Разработан метод нелинейного управления сложными системами

Сейчас всё более актуальным становится решение задач по управлению группами беспилотных аппаратов или роботов, молекулами и атомами в кристаллической решётке, электроэнергетическими сетями и прочими сложными системами. Их «сложность» — в том, что каждая из них имеет множество объектов: подсистем, которые также называют агентами. Чтобы ими управлять, необходимо учитывать каждый из этих агентов, а значит ориентироваться на множество датчиков и измерений. Из-за своей комплексности эта процедура не лишена ошибок. Для их разрешения применяются распределительные модели, описывающие поведение бесконечного числа взаимодействующих подсистем. Такой подход может быть эффективным, однако требует больших финансовых и ресурсных затрат.

«Интуитивно складывается впечатление, что чем больше подсистем, тем больше требуется измерительных и управляющих устройств. А что, если измерять не каждое состояние агента в сети и не каждым агентом управлять? В этом случае необходимо выработать такой алгоритм, который будет учитывать взаимодействие между остальными подсистемами, состояние которых не измеряется и на которые не оказывается управляющее воздействие», — рассказал руководитель проекта по гранту РНФ Игорь Фуртат, доктор технических наук, заведующий лабораторией в ИПМаш РАН.

В качестве альтернативы существующим методам российские исследователи предложили свой подход нелинейного управления распределёнными системами. В его основе — сложный математический аппарат с дифференциальными уравнениями. Метод универсален и не требует множества измерений, учитывающих бесконечное число устройств. Например, метод позволяет уменьшить количество датчиков на нефтеперерабатывающем заводе и ускорить работу общей системы.

В статье учёных эффективность технологии показана на примере широко распространённого в промышленности осевого компрессора. Если обычно предполагается использование одного высокомощного исполнительного механизма и дорогостоящего датчика для распределённых измерений, то новый подход даёт возможность сохранить производительность компрессора за счёт применения минимального числа маломощных механизмов и дешёвых сенсоров. Это позволяет снизить стоимость компрессора, а также повысить его надёжность благодаря нелинейному закону управления.

«Наша работа наглядно демонстрирует, что при управлении большой системой не обязательно учитывать вклад каждого устройства. Значит, в некоторых случаях можно сэкономить на реальном оборудовании, и наши результаты моделирования это подтвердили. Мы надеемся, что описанный подход позволит создать экологичную промышленность и пересмотреть зачастую избыточные требования к производственным объектам», — отметил Игорь Фуртат.

Фото: Игорь Фуртат