尚涛[1]2004年在《渠道自动运行鲁棒控制的理论研究》文中指出渠道运行控制系统是根据渠道系统的信息来控制渠道水位、流量的基本系统。目的在于提高渠系的全面调度运行水平,改善输水效率,实现适时适量地供水,避免供水的不足与浪费,降低调度运行费用,从而达到提高水资源利用率的目的,并为用水单位提供较好的服务。 渠道闸门关启时,带来很大的回波和扰动,传感器测量误差,自然界突发事件、渠道控制模型参数变量等都会带来系统的不确定性。作者首次将鲁棒控制应用在渠道运行控制当中,旨在系统性能最大满足和不确定性的抑制之间寻求调节及优化方案。 本论文根据渠道运行系统多输入多输出、运行状况多变、特点,推导了渠道运行控制系统的数学模型。描述渠道系统的控制过程采用的是圣·维南方程,为了便于用鲁棒控制理论解决渠道运行控制问题,对圣·维南方程作了离散化和线性化的处理。离散化的方法是明渠非恒定流数值解中的插值方法,线性化方法采用的是控制论中常用的台劳级数展开方法。为了实现渠道鲁棒控制,将水流的过渡过程用状态空间方法进行描述,由于多个渠池耦合时,系统状态矩阵过大,为后面鲁棒控制的优化与计算造成困难,本文采用了基于截断的均衡模型降阶方法,从而为后面渠道鲁棒控制铺路,为了对控制过程有更清楚的了解,并用状态空间进行了仿真。 然后,本论文介绍了H_∞控制思想:这种摄动系统可以理解成取自某一个集合,那么实际被控对象可以描述为一个系统集(Σ_0,△Σ)。其中,Σ_0是模型的理想部分成为标称系统;△Σ表示不确定性因素所构成的某个可描述集。这样,实际系统Σ可以看成是标称系统Σ_0与不确定因素△Σ的集合。本论文讨论了渠系闸门驱动环节的参数摄动,着重研究了水流流量与节制闸闸孔流量系数、闸孔开度U_m、上下游水位差△h之间的摄动关系,看出由于闸孔开度U_m,上下游水位差的扰动而导致水流流量△h的不确定性,从而可将不确定因素分离,实施抑制手段,使流量的不确定性限制在一定的范围之内;同时本文也讨论了非参数摄动界函数的确定,各种处理系统摄动机
尚涛, 安宁, 刘永[2]2004年在《渠道自动运行鲁棒控制的理论及其动态仿真研究》文中研究表明结合水力学、鲁棒控制理论,讨论了如何建立渠道运行自动控制系统,并建立了渠道运行的数学模型,提出了一套实现方法.最后系统以实际数据进行模拟仿真,为渠道自动控制系统的稳定运行与决策提供重要依据.
刘国强[3]2013年在《长距离输水渠系冬季输水过渡过程及控制研究》文中进行了进一步梳理水是生命之源、生产之基、生态之要。我国人多水少,水资源时空分布不均,水资源短缺、水污染严重、水生态恶化问题十分突出,已成为制约我国经济社会可持续发展的主要瓶颈,因此必须提高水资源的利用效率,并对水资源进行合理配置。修建长距离跨流域输调水工程是优化水资源配置最为有效的的工程措施之一。长距离输水工程采用自动化运行控制技术,可以大大提高渠系的运行调度水平,改善输水效率,降低运行管理费用,实现适时、适量供水,最终达到提高水资源利用率并为用水单位提供良好服务的目的。但同时,长距离输水渠道系统具有大滞后性、高度非线性、强耦合性和未知扰动性,水流的控制非常复杂。研究渠道的运行调度问题不仅需要考虑输水渠道的水力学特性,同时又要研究运行控制理论在此基础之上的应用。因此,对于长距离输水渠系运行控制理论和应用方面的研究具有十分重要的意义。本文建立了长距离输水渠系运行控制仿真模型,对长距离输水渠系的运行控制相关问题和冬季输水进行了深入的研究,主要成果包括以下几个方面的内容：分析论述了渠道运行控制自动化的必要性以及渠道自动化、渠系运行和渠系控制的基本内容,总结了国内外现有的渠系运行控制方法、理论和典型工程实例。对长距离输水渠系的渠道和渠系建筑物进行了概化处理,并对典型渠段进行了数学建模。分析了恒定流模拟和非恒定流模拟,并提出采用一维圣.维南方程组描述非恒定流,总结了该方程组的几种数值解法,并提出采用Preissmann隐式差分法对一维圣.维南方程组进行数值求解。对长距离输水渠系总干渠的配水方式、运行控制技术和节制闸运行技术进行了研究,并设计了流量前馈和水位反馈相结合的带有死区设置的渠道控制系统。在此基础上,建立了长距离输水渠系运行控制模拟仿真模型。对长距离输水渠系建模和运行控制中常采用的模糊控制、状态空间法和时域频域分析法进行了总结和比较,得出了各自的特点和局限性,并进一步提出本文建立的基于明渠非恒定流与动态边界相结合的数值仿真模型的优势和特点,并利用该模型对典型工况进行了数值模拟。对弧形闸门闸孔淹没出流的基本原理进行了分析,并总结和比较了常用的各种计算公式。然后结合南水北调中线一期工程总干渠安阳-北京明渠段,进行了闸门过流能力的校核计算,拟合了李炜《水力学》公式和武汉水利电力学院公式的σs曲线,并根据计算结果提出了建议。针对长距离输调水工程在冬季面临冰期输水的问题,从定义、特点、成因等几个方面研究了冰塞和冰坝,分析论述了冰期输水特性和输水模式。对冰期输水进行了阶段划分,并提出了各个阶段的运行控制方法。从工程和管理两个方面提出长距离输水渠系冬季运行安全措施。最后总结了国内外调水工程冰期运行经验。提出了判断长距离输水渠系在冰期形成平封冰盖的两个判定标准,即流速判定标准和弗劳德数判定标准,并建议控制渠系采用流速判定标准。在此基础上,研究了渠系下游和分水口冰期取水方案、流速判定标准取值大小和闸前常水位运行方式下闸前控制点目标水位取值对长距离输水渠系冰期输水能力的影响。基于建议的冰期在平封冰盖下输水的模式,提出了根据提前叁天的气象预报,通过降低渠池输水流量和分水口取水流量将渠池内流速在叁天内降低至0.4m/s,进而得到长距离输水渠系在叁天内从常态下的明渠大流量输水向冰期平封冰盖下小流量输水的过渡模式,并研究了该过渡阶段分水口的调控方式和渠系运行策略。研究了确定PI控制器参数和实时整定参数的方法。同时,还对PI控制器的鲁棒性进行了分析,得出在相同的PI控制器参数下,渠系的糙率和渠池的长度会影响渠道系统的控制效果,弧形闸门过闸流量系数小幅度变化时,基本不影响渠系的控制效果。
单毅[4]2005年在《渠道运行过程鲁棒控制研究及动态仿真》文中提出渠道运行控制系统是一个大型和复杂的控制系统。任何一项供水工程,必须满足的基本要求之一是适时与适量的供水。它的目的在于提高渠道的调度水平和输水效率,避免供水的不足与浪费,从而达到充分利用水资源的目的。 本文首先根据渠道运行控制系统运行不确定的特点,论述了鲁棒控制理论用于渠系的可能性与必要性,最终将鲁棒控制理论应用至渠道运行控制中。 为便于利用鲁棒控制理论来解决渠道运行控制问题,作者先对圣·维南方程作了离散化和线性化的处理,并用状态空间的方法来进行描述。然后,本文着重介绍了鲁棒控制理论和最优H_∞控制思想,研究如何将鲁棒控制理论运用于渠道运行控制系统。为了达到这一目的,论文对渠道控制系统进行了稳定性分析、权函数选取、增广矩阵计算以及最优H_∞控制器的设计等工作,利用MATLAB的鲁棒工具箱,引入描述渠道的状态空间向量,通过MATLAB中的SIMULINK对系统进行动态仿真与分析。最后文中对研究工作进行了总结与展望,讨论进一步需要解决与研究的问题。 鲁棒控制理论运用于渠道运行控制系统是一个比较前沿的课题,有不少人对这个课题进行了研究,截至目前为止还没有运用于工程的实例。但在水资源极度短缺的现状下,鲁棒控制理论用于渠道运行控制系统的意义是十分巨大的,本文仅在此方面做了一些初步的探索,希望能对以后的研究有所帮助和借鉴。
李晨[5]2014年在《南水北调中线渠池水力控制研究》文中研究指明南水北调工程所涉及范围广、距离长、建筑物交错复杂、运行控制困难等特点，整体系统运行的和谐性问题涉及宏观方面和微观方面，对该系统进行静态、动态的仿真分析是提高系统运行安全和运行效益最有效的方法，通过仿真和优化决策对上述问题进行研究，从而剖析复杂输水的运行特性，验证和优化系统的运行调度方案。南水北调中线工程存在许多问题，输水线路长，设计工况下水流从陶岔渠首到北京团城湖需要2周时间，自然状态下从陶岔传播至北京团城湖也需要2天多，水力控制难度大；沿线61个节制闸将渠道分为60个渠池，每一个闸门的操作所产生的扰动将向上游、下游传播，渠池间存在的耦合效应将影响系统的响应速度和控制效果。这些特点决定了中线工程水力学问题的难度和复杂性。为保证渠道运行安全，运行过程中应将水位变化和流量变化控制在一定的范围内，许多研究者对上述各个问题都进行了大量的研究工作，取得了一些有参考意义的研究成果，但仍有许多关键的水力学问题有待进一步研究，引入现代渠道自动控制技术，尽量利用渠道本身可提供的调蓄体积，提高安全可靠性和输水效率，并满足输水实时控制运行要求，是中线工程必须解决的关键工程技术。本文对中线工程的水力运行控制进行研究，采SWMM软件对单一渠段仿真了闸门不同启闭速度和闸门不同开度下断面水力参数及水面线变化规律，仿真结果表明闸门调节速度和开度变化越快，对渠道内水位波动影响越明显，渠道响应时间会缩短。本文还运用动态矩阵预测控制（DMC），在Matlab编程环境下，仿真渠池的动态响应及对其性能分析，在确保渠池安全运行的情况下得出最优的自动控制策略。结果表明预测控制在运行过程中能够快速、稳定的使渠池内的波动状态过渡到平衡状态。
崔巍, 陈文学, 穆祥鹏[6]2009年在《明渠运行控制算法研究综述》文中认为控制算法是明渠运行自动化控制系统的核心。多年来各国学者开发出大量的明渠控制算法,对最近10余年的研究成果进行了综述。从技术特点、国内外研究进展、应用现状和存在的问题几个方面,对PID类算法、最优控制算法、模型预测控制算法和鲁棒控制算法作了重点评述,对它们的发展方向进行了展望。在评述国内该领域研究现状的同时,还从研究内容、仿真手段、试验条件几方面阐述了与国外的差距,提出了努力的方向。
吴保生, 尚毅梓, 崔兴华, 陈植元[7]2008年在《渠道自动化控制系统及其运行设计》文中研究说明渠道运行控制系统可以根据渠道水位、流量等信息来提高渠道的运行效率,降低运行成本,提高水资源利用率。系统介绍了渠道运行方式和自动化控制的概念,扼要论述了近年来在长距离输水渠道运行方式和自动化控制方面的研究和相关成果,指出其中存在的问题和可能改进的途径。根据渠道运行控制系统多输入多输出、模型非线性、扰动随机性等特点,对控制解决方案进行了探讨,并在渠道运行方式选择、控制算法与闸门控制模式等方面指出了进一步的研究方向。
王水林[8]2004年在《等体积明渠的鲁棒控制》文中研究说明本文论述了渠道运行自动控制的必要性，针对渠道运行具有非线性，时滞性且无法建立精确数学模型等特点，采用鲁棒控制理论研究渠道运行问题，从而为渠道运行控制设计和研究建立起一个完整的框架体系。 研究了渠道运行控制系统数学模型的建模方法，建立起渠道运行控制状态空间方程，将明渠水力学的问题转化为控制论问题。将最优控制理论应用到渠道系统运行管理中设计出最优控制器，并对不同的初始条件进行模拟仿真，验证所建立的渠道运行控制理论和设计方法是可行的。对H~∞控制理论进行了深入的分析并将其用于渠道控制中，仿真结果表明该控制器在抑制干扰方面明显优于最优控制器。 最后，针对基于H~∞最优控制理论设计出的控制器阶数高，结构复杂，实现较困难等特点，提出了一种基于非迭代算法的鲁棒控制器的设计方法。
参考文献：
[1]. 渠道自动运行鲁棒控制的理论研究[D]. 尚涛. 武汉大学. 2004
[2]. 渠道自动运行鲁棒控制的理论及其动态仿真研究[J]. 尚涛, 安宁, 刘永. 武汉大学学报(工学版). 2004
[3]. 长距离输水渠系冬季输水过渡过程及控制研究[D]. 刘国强. 武汉大学. 2013
[4]. 渠道运行过程鲁棒控制研究及动态仿真[D]. 单毅. 武汉大学. 2005
[5]. 南水北调中线渠池水力控制研究[D]. 李晨. 河北工程大学. 2014
[6]. 明渠运行控制算法研究综述[J]. 崔巍, 陈文学, 穆祥鹏. 南水北调与水利科技. 2009
[7]. 渠道自动化控制系统及其运行设计[J]. 吴保生, 尚毅梓, 崔兴华, 陈植元. 水科学进展. 2008
[8]. 等体积明渠的鲁棒控制[D]. 王水林. 武汉大学. 2004