Minimalizacja złożoności i zwiększanie konkurencyjności
Sterowniki optymalizacyjne wykorzystują obecnie podejście pełnej optymalizacji bezpośredniej, która pociąga za sobą ogromne obciążenie obliczeniowe powiązane z rosnącymi kosztami sprzętu i oprogramowania superkomputerów. Finansowani przez UE naukowcy podjęli się uproszczenia złożonej matematyki stosowanej do definiowania systemów kontroli w określonych aplikacjach. W ramach projektu pod nazwą "Projekt zaawansowanych sterowników na rzecz ekonomicznej, silnej i bezpiecznej produkcji" (Connect) zastosowano optymalizację parametryczną w rozwoju zaawansowanych sterowników, które przenoszą obciążenie obliczeniowe poza sieć. Sterowniki takie mogą być wykorzystywane w szerokim spektrum zastosowań borykających się obecnie ze znaczącymi trudnościami i ograniczeniami. Należą do nich systemy przemysłowe wymagające szybkich działań kontrolnych, kluczowe pod względem bezpieczeństwa aplikacje w motoryzacji lub kontroli reaktorów chemicznych, a także zastosowania energetyczne. Wyobraźmy sobie zdjęcie cyfrowe na ekranie komputera, reprezentowane przez bardzo dużą liczbę pikseli. Pierwszym krokiem ku uproszczeniu procesów obliczeniowych niezbędnych do przedstawienia oryginalnego obrazu jest określenie minimalnej liczby pikseli niezbędnych do odpowiedniego odtworzenia oryginału w oczach użytkownika. Innymi słowy, w określonym momencie zwiększanie rozdzielczości obrazu nie powoduje wykrywalnej poprawy jego postrzegania, dlatego jest niepotrzebne. W odniesieniu do algorytmu sterownika naukowcy określili minimalną liczbę tzw. funkcji podstawowych, które obejmują całą dynamikę systemu bez utraty informacji zawartych w oryginalnej wielowymiarowej reprezentacji. Drugim krokiem w analogii odtwarzania obrazu cyfrowego jest określenie odstępów między pikselami w takich sposób, aby określone cechy nie były całkowicie wygładzone (np. nos reprezentowany przez dwa punkty staje się linią, a nie zakrzywioną powierzchnią). W przypadku sterownika naukowcy postanowili wykorzystać algorytmy linowe wieloparametrowych sterowników predykcyjnych (MPC) w wysoce nieliniowych systemach poprzez ograniczenie problemu nieliniowości do problemu liniowości w drodze liniowych aproksymacji elementowych – podobnie jak w tworzeniu pozornej krzywej poprzez łączenie ze sobą bardzo małych odcinków linii prostych. Wynikiem formalnego algorytmu MPC była zdolność rozwiązywania z góry procesu optymalizacji poza siecią, umożliwiająca wdrożenie kontroli za pośrednictwem tanich mikrosterowników oraz programowanych sterowników logicznych. W ten sposób projekt Connect przyczynił się do rozwoju sterowników optymalizacyjnych poprzez znaczne ograniczenie obciążenia obliczeniowego i kosztów bez utraty integralności. Innowacyjne algorytmy MPC mogą zatem zwiększyć konkurencyjność małych i średnich przedsiębiorstw (MŚP) w tak różnych dziedzinach, jak sektor motoryzacyjny i produkcji przewodów.
