Languages and Tools for Optimization of Large-Scale Systems

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Modellering och simulering är etablerade tekniker för att lösa designproblem inom många olika ingenjörsdiscipliner idag. Dedicerade språk, såsom Modelica, och effektiva mjukvaror finns också tillgängliga. I denna avhandling presenteras en språklig utvidgning av Modelica, Optimica, som är avsedd för formulering av dynamiska optimeringsproblem. För att demonstrera användningen av Optimica har mjukvara utvecklats för ändamålet. Denna mjukvara inkluderar en modulärt utbyggbar kompilator, JModelica-kompilatorn, samt en utvidgning som stöder Optimica. Ett Modelica-bibliotek för modellering av torkpartier i pappersmaskiner, DryLib, har utvecklats. Klasserna i biblioteket möjliggör strukturerad och hierarkisk modellering av torkpartier för applikationsanvändare, samtidigt som de erbjuder flexibilitet och utbyggbarhet för expertanvändare. Ett parameteroptimeringsproblem, ett modellreduktionsproblem samt ett optimeringsbaserat reglerproblem som baseras på DryLib redovisas i avhandlingen. Ett uppstarts-problem för en plattreaktor har formulerats i Optimica, och en lösning har beräknats med hjälp av Optimica-kompilatorn. Vidare har den resulterande lösningens robusthet kvantifierats med Monte Carlo-Simuleringar. I många styrsystem är det nödvändigt att beakta interaktion med en användare, eller operatör. I denna avhandling presenteras en regulator för manuell reglering av inverterade pendlar, där insignalen är begränsad. Regulatorn är baserad på nåbara mängder och garanterar semi-global stbilitet för alla referens-trajektorier. En robot bestående av en pendelkropp på två hjul har utvecklats. Ett distribuerat styrsystem, inkluderande signalbehandlingsalgoritmer och en stabiliserande styrlag har implementerats.