Model predictive control in networked control systems

Abstract

Combining system control with a cloud architecture provide new possibilities in controlling systems by moving the computational load from static servers to a more flexible computational architecture. The research done in this thesis will test the effectiveness of a model predictive control by solving the optimization problem in the cloud. Three different methods are tested using two models. The first setup is a model predictive control setup where each loop sends a signal to a scalable cloud setup. The optimization problem is solved in the cloud, and the solution is the control signal. The second method uses a genetic algorithm to solve the optimization problem for a nonlinear system and uses the scalability of the cloud to solve the problem faster. The third method sends a signal to the cloud but does it every tenth control loop and uses the past result to control the other loops. The first method's results showed that the method works with little to no degraded performance while controlling 100 systems simultaneously; the sampling frequency needs to be 4 Hz or lower. The second method has promising results, but the example model was not suitable for the test, and it needs further testing. The third method showed that it is possible to have a sampling frequency higher than 4 Hz, but it came at the cost of volatility.

Með því að sameina spástýringar með skýja arkitektúr opnast nýir möguleikar til þess að stýra kerfum. Í þessari ritgerð var prófuð virkni spástýringar með því að leysa bestunina í skýinu. Ritgerðin fjallar um þrjár mismunandi aðferðir og notar tvö líkön sem dæmi. Fyrsta aðferðin sendir upplýsingar um kerfið upp í skýið, þar sem bestunarvandamálið er leyst og lausnin er send til baka og notað sem stýrimerki, þetta er síðan endurtekið í sífellu. Önnur aðferðin notar erfðaalgrím til að leysa bestunarvandamálið fyrir ólínulegt kerfi, að auki notar aðferðin sveigjanleika skýsins til að leysa vandamálið hraðar. Þriðja aðferðin sendir merki til skýsins en í staðinn fyrir að nota einungis eina lausn notar það fleiri lausnir, sem opnar á möguleikann að nota stýringu með hærri tíðni en svartími skýsins ræður við. Niðurstöður úr prófunum á fyrstu aðferðinni sýndu að hún virkar og þökk sé skýinu var hægt aðstjórna 100 kerfum samtímis án skertar virkni, sýnatöku tíðnin þarf aftur á móti að vera 4 Hz eða lægri. Önnur aðferðin sýndi lofandi niðurstöður, en líkanið hentaði ekki aðferðinni og þyrfti því að framkvæma fleiri tilraunir til að fá skýrari niðurstöður. Niðurstöður frá þriðju aðferðinni sýna að það er hægt að hafa sýnatökutíðnina hærrien 4 Hz, en kerfið varð óstöðugra.