長(zhǎng)距離調(diào)水工程渠道輸水控制數(shù)學(xué)模型研究及非恒定流仿真模擬系統(tǒng).pdf

1、在長(zhǎng)距離調(diào)水工程中，渠系輸水控制運(yùn)行是最重要任務(wù)之一，特別是對(duì)復(fù)雜的大型長(zhǎng)距離調(diào)水工程，其特點(diǎn)是距離長(zhǎng)，控制站點(diǎn)多，分布不均，要求實(shí)行不間斷供水，調(diào)度和控制十分復(fù)雜，任何調(diào)度運(yùn)行的失誤都可能造成嚴(yán)重的后果。研究新的、高效的輸水控制新技術(shù)及非恒定流仿真模擬系統(tǒng)是非常必要的。 (1)對(duì)帶有梯級(jí)泵站的大型長(zhǎng)距離調(diào)水工程，電費(fèi)是最大的運(yùn)行成本之一，為了降低輸水成本，本文利用電網(wǎng)峰荷期和基荷期不同的電價(jià)及最優(yōu)化原理，提出了一種針對(duì)長(zhǎng)距離復(fù)

2、雜調(diào)水工程的最優(yōu)輸水控制模型。從仿真模擬結(jié)果看，優(yōu)化控制方法不僅能有效的降低運(yùn)行電費(fèi)，也能有效控制水位的變化，而且可以以最少泵站開停機(jī)次數(shù)，有效控制整個(gè)渠道運(yùn)行。 (2)針對(duì)大型自流型調(diào)水工程，根據(jù)控制蓄水量法的基本原理、最優(yōu)化理論和多年調(diào)度運(yùn)行的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了一種使渠道內(nèi)水流在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到目標(biāo)水位的最優(yōu)輸水控制的二步法模型。較傳統(tǒng)輸水方法：一是可以在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，以最快的速度使渠道水位恢復(fù)到目標(biāo)水位，傳統(tǒng)方法需要幾天才時(shí)

3、間完成調(diào)控的渠道，用本優(yōu)化控制方法，可在幾小時(shí)內(nèi)使渠道水位達(dá)到目標(biāo)水位；二是模型中對(duì)渠段的蓄水量變化速率、流量變化等進(jìn)行了約束，因此能使渠道內(nèi)水流平穩(wěn)運(yùn)行，也可避免由于水位降落速度過快產(chǎn)生的渠堤滑坡。 (3)根據(jù)明渠輸水特點(diǎn)，提出了將傳統(tǒng)渠道下游常水位輸水PID控制和RBF人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法結(jié)合的非線性輸水控制模型，使輸水控制具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)功能，容錯(cuò)性、魯棒性強(qiáng)的特征。通過非恒定流仿真表明，基于RBF網(wǎng)絡(luò)的PID輸水控制方

4、法，能夠通過不斷學(xué)習(xí)，自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)，使輸水控制過程超調(diào)量小，響應(yīng)速度快，具有不需要特意選擇或計(jì)算控制參數(shù)的優(yōu)點(diǎn)。 (4)根據(jù)模糊控制的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合PID控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定的特點(diǎn)，建立了渠道輸水控制參數(shù)自適應(yīng)模糊控制輸水模型。模型通過模糊推理，吸納渠道輸水自動(dòng)控制的專家經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的優(yōu)化，使控制過程始終處于一個(gè)較優(yōu)的狀態(tài)。水力模擬結(jié)果表明，用模糊自適應(yīng)控制渠道輸水，能明顯減少超調(diào)量，輸水控制的動(dòng)態(tài)特性也得以改善。 (5

5、)根據(jù)渠道輸水具有非線性的特點(diǎn)，提出了渠道輸水控制的非線性PID數(shù)學(xué)模型；分析了渠道輸水PID控制響應(yīng)曲線，各個(gè)階段控制參數(shù)對(duì)控制過程的影響，根據(jù)參數(shù)相對(duì)較優(yōu)的變化趨勢(shì)確定了比例、積分、微分參數(shù)的非線性函數(shù)曲線。進(jìn)行了非線性PID控制的非恒定流模擬，仿真結(jié)果表明，應(yīng)用實(shí)時(shí)調(diào)整增益參數(shù)的非線性模型較常規(guī)線性PID控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快，超調(diào)量小。 (6)提出了步進(jìn)式PID渠道輸水控制模型。在步進(jìn)式PID渠道輸水控制過程中，目標(biāo)水

6、位不是一次設(shè)定的靜態(tài)水位，而是動(dòng)態(tài)的、多步的，使輸入指令一步一步的逼近所要求的最終目標(biāo)水位。步進(jìn)式控制可使渠道輸水更穩(wěn)定，使水位下降速度可控，具有簡(jiǎn)單實(shí)用、可控性強(qiáng)的特點(diǎn)。仿真結(jié)果表明，較常規(guī)PID控制，步進(jìn)式PID控制渠道輸水，水位波動(dòng)小，超調(diào)量小，較適合需要嚴(yán)格控制水位變化的明渠輸水或冰期輸水。 (7)研究并開發(fā)了專門針對(duì)長(zhǎng)距離調(diào)水工程調(diào)度運(yùn)行及自動(dòng)控制過程的非恒定流仿真模擬系統(tǒng)，系統(tǒng)可用特征線法也可用隱格式法計(jì)算?？捎糜趯?shí)