Управление объектами с распределенными параметрами по техническому состоянию (моделирование, идентификация и оптимизация)

Номер гранта:14-08-01265
Область научного знания:фундаментальные основы инженерных наук
Тип конкурса: («а» (до 2016))(«а») инициативные научные проекты
Год выполнения:2014г.
Руководитель: Лебедев В.Г.
Статус заявки:поддержана

Аннотация к заявке:

В проекте рассматриваются проблемы, связанные с развитием теории, методов оптимизации эффективности функционирования технических систем, включая задачи моделирования, идентификации, мониторинга состояния и управления техническими системами в условиях неопределенности (отсутствие прямых измерений и неточность косвенной информации). Рассматриваемые в проекте задачи мониторинга состояния и управления по состоянию в условиях неопределенности формулируются: - либо как некорректно поставленные задачи, для регуляризации которых используются текущие и ретроспективные статистические данные прямых и косвенных измерений; - либо как задачи идентификации и прогнозирования ситуаций управления на основе анализа текущих и ретроспективных данных. Выбор управляющих воздействий для рассматриваемого класса объектов управления обеспечивается с использованием различных комбинаций наиболее эффективных и универсальных методов. Например, комбинация динамического программирования и неявного перебора - метода ветвей и границ. Решение рассматриваемых задач сопряжено с большой трудоемкостью обработки исходной информации, поэтому в проекте будут разработаны параллельные вычислительные технологии с оптимальным вложением алгоритмов в архитектуру гетерогенных многопроцессорных вычислительных систем, что обеспечит достижение гарантированной точности при минимальном объеме и времени вычислений. Предлагаемые в проекте методы, алгоритмы и параллельные вычислительные технологии предназначены для мониторинга состояния: - летательных, надводных и подводных аппаратов; - глобальных электроэнергетических и газотранспортных систем, магистральных нефтепроводов; - передвижных агрегатов и установок для бурения, крепления и освоения добывающих (для извлечения нефти, газа и газового конденсата) и нагнетательных (для закачки вытесняющих реагентов) при обустройстве месторождений углеводородов; • насосно-компрессорной системы механизированных и газлифтных добывающих скважин и систем поддержания пластового давления нагнетательных скважин при разработке месторождений углеводородов. Мониторинг текущего состояния рассматриваемых объектов обеспечивает возможность оптимизации выбора допустимых управляющих воздействий для достижения безопасных и эффективных режимов адекватных их состоянию.

Аннотация к отчету по результатам реализации проекта:

В проекте предлагаются методы, алгоритмы и параллельные вычислительные технологии, предназначенные для управления объектами с распределенными параметрами по техническому состоянию. В качестве объектов управления с распределенными параметрами рассматриваются крупномасштабные нефтяные месторождения и летательные аппараты (ЛА). Решение задачи моделирования процессов фильтрации нефти и газа в резервуарах месторождений, как правило, сопряжено с неполнотой и не достаточной точностью исходной информации (начальных и граничных условий) и параметров (коэффициентов) исходных уравнений математической модели. Поэтому они сформулированы как обратные задачи управления, когда одновременно решается задача идентификации начальных и граничных условий, параметров фильтрации флюидов в пористых средах по неточно заданным входным и ретроспективным данным. Для решения основных задач разработаны итеративные методы, когда параметром асимптотической регуляризации является размерность пространства приближения решения. Итеративный процесс сводится к рекурсивному решению прямых и сопряженных задач последовательно с увеличением размерности пространства решения на единицу. При отсутствии априорной информации об уровне погрешности исходных данных другие методы не применимы. Моделирование крупномасштабных месторождений приводит к сеточным операторным уравнениям большой размерности. Для решения проблемы размерности прямых и сопряженных задач разработаны методы декомпозиции с расщеплением по физическим процессам и пространственным координатам, параллельные вычислительные методы и технологии оптимального вложения алгоритмов в архитектуру гетерогенных многопроцессорных вычислительных систем (МВС) с использованием программных интерфейсов MPI, OpenMP, OpenCL, CUDA и др. С использованием комбинации методов динамического программирования, множителей Лагранжа, ветвей и границ для решения дискретно-непрерывных задач оптимизации распределения ограниченных ресурсов в распределенных производственных системах разработаны иерархические методы распараллеливания вычислений с оптимальным вложением алгоритмов в архитектуру МВС. Исследованы возможности комбинирования методов анализа информации и объединения их в единую систему для обеспечения высокой точности оценки и прогноза ситуаций управления. Предлагаемый подход обладает новизной в силу интеграции в систему анализа эффективных методов предобработки, идентификации и прогнозирования, позволяющих накапливать опыт, получаемый в процессе эксплуатации динамического объекта. Разработана общая схема анализа данных для идентификации и прогнозирования ситуаций управления. В рамках исследований разработана методика решения задач многокритериальной оптимизации в условиях неопределенности. Применение этой методики актуально при управлении техническими системами с распределенными параметрами, когда отсутствует статистика по исследуемым параметрам и когда найденное в процессе оптимизации решение не может быть реализовано с высокой точностью. Эксперт получает возможность не указывать точные значения неизвестных параметров, которые достаточно трудно определить на момент принятия решения, а указать диапазон их изменения и функцию распределения неопределенности. Предложенная методика апробирована в прикладных задачах авиационной отрасли. В частности, при оптимизации весовой сводки ЛА и максимизации дальности полета в условиях сверхзвукового крейсерского полета с учетом неопределенности входных параметров.
Аннотации к заявке и отчету приведены в авторской редакции. по состоянию на 29.03.2024.

Библиография

Приведена в авторской редакции.
Помог ли вам материал?
0    0