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大水位变幅下多级闸控河渠自适应控制方法研究

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灌溉排水学报 2024年第4期43卷 66-73页

作者：杨忆昕黄草刘晋龙李威岐曹劲松长沙理工大学水利与环境工程学院长沙410114 洞庭湖水环境治理与生态修复湖南省重点实验室长沙410114 北京市市政工程设计研究总院有限公司北京100082

【目的】提高多级闸控河渠水位变幅较大时的河渠水位控制精度,减小河渠水位振荡,提升控制算法的收敛效率。【方法】利用河渠实时水位动态修正ID模型参数并调整闸坝启闭频率,提出自适应预测控制(APC)算法,对比分析6种工况下不同控制算法... 详细信息

【目的】提高多级闸控河渠水位变幅较大时的河渠水位控制精度,减小河渠水位振荡,提升控制算法的收敛效率。【方法】利用河渠实时水位动态修正ID模型参数并调整闸坝启闭频率,提出自适应预测控制(APC)算法,对比分析6种工况下不同控制算法的精度与效率。【结果】与基于ID模型的线性二次型控制(LQR)算法与模型预测控制(MPC)算法相比,APC算法可分别缩短19%~32%和8%~40%的调控时长,可减少47%~97%和14%~93%的河渠水位累计波动,可减小24%~77%和5%~59%的河渠水位平均绝对偏差。【结论】APC算法提高了多级闸控河渠水位的控制精度和算法的收敛性,可在不同的河渠水位变幅下保持良好的控制性能,能够为多级闸控河渠的智慧水利建设提供技术支持。

关键词：沙河实时控制积分时滞模型模型预测控制自适应方法

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含多分水口的渠道广义积分时滞(ID)控制建模及验证

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水利学报 2022年第5期53卷 598-607页

作者：管光华朱哲立王康武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072

积分时滞(ID)模型是应用最广泛的输水明渠控制模型之一,建模时常假定分水口均位于渠池的下游尾端。然而对于我国灌区渠系而言,分水口位置可能位于渠池沿线任意位置,此时直接应用ID模型将会导致控制效果较差甚至出现系统失稳的可能。针... 详细信息

积分时滞(ID)模型是应用最广泛的输水明渠控制模型之一,建模时常假定分水口均位于渠池的下游尾端。然而对于我国灌区渠系而言,分水口位置可能位于渠池沿线任意位置,此时直接应用ID模型将会导致控制效果较差甚至出现系统失稳的可能。针对这种情况,本文首先分析了分水口位置对ID模型预测精度的影响,在考虑分水扰动的滞后时间后提出了广义ID模型,并分别以传统ID模型和广义ID模型为基础进行模型预测控制(MPC)算法开发及仿真验证。仿真结果显示,对于分水口位于上游段的渠池,本文所提出的广义ID模型预测精度更高,且控制效果的改善程度可达65%。同时在控制器调试过程中,控制器参数的可选域增大约1.4倍,表明更容易获取合适的控制器,试错成本显著降低。

关键词：积分时滞模型分水口模型预测控制

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基于线性二次型的多级联输水渠道最优控制

水科学进展 2018年第3期29卷 383-389页

作者：王忠静郑志磊徐国印蒋光昱清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室青海西宁810016 清华大学水利水电工程系北京100084

灌溉输配水是水联网链路的重要环节,其自动控制水平直接影响着水联网效率和风险控制能力,对实现水资源高效管理与利用有重要意义。通过变化输水渠道线性积分时滞控制模型,建立了多级联渠道离散时间状态空间方程,基于线性二次型理论设计... 详细信息

灌溉输配水是水联网链路的重要环节,其自动控制水平直接影响着水联网效率和风险控制能力,对实现水资源高效管理与利用有重要意义。通过变化输水渠道线性积分时滞控制模型,建立了多级联渠道离散时间状态空间方程,基于线性二次型理论设计最优状态反馈控制器,利用MATLAB求解和SOBEK模拟进行了验证。在甘肃省昌马南灌区多级联渠道运行过程优化控制的模拟结果显示,线性二次型算法能够使控制点水位较快恢复并稳定在设定值,控制过程动作与水位波动次数少、幅度小,效果远优于常规分布式PI反馈控制。线性二次型算法能够应对多级联渠道时滞、耦合特性和一般未知取水扰动,实现可靠供水服务和有效运行控制。目前算法仅采用反馈控制,尚无法应对过大未知取水扰动,还有进一步改进空间。

关键词：水联网多级联渠道自动控制积分时滞模型离散状态空间方程线性二次型最优控制

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水联网渠道可控性判别指标研究

水力发电学报 2019年第7期38卷 57-66页

作者：郑志磊王忠静清华大学水利水电工程系北京100084 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室西宁810016

渠道是调水和输配水的主要工程型式,渠道可控性是渠道水联网控制安全与高效运行的重要前提。本文根据一阶时滞系统的一般可控性原理,提出了基于积分时滞模型参数的渠道可控性概念及其判别指标,建立了渠道可控性与自动控制方法选择的判... 详细信息

渠道是调水和输配水的主要工程型式,渠道可控性是渠道水联网控制安全与高效运行的重要前提。本文根据一阶时滞系统的一般可控性原理,提出了基于积分时滞模型参数的渠道可控性概念及其判别指标,建立了渠道可控性与自动控制方法选择的判别关系。以疏勒河昌马南灌区二分干渠为例,模拟验证了上述可控性指标及算法选择合理性。研究表明,案例渠道可控性指标为0.2~0.3,比例积分算法对此系统无法有效控制,线性二次型算法控制效果受扰动幅度影响较大,而模型预测算法能有效控制。这一结论进一步说明了渠道控制效果是渠道可控性与控制算法的综合结果,可控性判别指标可用于判断渠道可控性并合理选择控制算法以及指导渠道设计。

关键词：水联网渠道自动控制积分时滞模型一阶时滞系统渠道可控性判别指标控制算法

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多级串联明渠调水工程多目标水位预测控制模型研究

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水利学报 2022年第4期53卷 471-482页

作者：孔令仲雷晓辉张召朱杰王浩扬州大学水利科学与工程学院江苏扬州225009 河海大学水利水电学院江苏南京210098 中国水利水电科学研究院水资源研究所北京100038 河北工程大学水利水电学院河北邯郸056038 北京工业大学城市建设学部北京100124

针对传统的明渠水位预测控制模型无法考虑闸门调控次数限制的问题,本文在以往的预测控制目标中加入了流量调整惩罚量,构造了多目标渠池水位预测控制模型;并采用带有精英排序策略的遗传算法来进行复杂优化问题的求解。将此模型应用于南... 详细信息

针对传统的明渠水位预测控制模型无法考虑闸门调控次数限制的问题,本文在以往的预测控制目标中加入了流量调整惩罚量,构造了多目标渠池水位预测控制模型;并采用带有精英排序策略的遗传算法来进行复杂优化问题的求解。将此模型应用于南水北调中线干线工程最后6级渠池的虚拟仿真模型中对模型可靠性进行分析,结果表明在两种测试工况中,本文的多目标预测控制模型相比于传统预测控制模型,能在保持相似的水位控制效果同时使得闸控次数降低43%和52%;而且采用遗传算法求解能考虑闸门死区带来的流量最小变幅约束问题,在需要提前进行流量微调的情况下生成更加合理的调控方案。本文结果也表明,基于水位状态预测模型构造多目标预测控制模型,并采用启发式算法进行优化问题求解,这一思路具有一定可行性。

关键词：渠道水位控制预测控制积分时滞模型多目标优化遗传算法

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