Method of Creating an Automatic Heat Supply Control System Using Simulation Models

Authors

  • A. M. Petrov Fedorovsky Polar State University
  • I. S. Belyaev Fedorovsky Polar State University
  • A. N. Popov University of Tyumen

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2026-2-100-108

Keywords:

automatic control system, simulation modeling, fuzzy neural networks, metric graph, heat supply, single-phase flows, multiphase flows, principle of multidimensionality, FitzHugh-Nagumo model, matlab, digital twin, data analysis

Abstract

Ncreasing the intellectualization of heat supply systems is a key task in the development of urban infrastructure. Existing automation approaches often fail to account for the complex interdependence between thermodynamic and hydraulic processes in pipelines, as well as the human factor leading to data noise. The aim of this study is to develop a method for creating an automatic control system for heat supply that utilizes simulation modeling for testing and parameter tuning, considering structural changes and environmental impacts. Materials and Methods. The method is based on representing the heat supply system as a complex structure described using a metric graph. Fuzzy neural networks are proposed for processing hard-to-formalize conditions and noisy data. The physics of processes (single-phase and multi-phase flows) is described by a system of partial differential equations, while the interaction between system elements is modeled based on a modified FitzHugh-Nagumo model. The developed simulation model is implemented in MATLAB using SSPRK and GFORCE numerical methods for optimizing and visualizing system dynamics. To assess the information content of each element, an additive indicator is introduced, calculated using safety factors and Shannon's formula. Results. The authors propose a method for the continuous description of an automatic heat supply control system through state functions, which constitutes the scientific novelty. A system of differential equations is derived, describing the dynamics of control vectors and their interrelations in the state space. A simulation model has been developed, including blocks for physical flow modeling, environmental interaction, and a neural network module. The reliability of the results is ensured by the use of proven mathematical methods (graph theory, partial differential equations) and numerical schemes. The model allows not only for predicting system behavior but also for identifying data anomalies by comparing different information flows.

Author Biographies

A. M. Petrov, Fedorovsky Polar State University

PhD in Engineering, Associate Professor

I. S. Belyaev, Fedorovsky Polar State University

PhD in Economics, Associate Professor

A. N. Popov, University of Tyumen

Associate Professor

References

Проблемы моделирования автоматизированных систем теплоснабжения норильского промышленного района / А. М. Петров, И. С. Беляев, А. Н. Попов, О. Н. Кузяков. Тюмень : Тюменский индустриальный университет, 2024. 182 с. ISBN 978-5-9961-3327-7.

Петров А. М., Попов А. Н. Лабораторные испытания измерительно-вычислительного комплекса для диагностики термодинамических процессов однофазных потоков // Инновации и инвестиции. 2022. № 7. С. 81-85.

Разработка программного обеспечения моделирования процессов тепломассопереноса при многофазном потоке / А. М. Петров, А. Н. Попов, Д. В. Мозгунов и др. // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. 2024. Т. 71, № 1 (54). С. 40-48. DOI 10.22314/2658-4859-2024-71-1-40-48.

Майоров Г. С. Автоматизация построения вычислительной подсистемы цифрового двойника интегрированной энергосистемы // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2024. № 2. С. 70-85. DOI 10.31857/S0002331024020052.

Тихомиров С. А., Тихомирова Е. Г. Оптимизация мультиагентной архитектуры для цифровых двойников систем теплоснабжения при обеспечении их живучести // Сантехника, Отопление, Кондиционирование (С.О.К.). 2025. № 12. С. 40-45.

Концепция модификации существующих автоматизированных систем управления технологическими процессами общепромышленного назначения при построении цифровых двойников технологических процессов и цифровых фабрик // Вестник Астраханского государственного технического университета. 2025. С. 48-56. Б. а.

Разработка средств повышения эффективности обработки и передачи данных в системах автоматического управления процессами теплоснабжения / А. М. Петров, С. Х. Шигалугов, А. Н. Попов, Д. А. Попов // Автоматизация и информатизация ТЭК. 2024. № 4(609). С. 37-43.

Игнатов Д. В. Автоматизированные системы управления технологическими процессами при эксплуатации сетей газораспределения // Инновации в строительстве-2023 : материалы конференции. 2023. С. 144-146.

Петров А. М., Володина К. А., Беляева Т. А. Роль психофизиологических особенностей человека в его профессиональном развитии // Образование и саморазвитие. 2019. Т. 14, № 4. С. 63-71. DOI 10.26907/esd14.4.06.

Лапшин И. П., Петров А. М. Система воздушного отопления животноводческого помещения на базе воздушной теплонасосной установки // Вестник Государственного аграрного университета Северного Зауралья. 2013. № 4 (23). С. 69-74.

Петров А. М. Применение тепловых насосов для обогрева животноводческих помещений // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2012. № 3 (19). С. 122-125.

Coordinated control system modeling of ultra-supercritical unit based on a new fuzzy neural network / D. Wu, H. Niu, Y. Shen et al. // Energy. 2021. Vol. 234. Article 121231. DOI 10.1016/j.energy.2021.121231.

Бородин Н. К., Кулагин В. А. Совершенствование технологического процесса на тепловых пунктах в системах теплоснабжения // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. 2025. Т. 18, № 3. С. 300-324.

Economic Nonlinear Model Predictive Control of Prosumer District Heating Networks / F. Holtorf, T. Licklederer, L. S. P. S. Silva et al. // IEEE Transactions on Control Systems Technology. 2025. Vol. 33, No. 5. P. 1879-1894. DOI 10.1109/TCST.2025.3556789.

Load Prediction of Regional Heat Exchange Station Based on Fuzzy Clustering Based on Fourier Distance and Convolutional Neural Network-Bidirectional Long Short-Term Memory Network / Y. You, Z. Wang, Z. Liu et al. // Energies. 2024. Vol. 17, No. 16. Article 4190. DOI 10.3390/en17164190.

Digital twin for CIP-washing station with SCADA system / V. S. Artemyev // News of the Kabardino-Balkarian Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2025. Vol. 27, No. 4. P. 11-23.

Published

03.07.2026

How to Cite

Petrov А. М., Belyaev И. С., & Popov А. Н. (2026). Method of Creating an Automatic Heat Supply Control System Using Simulation Models. Intellekt. Sist. Proizv., 24(2), 100–108. https://doi.org/10.22213/2410-9304-2026-2-100-108

Issue

Section

Articles