Управление сетевыми системами в условиях неопределенностей и запаздывания с применением к управлению электроэнергетическими сетями

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 18-79-10104

НазваниеУправление сетевыми системами в условиях неопределенностей и запаздывания с применением к управлению электроэнергетическими сетями

Руководитель Фуртат Игорь Борисович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем машиноведения Российской академии наук , г Санкт-Петербург

Конкурс №30 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-604 - Проблемы теории управления техническими системами

Ключевые слова Сетевые системы, мультиагентные системы, запаздывание, управление, синхронизация, электроэнергетическая сеть

Код ГРНТИ28.19.23

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В настоящее время сетевые системы и технологии распространены повсеместно и являются неотъемлемой частью современного мира, например, управление через сеть или Интернет, распределенные системы управления электрическими сетями, многопроцессорные системы передачи и обработки информации, различные транспортные сети, высокотехнологичные производственные сети, системы координированного управления движением летательных и подводных аппаратов и подвижных роботов, сложные кристаллические решетки и наноструктурные объекты. Сетевая структура системы, по сравнению с классической многоконтурной, обуславливает новые вызовы в науке и технике, в частности в теории автоматического управления. Сложность управления сетевыми системами связана с большим количеством подсистем (агентов) в сети, топологией связей агентов в сети, наличием запаздывания при обмене данных, ограничением на пропускную способность каналов передачи данных и т.п. Важно постоянно учитывать изменение параметров в сетевой системе и действия внешней среды на нее. Существенно сказываются полнота и качество измерительной информации, а также возможность обработки большого объема данных. Электроэнергетическая сеть является частным случаем сложной сетевой системы. Повышение требований к эксплуатация электроэнергетических сетей в современных условиях неуклонно ведет к износу оборудования, усложнению топологии сети и увеличению мощностей отдельных элементов системы. Следствием такой эксплуатации является ухудшение качества вырабатываемой электроэнергии (скачки напряжения, дефицит мощности и т.п.) в нормальном режиме работы сети и повышение риска возникновения аварийных ситуаций: от локальных до крупных блэкаутов. Одним из современных вызовов в электроэнергетической отрасли является переход к надежным и ресурсосберегающим электроэнергетическим сетям. Решением может служить переход о традиционных способов управления к использованию современных сетевых методов управления, которые разработаны в последние десятилетия для управления мультиагентными или сетевыми системами. Разработкой систем управления электроэнергетическими системами занимаются ведущие ученые, в разных странах принимаются программы поддержки соответствующих исследований. Так, во всем мире принята концепция развития энергетической отрасли "Smart Grid". Причины возникновения данной концепции связаны с рядом факторов: - технологический прогресс (переход к цифровым технологиям, использование интеллектуальных технологий, интенсивный рост количества малых генерирующих источников энергии); - повышение требований к энергоэффективности и экологической безопасности, рост требования потребителей (требование к набору и качеству услуг, снижение цен на услуги отраслей); - снижение надежности (нарастание уровня износа оборудования, снижение уровня надежности электроснабжения, высокий уровень потерь при преобразовании, передачи, распределении и использовании энергии) и т.п. В большинстве случаев в электроэнергетической сети недоступны измерению все переменные состояния сети. Дефицит измерительной информации также может возникать в аварийных ситуациях из-за выхода из строя части датчиков. Построение систем управления при измерении только части переменных объекта управления позволяет уменьшить затраты на проектирование и разработку измерительных устройств, которые могут вносить дополнительные погрешности в каналах измерения и увеличивать объем информационных данных. В электроэнергетических сетях большой географической протяженности существенно сказывается запаздывание во взаимодействии подсистем. Запаздывание также обуславливается при управлении через цифровые каналы связи (Интернет и т.п.). Игнорирование запаздывания при проектировании системы управления может привести к серьезнейшим аварийным ситуациям, связанным с потерей синхронизации в сети. Электроэнергетическая сеть является сетевой системой с постоянно меняющимися параметрами, что связано с непостоянством режима работы сети, как в течение года, так и в течение суток. Например, изменение параметров электроэнергетической сети связано с природно-климатические факторами, особенностями технологического процесса различных предприятий и отраслей, аварийные ситуации и т.п. Представленный проект нацелен на решение следующих двух крупных задач: 1) разработка новых методов и алгоритмов управления сетевыми системами с учетом запаздывания, неопределенностей, возмущений, топологии сети и дефицита измерительной информации; 2) применение разработанных методов к синтезу алгоритмов управления электроэнергетическими сетями с целью их синхронизации с учетом запаздывания, неопределенностей, возмущений, некоторых типов аварийных ситуациях, топологии сети и дефицита измерительной информации. Разработка методов и алгоритмов управления базируется на принципе компенсации возмущений. Использование данного принципа позволит проектировать системы управления, которые будут надежными и эффективными по отношению к неопределенностям и возмущениям. Более того, методы компенсации возмущений позволят проектировать простые алгоритмы управления, где значение сигнала управления будет противоположно значению возмущения. Таким образом, полученные алгоритмы будут обеспечивать минимальные затраты энергии и эффективно работать при большом объеме данных, что важно при управлении большим количеством агентов в сети.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Фуртат И.Б., Чугина Ю.В. Discrete-time State Feedback Control Algorithm for Disturbances Compensation Proc. of the 10th International Congress on Ultra Modern Telecommunications and Control Systems and Workshops (ICUMT), P. 158-163. (год публикации - 2018)
10.1109/ICUMT.2018.8631256

2. Перегудин А.А., Фуртат И.Б. Optimal Compensation of Bounded External Disturbances and Measurement Noises for Nonlinear Systems IFAC-PapersOnLine (Proc. of the 5th IFAC Conference on Analysis and Control of Chaotic Systems, Eindhoven, Niderlands), Vo. 51, no. 33, 2018, pp. 7-11. (год публикации - 2018)
10.1016/j.ifacol.2018.12.076

3. Фуртат И.Б., Нехороших А.Н. Modified Backstepping Algorithm and its Application to Control of Distillation Column Мехатроника, автоматизация, управление, Том 20, № 2. С. 90-96. (год публикации - 2019)
10.17587/mau.20.90-96

4. Фуртат И.Б., Гущин П.А., Перегудин А.А. Алгоритм управления по выходу нелинейными системами с компенсацией возмущений и помех измерения Мехатроника, автоматизация, управление, Том 20, № 1. С. 3-15. (год публикации - 2019)
10.17587/mau.20.3-15

5. Фуртат И.Б., Гущин П.А. Алгоритм управления объектами с запаздывающим входным сигналом на базе субпредикторов регулируемой величины и возмущения Автоматика и телемеханика, № 2, 2019 (год публикации - 2019)
10.1134/S0005231019020016

6. Фуртат И.Б., Гущин П.А. A Control Algorithm for an Object with Delayed Input Signal Based on Subpredictors of the Controlled Variable and Disturbance Automation and Remote Control, Vol. 80, No. 2, pp. 201-216. (год публикации - 2019)
10.1134/S0005117919020012

7. Фуртат И.Б., Орлов Ю.В., Фрадков А.Л. Finite Time Stabilization of Nonlinear Cascade Systems under Input and Output Disturbances Proc. of the Europenean Control Conference, Naples, Italy, June 25-28, 2019. (год публикации - 2019)

8. Фуртат И.Б., Гущин П.А., Нехороших А.Н., Вражевский С.А., Чугина Ю.В. Modified Backstepping Algorithm for Plants under Mismatched Disturbances and Varying Time-Delay Proc. of the 6th International Conference on Control, Decision and Information Technologies, April 23-26, 2019, Paris, France (год публикации - 2019)

9. Фуртат И.Б., Гущин П.А. Алгоритм управления сетевыми системами на базе субпредикторов регулируемой величины и возмущения Труды XIII Всероссийского совещания по проблемам управления, Россия, Москва, ИПУ РАН, 17-20 июня 2019 г. (год публикации - 2019)

10. Фуртат И.Б., Гущин П.А. Tracking control algorithms for plants with input time-delays based on state and disturbance predictors and sub-predictors Journal of the Franklin Institute (год публикации - 2019)
10.1016/j.jfranklin.2019.03.013

11. Плотников С.А., Фрадков А.Л. On synchronization in heterogeneous FitzHugh–Nagumo networks Chaos, Solitons & Fractals, Vol. 121. P. 85-91 (год публикации - 2019)
10.1016/j.chaos.2019.02.006

12. Коновалов Д.Е., Вражевский С.А., Фуртат И.Б., Кремлев А.С. Модифицированный алгоритм бэкстеппинга для управления нелинейными многоканальными объектами c перекрестными связями Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, № 3 (год публикации - 2019)

13. Фуртат И., Гущин П., Коновалов Д., Вражевский С. Compensation of Mismatched Disturbances for Nonlinear Plants with Distributed Time-delay Proc. of the 16th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics (INSTICC2019). Prague, Czech Republic. (год публикации - 2019)
10.5220/0007915202690275

14. Фуртат И., Гущин П., Тупичин Е., Перегудин А. Control Study of Multi-Machine Power Systems Under Variations of Mechanical Input Power and Communication Delay Cybernetics and Physics, Vol. 8, Is. 4, 2019, 235–243. (год публикации - 2019)
10.35470/2226-4116-2019-8-4-235-243

15. Фуртат И.Б. Дивергентные условия устойчивости динамических систем Автоматика и телемеханика, С. 62-75 (год публикации - 2020)
10.31857/S0005231020020051

16. Фуртат И.Б. Divergent Stability Conditions of Dynamic Systems Automation and remote control, Vol. 81, No. 2, pp. 247–257. (год публикации - 2020)
10.1134/S0005117920020058

17. Фуртат И.Б., Гущин П.А., Перегудин А.А. Подавление возмущений с минимизацией эллипсоидов, ограничивающих фазовые траектории системы в переходном и установившемся режимах Мехатроника, автоматизация, управление, Том. 21, № 4. С. 195-199. (год публикации - 2020)
10.17587/mau.21.195-199

18. Фуртат И.Б., Гущин П.А., Нехороших А.Н., Чугина Ю.В. Синхронизация электроэнергетической сети в условиях высокочастотных помех измерения Мехатроника, автоматизация, управление, № 9 (год публикации - 2020)

19. Фуртат И.Б., Гущин П.А., Нехороших А.Н. Divergence Conditions for Stability Study of Autonomous Nonlinear Systems IFAC-PapersOnLine (WC IFAC 2020) (год публикации - 2020)

20. Коновалов Д.Е., Вражевский С.А., Фуртат И.Б., Кремлев А.С., Мартин Чех Output Feedback Control for MIMO systems with Disturbances Compensation Proc. of the European Control Conference 2020 (ECC2020), St. Petersburg, Russia. (год публикации - 2020)

21. Фуртат И.Б., Орлов Ю.В. Adaptive Identification of Nonlinear Time-delay Systems Using Output Measurements IFAC-PapersOnLine (WC IFAC 2020) (год публикации - 2020)

22. Фуртат И.Б., Гущин П.А. Control of Dynamical Systems with Given Restrictions on Output Signal with Application to Linear Systems IFAC-PapersOnLine (WC IFAC 2020) (год публикации - 2020)

23. Фуртат И.Б., Гущин П.А. Stability study and control of nonautonomous dynamical systems based on divergence conditions Journal of the Franklin Institute (год публикации - 2020)
10.1016/j.jfranklin.2020.10.025

24. Вражевский С.А., Коновалов Д.Е., Фуртат И.Б., Кремлев А.С. Compensation of Mismatched Disturbances in Nonlinear Systems Proc. of the 2020 28th Mediterranean Conference on Control and Automation (MED), 15-18 September, 2020, Saint-Raphael, France (год публикации - 2020)
10.1109/MED48518.2020.9183268

25. Фуртат И.Б., Орлов Ю.В. Synchronization and State Estimation of Nonlinear Systems with Unknown Time-delays: Adaptive Identification Method Cybernetics and Physics, Vol. 9, No. 3. 2020, 136-143 (год публикации - 2020)
10.35470/2226-4116-2020-9-3-136-143

26. И.Б. Фуртат, П.А. Гущин Управление динамическими объектами с гарантией нахождения регулируемого сигнала в заданном множестве Автоматика и телемеханика (год публикации - 2021)

27. Фуртат И.Б., Гущин П.А. Дискретное по пространственной переменной управление скалярными линейными распределенными объектами параболического и гиперболического типов Автоматика и телемеханика, № 3. С. 77–97. (год публикации - 2021)
10.1134/S0005231019030041

28. Фуртат И.Б., Гущин П.А. Nonlinear Feedback Control Providing Plant Output in Given Set International Journal of Control (год публикации - 2021)
10.1080/00207179.2020.1861336

29. Фуртат И.Б., Гущин П.А. Stability/Instability Study and Control of Autonomous Dynamical Systems: Divergence Method IEEE Access, Pages: 23764 - 23771 (год публикации - 2021)
10.1109/ACCESS.2021.3056942

30. Фуртат И.Б., Фридман Э.М. Delayed Disturbance Attenuation via Measurement Noise Estimation IEEE Transactions on Automatic Control (год публикации - 2021)
10.1109/TAC.2021.3054238

31. Фуртат И.Б., Гущин П.А. Методы анализа и синтеза линейных и нелинейных систем управления при наличии возмущений и запаздывания Институт компьютерных исследований, Москва-Ижевск, 194 с. (год публикации - 2021)

32. Фуртат И.Б., Гущин П.А. Control of Dynamical Plants with a Guarantee for the Controlled Signal to Stay in a Given Set Automation and Remote Control, Vol. 82, No. 4, pp. 654-669. (год публикации - 2021)
10.1134/S0005117921040044

33. Фуртат И.Б., Гущин П.А. Spatially Discrete Control of Scalar Linear Distributed Plants of Parabolic and Hyperbolic Types Automation and Remote Control, Vol. 82, No. 3, pp. 433–448. (год публикации - 2021)
10.1134/S0005117921030048

Публикации