehnologice; analiza proprietatilor de convergenta si stabilitate


1.3 Dezvoltarea de observere de tip alunecator pentru estimarea starii biosistemelor 1.4 Achizitie minibioreactor (fermentator) tip Applikon BioBundle (sistem autoclavabil, sistem de control, senzori biologici si chimici, software datalogging, software de aplicatie etc.) 2.1 Dezvoltarea de estimatoare ale parametrilor bazate pe observere de stare si de tip liniar-regresiv 2.2 Elaborarea de estimatoare tip high-gain pentru parametrii bioproceselor (inclusiv cu intarzieri) 2.3 Noi algoritmi hibrizi de estimare a starii, parametrilor si cineticilor de reactie ale unor bioprocese; studiul proprietatilor de convergenta 2.4 Testarea si validarea algoritmilor de estimare si identificare prin simulari si experimente

2

Algoritmi de estimare on-line a parametrilor si cineticilor bioproceselor

2.5 Achizitie materiale pentru biblioteca (elemente de monografie, abonamente la reviste); procurare materiale consumabile (componente, suporturi de memorie etc.); editarea si publicarea de catre colectiv a unei carti cu caracter de monografie 3.1 Studiu comparativ al algoritmilor adaptivi cunoscuti, prin simulare si testare pe biosisteme neliniare prototip 3.2 Implementarea metodelor adaptive pentru bioprocese de depoluare (tip noroi activ si de fermentatie anaeroba cu producere de gaz metan - ape reziduale) 3.3 Dezvoltarea de metode adaptive pentru conducerea suboptimala a bioreactoarelor batch si fed-batch 3

Metode de conducere adaptiva a biosistemelor

3.4 Mobilitati: Stagii de documentare-cercetare 3 x 30 zile (Italia, Belgia, Franta); Participari la manifestari stiintifice nationale (CONTI Timisoara 2010, AQTR Cluj-Napoca 2010 etc.) si internationale (IEEE CDC – Conf. on Decision and Control 2010, IFAC Nonlinear Control Systems NOLCOS 2010 etc.) 1.1 Controlul biosistemelor cu intarzieri utilizand metode de tip predictor Smith modificat 1.2 Metode de control al mecanismelor de transmitere de la celula la celula 1.3 Dezvoltarea de metode adaptive de conducere a bioproceselor de depoluare cu recirculare

1

Elaborarea de metode de conducere pentru biosisteme cu intarzieri

1.4 Achizitie echipamente: completare tehnica de calcul, pachet software tip GIS pentru monitorizarea si prelucrarea datelor biosistemelor 2.1 Dezvoltarea si implementarea unor metode de conducere a biosistemelor in regim alunecator 2.2 Elaborarea de metode si algoritmi de conducere vibrationala pentru procese biotehnologice (inclusiv bioprocese cu propagare) 2.3 Noi algoritmi de conducere hibrizi de tip adaptiv-alunecator pentru clase de procese biotehnologice; analiza gradului de robustete a metodei 2.4 Elaborarea de algoritmi robusti-adaptivi si neural-adaptivi pentru conducerea bioproceselor

2

Proiectarea unor algoritmi din clasa metodelor de inalta frecventa si a unor algoritmi hibrizi de conducere

2.5 Mobilitati: Stagii de documentare-cercetare 2 x 30 zile; Participari la manifestari stiintifice (IEEE Conf. on Methods and Models in Autom. and Robotics MMAR 2011, IFAC World Congress 2011 etc.) 3.1 Dezvoltarea unor pachete software pentru simularea si testarea performantelor metodelor de conducere aplicate la bioprocese prototip 3.2 Monitorizarea multi-punct a parametrilor biosistemelor si testarea noilor algoritmi de conducere pe bioreactoare de laborator si pe bioprocese din statii de tratare si epurare a apelor reziduale

2011

3

Elaborarea unei metodologii de monitorizare a parametrilor biosistemelor si testarea algoritmilor de conducere

3.3 Achizitie materiale pentru biblioteca (elemente de monografie, abonamente la reviste); procurare materiale consumabile; organizare mini-workshop de diseminare si promovare a rezultatelor cercetarii


Obiectivele majore ale proiectului, prezentate la punctul 8.2, sunt detaliate in obiectivele specifice si activitatile aferente descrise in tabelul anterior. Corelarea resurselor umane (in functie de competentele si abilitatile profesionale ale fiecarui cercetator) cu activitatile stiintifice corespunzatoare obiectivelor specifice ale proiectului este trasata in linii mari in continuare:

- Obiectivul 1/2008: Cercetatorii C2, C3. - Obiectivul 2/2008: Cercetatorii C0, C1, C4. - Obiectivul 1/2009: Cercetatorii C0, C1, C3, C4. - Obiectivul 2/2009: Cercetatorii C0, C1, C4. - Obiectivul 3/2009: Cercetatorii C2, C3, C5. - Obiectivul 1/2010: Cercetatorii C1, C2, C4. - Obiectivul 2/2010: Cercetatorii C0, C1, C5. - Obiectivul 3/2010: Cercetatorii C0, C1, C2, C3. - Obiectivul 1/2011: Cercetatorii C0, C1, C3, C4. - Obiectivul 2/2011: Cercetatorii C0, C1, C2. - Obiectivul 3/2011: Cercetatorii C0, C1, C2, C5. Pentru buna desfasurare a proiectului se va realiza o planificare a cheltuielilor din buget asociate cu

activitatile din Tabelul 9.1, astfel incat sa fie asigurata infrastructura necesara si o valorificare corespunzatoare a rezultatelor cercetarii. Se va urmari realizarea unor achizitii pentru biblioteca in primele luni ale anilor de finantare, si tot in primele luni se va realiza angajarea cheltuielilor de capital (echipamente, software) astfel incat aceste echipamente sa fie disponibile cel tarziu in trimestrul 3 al fiecarui an. Valorificarea rezultatelor, prin participarea la manifestari stiintifice, se va realiza in perioadele in care sunt organizate manifestarile respective. In ultima parte a desfasurarii proiectului se va organiza un mini-workshop destinat diseminarii rezultatelor in diverse medii (academic, institute de cercetare, industrie etc.).

9.2. Fezabilitatea si credibilitatea proiectului, tinandu-se cont de resursa umana (expertiza) si materiala implicate in proiect

Importanta si stadiul actual al domeniului, prezentate succint in anexa precedenta, releva faptul ca solutiile posibile si realiste pentru modelarea, identificarea si conducerea biosistemelor provin din cadrul teoriei si practicii sistemelor automate. Abordarile teoretice si implementarile practice prezentate anterior argumenteza acest punct de vedere. Conceptual, se poate afirma ca se pot obtine performante superioare pentru aceste sisteme prin proceduri avansate de modelare (sisteme neliniare cu intarzieri si incertitudini), identificare neliniara si conducere adaptiva si hibrida.

Din punct de vedere al costurilor, bugetul solicitat acopera cheltuielile necesare pentru cercetarea fundamentala, pentru realizarea de pachete software de simulare si de teste de laborator. Infrastructura de cercetare a centrului, precum si colaborarile echipei de cercetare cu parteneri din tara si din strainatate vor permite validarea solutiilor propuse prin experimente reale. Durata de 36 de luni prevazuta pentru cercetarile din cadrul proiectului permite atingerea obiectivelor si activitatilor planificate.

Se poate considera ca produsul final al cercetarii va fi un pachet de proceduri (matematice si software) de modelare, identificare si conducere a biosistemelor. Aria de aplicatii a acestor proceduri, prin gradul inerent de abstractizare inglobat, poate fi extinsa si la alte domenii, dintre care in unele s-au obtinut deja anumite rezultate, cum ar fi procesele chimice si robotica.

Contributiile anterioare ale echipei de cercetare in domeniul proiectului si in arii tematice convergente au fost prezentate la punctul 8 si sprijina afirmatia conform careia obiectivele propuse pot fi indeplinite. Trebuie subliniat faptul ca unul din scopurile acestui proiect il constituie si formarea membrilor tineri ai echipei, pentru asigurarea continuitatii in viitor a acestor activitati de cercetare. De asemenea, granturile finalizate de catre membrii echipei reprezinta un argument privind aprecierea gradului de risc privind realizarea proiectului ca fiind unul scazut.

9.3. Modul de diseminare a rezultatelor pe baza capacitatii dovedite anterior

Diseminarea si valorificarea rezultatelor cercetarii se va face prioritar in comunitatile universitare si academice, dar si in institute de cercetare partenere si in industrie. Se au in vedere urmatoarele directii:

Publicatii a) Diseminarea principalelor rezultate teoretice prin prezentarea de lucrari la manifestari stiintifice

nationale si internationale cu o cota ridicata de apreciere. Pe masura obtinerii rezultatelor, acestea se vor comunica de catre membrii colectivului la manifestarile organizate sub egida SRAIT (Societatea Romana de Automatica si Informatica Tehnica) in perioada proiectului si ulterior (editiile SIMSIS Galati 2009, CSCS Bucuresti 2009, CONTI Timisoara 2010, AQTR Cluj-Napoca 2010 etc.). De asemenea, se au in vedere lucrari si sesiuni invitate la manifestari internationale anuale ale IEEE (de exemplu, CDC – Conference on Decision and Control 2010) si IFAC (Simpozionul CAB - Computer Applications in Biotechnology 2009, Workshopul TDS - Time Delay Systems 2009, care va fi organizat in Romania), European Control Conference ECC 2009, precum si la conferintele regionale ICCC - International Carpathian Control Conference 2009, 2010 etc.

b) Rezultatele intermediare sau finale semnificative vor fi trimise spre publicare in reviste nationale de prestigiu: publicatii ale Academiei (Rev. Roum. Sci. Techn.– Electrotechn. et Energ.), CEAI - Control Engineering and Applied Informatics, precum si in reviste internationale cotate ISI sau BDI: European Journal of Control, Journal of Biotechnology, International Journal of Adaptive Control and Signal Processing, IMA Journal of Mathem. Control and Information, Journal of Mathematical Biology etc.

c) Includerea rezultatelor obtinute in elemente de monografie ce vor fi publicate in edituri recunoscute national, precum si in capitole de carti ce vor fi publicate in edituri internationale.


Brevete si transfer tehnologic a) Eventualele rezultate remarcabile se vor proteja prin inregistrarea de patente. In acest sens se poate

utiliza infrastructura Centrului de Inovare in Inginerie si Transfer Tehnologic Craiova. b) Valorificarea si diseminarea unor rezultate ale cercetarilor se vor realiza si prin intermediul

institutelor de cercetare si al partenerilor acestora (de exemplu prin IPA CIFATT Craiova, nod regional de consultanta prin parteneriat pentru promovarea proiectelor europene si nationale de cercetare si dezvoltare).

Alte aspecte ale diseminarii rezultatelor cercetarii a) Anumite rezultate intermediare vor fi prezentate in seminariile de catedra; prin transfer electronic

(sau in preprinturi) se vor supune atentiei si unor parteneri nationali si internationali. b) Includerea unor rezultate obtinute in cadrul proiectului in teze de doctorat (Aplicatii ale modelarii prin

Bond Graphs, asist. drd. Monica-Gabriela Roman), precum si in proiecte de cercetare doctorale ale cercetatorului in formare ce va fi cooptat in echipa.

c) Imbunatatirea procesului de invatamant prin diversificarea si inglobarea rezultatelor cercetarii in cadrul unor cursuri si lucrari practice de laborator din cadrul specializarii de Automatica si Informatica Aplicata si a Masterului – Automatica Sistemelor Complexe.

d) In plan practic, se are in vedere posibila implementare ulterioara a unor metode si algoritmi obtinuti in cadrul proiectului in aplicatii biomedicale (UMF Craiova), aplicatii de depoluare (filtrarea biologica la Statia de tratare apa potabila Isalnita, Dolj - Regia Autonoma Apa Craiova si la Statia de epurare a apelor industriale de la ELPRECO S.A. Craiova), aplicatii in industria alimentara (Cargill - OLPO S.A. Podari etc.).

9.4. In situatia in care exista activitati de cercetare aplicativa se vor mentiona respectivele activitati si bugetul alocat realizarii lor

9.5. Masurile prevazute pentru respectarea normelor deontologice ale cercetarii

Activitatea desfasurata in cadrul proiectului va respecta principiile de etica in cercetare si prevederile Legii nr. 206/2004 privind buna conduita in cercetarea stiintifica, dezvoltarea tehnologica si inovare, precum si ale celorlalte legi in vigoare. De asemenea, vor fi respectate reglementarile internationale in domeniu si legislatia specifica a Uniunii Europene.

Activitatile de cercetare din cadrul proiectului se vor desfasura in laboratoarele Universitatii din Craiova, Catedra de Automatica. Anumite testari (masurari ale variabilelor biologice, testarea unor algoritmi) vor avea loc in institute de cercetari (IPA CIFATT Craiova) sau laboratoarele de specialitate ale unor institutii de invatamant superior (Univ. Dunarea de Jos din Galati, UMF Craiova) precum si in statii de tratare a apei (R. A. Apa Craiova, SC ELPRECO SA Craiova). Cartile, revistele si instrumentele de documentare care vor fi achizitionate in cadrul proiectului vor fi puse la dispozitia Bibliotecii Catedrei de Automatica, cu acces direct pentru ceilalti cititori ai bibliotecii. Directorul de proiect este responsabil de transferul initial al instrumentelor de documentare in fondul public al bibliotecii.

Valorificarea rezultatelor cercetarii va conduce la elaborarea unor articole si comunicari stiintifice care vor purta titulatura Universitatii din Craiova, Facultatea de Automatica, Calculatoare si Electronica, fiind mentionat totodata si MECT-CNCSIS ca institutie finantatoare. Eventualele rezultate remarcabile se vor proteja prin inregistrarea de patente. Din punct de vedere al eticii stiintifice se va urmari respectarea proprietatii intelectuale si evitarea preluarilor neautorizate.

Cercetarile din cadrul proiectului nu au tangenta directa cu aspecte ce ar putea suscita situatii conflictuale cu deontolgia cercetarii. Se precizeaza ca directorul de proiect si echipa sa adera la codul de norme etice ale inginerului elaborat de IEEE si nu se vor da curs acelor abordari sau solicitari de natura a dauna speciei umane sub aspect biologic si mediului ambiant sub raport ecologic; de asemenea se va evita tot ceea ce se presupune ca poate servi violentei sau militarismului. Proiectul nu implica folosirea animalelor de experienta, subiectilor umani, preparatelor biologice cu grad mare de risc, materialelor radioactive si a compusilor chimici toxici care pot avea impact negativ asupra mediului.

8. Prezentarea proiectului: 8.1. Importanta si relevanta ... Proiect ID 548… · si a unor sisteme...

Documents

Transcript of 8. Prezentarea proiectului: 8.1. Importanta si relevanta ... Proiect ID 548… · si a unor sisteme...