Робастное управление запасами в сетях поставок в условиях неопределенности спроса и транспортных запаздываний

Abstract

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.13.07 – автоматизация процессов управления. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", Харьков, 2016 г. Диссертация посвящена обоснованию и разработке концепции и методов синтеза автоматизированных систем робастного управления запасами в сетях поставок в условиях неопределенности спроса и транспортных запаздываний на основе развития метода инвариантных эллипсоидов с использованием дескрипторного подхода и параметризованной функции Ляпунова. Построена математическая модель сети поставок как объекта автоматического управления в условиях неопределенного, но ограниченного спроса с учетом транспортных запаздываний и несимметричных ограничений на уровни запасов и объемы заказов ресурсов. С целью учета неопределенности значений интервалов транспортных запаздываний обоснована необходимость использования матрицы динамики с параметрической неопределенностью аффинного типа. В результате получена дискретная динамическая модель в пространстве состояний, область неопределенности, которой представлена выпуклым многогранным множеством. Сформулированы необходимые и достаточные условия существования допустимого управления для задачи синтеза ограниченного робастного гарантирующего управления запасами в сетях поставок. Задача оценивания допустимой области в пространстве управляющих воздействий представлена в виде системы билинейных матричных неравенств, для решения которой предложен итерационный алгоритм. Задача вычисления значений весовых матриц, определяющих квадратичный критерий качества управления, при которых обеспечивается минимальный размер инвариантного эллипсоида замкнутой системы, сведена к задаче разрешимости системы билинейных матричных неравенств, для решения которой предложен итерационный алгоритм. Построена математическая модель системы подачи и распределения воды как объекта автоматического управления в виде совокупности линейных подсистем управления запасами воды отдельных секторов потребления с нелинейными взаимосвязями при условии существования квадратичных ограничений на их значения. Решена задача автоматизации управления режимами работы насосных станций в системе централизованного водоснабжения населенного пункта, которая сведена к последовательности задач полуопределенного программирования, решаемых численно в реальном времени.

The dissertation for the degree of doctor of technical sciences, specialty 05.13.07 – automation of control processes. – The National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2016. The dissertation is devoted to the development of a concept and synthesis methods of automated systems of robust inventory control in supply networks with uncertainty of demand and time-delays on the basis of extension of the invariant ellipsoids method using the descriptor system approach and parameter-dependent Lyapunov function. A discrete mathematical model in state space of supply network is developed, which has parametric uncertainty of affine type. The control law is based on the periodic inspection of resources stock levels and constructed in the form of a linear dynamic feedback with respect to deviation between cash and safety stock levels of resources. In order to suppress the influence of the changes in external demand while ensuring robust stability of a closed system the invariant ellipsoids method is used, which reduces the synthesis of optimal controller to a problem of the search for the smallest invariant ellipsoid of the closed system. Using linear matrix inequalities the controller synthesis problem is reduced to a sequence of semidefinite programming problems, that are solved numerically in real time. A descriptor system approach with parameter-dependent Lyapunov function is used to reduce the degree of conservatism of control results. A necessary and sufficient conditions of the control existence for a constrained robust guaranteeing inventory control synthesis problem in supply networks are formulated. A problem of estimating the allowable region in the space of control actions is formulated in terms of solvability of bilinear matrix inequalities system, for solution of which an iterative algorithm is proposed. A mathematical model of the water distribution system as an automatic control object in the form of a set of linear subsystems with nonlinear relationships under condition of the existence of a quadratic constraints on their values is developed. A problem of pumping stations modes control automation in the centralized water supply system is solved.