Thermodynamics of Multi-Domain Power Networks: Principles for Optimization and Control with Applications to Turboelectric Systems

多域电力网络的热力学:优化和控制原理及其在涡轮发电系统中的应用

基本信息

  • 批准号:
    2221726
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 38.36万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-01-01 至 2025-12-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

This grant will support research leading to advancing the understanding and application of thermodynamic principles that govern power transfer in interconnected energy systems with electric power storage, conversion, and utilization. Environmental sustainability, economy and strategic competitiveness continue to fuel the quest for more efficient energy management methods. Such methods encompass, in addition to traditional industrial processes involving conversions between heat and work, forefront technologies such as microgrids, hybrid vehicles and electrified aircraft propulsion. Therefore, there is a need to develop theoretical foundations of interconnected thermodynamic systems that go beyond the classical setting. This project introduces innovative ideas allowing meaningful interpretations of entropy and its connection to efficiency in extended physical domains. It develops methodologies for optimal design and control in application to electrified turbine engines. Educational and outreach activities include undergraduate student mentoring and collaboration with the MathCorps Cleveland summer program that targets students in grades 6 to 12 who are underrepresented in science and technology. Entropy is connected to the ability to perform work efficiently and is the basis for the optimal design and operation of systems deriving work from heat. Entropy cannot be defined for Hamiltonian systems due to their lack of a preferent direction of power transmission, unlike the diffusive power transfer patterns found in thermofluid systems. This project adopts a systems-theoretic approach to thermodynamics to define entropy generation and exergy efficiency by cyclic averages. The objective is to provide counterparts to key notions of irreversible thermodynamics, along with methods for model-free parametric optimization and feedback control design. The objective will be achieved with tasks organized along three thrusts: i) Formalizing the property of energy cyclo-directionality, applicable to port-Hamiltonian systems on graphs and providing definitions for average entropy generation and exergy efficiency; ii) Solving parametric optimization problems considering second law principles. This involves online spectral estimation techniques to enable model-free, self-optimization methods with tools such as extremum-seeking and formulating multivariable, frequency-domain optimal control methodologies under entropy-related objectives; and iii) Demonstrating and assessing the practical validity of this framework using a turboelectric propulsion system where an engine simulation interacts in real-time with a physical electromechanical system in the laboratory.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该赠款将支持研究,从而促进对热力学原理的理解和应用,这些原理控制与电力储存,转换和利用的互连能源系统中的电力传输。环境可持续性,经济和战略竞争力继续推动对更有效的能源管理方法的追求。除传统的工业过程外,此类方法包括涉及热量和工作之间的转换,以及微电网,混合动力汽车和电气化飞机推进等最前沿技术。因此,有必要开发超出经典环境的相互联系的热力学系统的理论基础。该项目介绍了创新的想法,允许对熵的有意义的解释及其与扩展物理领域的效率的联系。它开发了用于在电动涡轮发动机应用中最佳设计和控制的方法。教育和外展活动包括与Mathcorps Cleveland Summer计划的本科生指导和合作,该计划针对的是6至12年级的学生,他们的科学技术人数不足。熵连接到有效执行工作的能力,是从热量衍生工作的系统最佳设计和操作的基础。与热流体系统中发现的扩散功率传递模式不同,由于缺乏偏好的功率传输方向,因此无法为哈密顿系统定义熵。该项目采用了系统理论方法来通过循环平均值来定义熵产生和驱动效率。目的是提供与不可逆热力学的关键概念以及无模型参数优化和反馈控制设计的方法。将通过沿三个推力组织的任务来实现目标:i)适用于图表上的港口港口系统的能量环体方向的特性,并为平均熵产生和弹性效率提供定义; ii)解决第二定律原则解决参数优化问题。这涉及在线光谱估计技术,以使用诸如寻求极值和制定多变量,频域的最佳控制方法等工具启用无模型的自我优化方法; iii)使用涡轮推进系统来证明和评估该框架的实际有效性,在该系统中,发动机模拟与实验室中的物理机械系统实时相互作用。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是通过基金会的知识分子和更广泛的影响来评估Criteria通过评估来通过评估来评估的。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Thermodynamic H-infinity Control of Multidomain Power Networks
多域电力网络的热力学H无穷控制
  • DOI:
    10.1109/lcsys.2023.3283474
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Richter, Hanz
  • 通讯作者:
    Richter, Hanz
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Hanz Richter其他文献

Hanz Richter的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Hanz Richter', 18)}}的其他基金

CPS: Synergy: Cyber-Enabled Repetitive Motions in Rehabilitation
CPS:协同:康复中的网络重复运动
  • 批准号:
    1544702
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 38.36万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Design, Control and Optimization of Robotic Systems with Energy Regeneration
能量再生机器人系统的设计、控制和优化
  • 批准号:
    1536035
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 38.36万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Dynamic Systems and Controls Division Student Travel Grant: 2005 American Society of Mechanical Engineers International Mechanical Engineering Congress and Exhibition
动力系统与控制部学生旅费资助:2005 年美国机械工程师学会国际机械工程大会暨展览会
  • 批准号:
    0604754
  • 财政年份:
    2005
  • 资助金额:
    $ 38.36万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

战略与管理研究类:综合立体交通多网融合领域学科发展战略研究
  • 批准号:
    52342202
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    10 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
政策工具、行政负担与合作生产:理论框架及基于多领域公共服务的实证研究
  • 批准号:
    72374199
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    41 万元
  • 项目类别:
    面上项目
知识建构社区中基于多模领域概念的知识创造路径识别与演化规律研究
  • 批准号:
    62307026
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于多领域噪声标签和异构模型的槟榔成瘾联邦学习分类算法研究
  • 批准号:
    62372470
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
面向交通领域视频问答的多模态图表示学习方法
  • 批准号:
    52302397
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30.00 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

Bridging Project 2: Structural Dynamics of ABC Transporter
桥梁项目 2:ABC Transporter 的结构动力学
  • 批准号:
    7922843
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 38.36万
  • 项目类别:
Mechanisms in Multidrug ABC Transporters
多药 ABC 转运蛋白的机制
  • 批准号:
    7668912
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    $ 38.36万
  • 项目类别:
Mechanisms in Multidrug ABC Transporters
多药 ABC 转运蛋白的机制
  • 批准号:
    7795872
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    $ 38.36万
  • 项目类别:
SOLVENT EFFECTS IN A MULTI-DOMAIN PROTEIN SYSTEM
多域蛋白质系统中的溶剂效应
  • 批准号:
    7956096
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    $ 38.36万
  • 项目类别:
SOLVENT EFFECTS IN A MULTI-DOMAIN PROTEIN SYSTEM
多域蛋白质系统中的溶剂效应
  • 批准号:
    7723145
  • 财政年份:
    2008
  • 资助金额:
    $ 38.36万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了