Odporne schematy regulacji dla wielokanałowych przepływów sieciowych
Robust control solutions for multi-channel networked flows
Typ projektu: naukowo-badawczy
Słowa kluczowe: Sieciowe układy regulacji sieci teleinformatyczne sieci logistyczne sterowanie odporne optymalizacja układy z opóźnieniem
Słowa kluczowe (angielski): Networked control systems data transmission networks logistic networks robust control optimization time-delay systems
Członkowie konsorcjum: Projekt nie był realizowany w ramach konsorcjum
Okres realizacji projektu: 21.01.2022 - 20.01.2025
Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki
Nazwa programu: Opus
Kierownik projektu: Przemysław Ignaciuk
Wartość dofinansowania: 630 360,00 PLN
Wartość projektu: 630 360,00 PLN
Układy sieciowe, np. sieci teleinformatyczne, systemy dystrybucji towarów, układy zdalnego sterowania, do realizacji postawionych zadań wykorzystują odrębne, ale komunikujące się i współpracujące ze sobą elementy strukturalne. Heterogeniczny charakter rozważanej klasy sprawia jednak, że rozwiązań dla stawianych problemów poszukuje się w obrębie określonej, zawężonej grupy zastosowań, np. optymalizacja łańcucha dostaw prowadzona wyłącznie przy pomocy badań operacyjnych. Powoduje to, że translacja wyników oraz wymiana doświadczeń między środowiskami naukowymi jest utrudniona. Celem projektu jest 1) identyfikacja wspólnych cech różnych grup układów sieciowych z punktu widzenia dynamiki zachodzących w nich procesów oraz 2) opracowanie nowych, efektywnych algorytmów regulacji w oparciu o zaawansowane metody teorii sterowania. Efektywność rozumiana jest jako zapewnienie pożądanej jakości względem formalnie określonych kryteriów, np. minimalizacja uchybu z zachowaniem łagodnych przebiegów sygnału sterującego, pomimo niekorzystnego wpływu czynników utrudniających realizację praktyczną tworzonego schematu regulacji, takich jak niedokładności modelu, zakłócenia lub utrata danych. Dzięki zastosowaniu proponowanego podejścia zogniskowanego na badanie dynamiki zjawisk zachodzących w układach sieciowych, oprócz poprawy działania danej grupy, ułatwione będzie przeniesienie korzystnych wyników do innego obszaru aplikacyjnego. Projektowane będą takie algorytmy, które zagwarantują wysoką odporność a zarazem dobrą dynamikę w obliczu niepewności, ale z zachowaniem ograniczeń właściwych danej grupie zastosowań. Ilekroć rozwiązanie optymalne nie spełni wymogów implementacyjnych, np. z uwagi na zbyt duży nakład obliczeniowy, poszukiwane będą alternatywne algorytmy suboptymalne. Zatem, inaczej niż w typowych rozwiązaniach proponowanych w przeszłości, kryteria optymalności i wykonalności będą traktowane równorzędnie w ocenie projektowanego układu regulacji. Na potrzeby weryfikacji rezultatów analitycznych stworzona zostanie rozbudowana platforma testowa do badania zjawisk zachodzących w układach sieciowych oraz wygodnej, a zarazem rzetelnej oceny algorytmów. W przeciwieństwie do dotychczas prezentowanych rozwiązań, skonstruowana platforma ma umożliwić dokonanie kompleksowych studiów na wszystkich etapach projektowania układu regulacji – od walidacji założeń koncepcyjnych na drodze symulacji, poprzez dobór optymalnych parametrów, po weryfikację eksperymentalną. Stworzone środowisko będzie obejmować zarówno programy poszerzające funkcjonalność profesjonalnych narzędzi numerycznych, np. Matlab czy ns-3, oraz stanowiska do prowadzenia prac laboratoryjnych z użyciem reprezentatywnych dla danej klasy obiektów, układów sensoryczno-wykonawczych i rzeczywistych sieci transmisji danych.
Networked systems, e.g., communication and logistic networks, or distributed computing and control environments, incorporate separate yet cooperating entities to achieve the intended goals. The inevitable uncertainties related to the information and resource exchange among the system components – congestion, noise, channel interference, node and interface failures – may compromise the desired functionality. Virtually all the essential parameters of the transfer process – delay, error rate, throughput – change in a dynamic and unpredictable way. In order to leverage the impact of network-induced and environmental perturbations, one may simultaneously engage multiple transport channels. Unfortunately, inappropriate traffic distribution in the multi-flow framework may actually cancel the advantages of increased efficiency and resilience this option offers. The project objective is to: 1) identify the common characteristics of modern networked systems that explicitly involve multiple channels for resource and information exchange and, using advanced methods of control theory, 2) develop new algorithms governing the multi-flow transport process that will yield better robustness and higher efficiency than the existing solutions according to formally defined quantitative criteria. The proposed approach emphasizing the system dynamics, besides improving the operation of a given class of systems, is believed to relieve the transition of the outstanding results to other application areas and problem types, e.g., adopting data flow control mechanisms from computer networks to resource distribution in logistic systems, in line with the concepts of Physical Internet and Industry 4.0. The designed new algorithms are to provide a high degree of resiliency with good dynamics while conforming to the class-specific constraints, network topology, and information exchange hazards. Therefore, contrary to the solutions delivered in the past, the optimality criteria will be given equal attention as the implementation and robustness aspects in the design process. In order to corroborate the theoretical outcomes, a test platform for the control system analysis and convenient yet rigorous algorithm property evaluation in relation to the current solutions will be created. Unlike the previously reported endeavors in the field, this platform should allow for conducting comprehensive studies at all stages of the design process – from concept validation, through parameter selection, to experimental verification – in the optimal (efficiency) and robust (sensitivity) contexts. The created test environment will encompass both new modules and programs developed for the professional simulation tools, like Matlab or ns-3, and experimental setups with hardware units and benchmark plants cooperating via real data transmission networks.
Powrót