Modellering av komplexa system

Processindustrin erbjuder avsevärda utmaningar ur ett reglertekniskt perspektiv. Förbättring av styrningen är ett vitalt led i optimeringen av ett produktionssystem. Genom att styra exaktare kan man minska kvalitetsvariationerna och även minska förbrukningen av resurser genom att tillförseln av dessa kan hållas närmare sitt optimum.

En processindustrianläggning karaktäriseras av många delprocesser som är kopplade genom t.ex. materialflöden, returflöden, gemensamma resurser, regulatorer osv. Problemen som uppstår till följd av den komplexa strukturen kan i princip delas upp i tre kategorier

1. Många variabler. Det stora antalet processvariabler gör det orimligt att lägga ner stora arbetsinsatser på varje enskild variabel för design av regulatorer och feldetekteringslagoritmer.
2. Kopplade variabler. De dynamiska kopplingarna mellan processvariablerna gör anläggningen till ett enormt stort dynamiskt system som inte är realistiskt att hantera som en helhet.
3. Komplex dynamik. Den komplexa strukturen kan ge upphov till komplicerad och svårförutsägbar dynamik i anläggningen som helhet, vilket kan resultera i tex. oscillationer.

En förutsättning för en systematisk design av en regulator eller övervakningsalgoritm är en modell för processen samt en kvantitativ beskrivning av vilken osäkerhet som denna modell är behäftad med och vilka störningar som processen utsätts för. För processmodellering finns många systematiska metoder beskrivna i litteraturen medan metoder för modellering av osäkerheter och störningar är i stort sett outvecklade. Detta gör att design av regulatorer och övervakningsalgoritmer inte kan automatiseras i någon högre grad utan kräver manuella arbetsinsatser av en erfaren ingenjör. För punkt 1 kommer därför vår forskning att handla om systematiska metoder för modellering av osäkerheter och störningar.
 
En problemställning som hamnar under punkt 2 är frågan om hur man kan dela upp ett komplext system i mindre delsystem utan att väsentliga egenskaper, såsom dynamik, styrbarhet och observerbarhet, ändras dramatiskt. En sådan uppdelning behöver göras för design av både regulatorer och övervakningsalgoritmer.

Johansson, A 2008, 'Shift invariant signal norms for fault detection and control', Systems & Control Letters, vol. 57, nr. 2, s. 105-111.

Berndtsson, M & Johansson, A 2008, 'Design of a dynamic threshold generator for λ-tuned control loops', Control Engineering Practice.

Johansson, A 2007, 'Validation of state-space models with time-varying parameter uncertainty', I 46th IEEE Conference on Decision and Control Proceedings: Hilton New Orleans Riverside; December 12-14, 2007; New Orleans, LA, USA, IEEE s. 6406-6411.

Andreas Johansson