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渠道运行系统自动化控制研究及数值仿真

作　者: 陆梅
导　师: 练继建
学　校: 天津大学
专　业: 水利水电工程
关键词: 渠系自动化传统PID 模糊控制 Matlab软件自整定多渠系
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 12次
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内容摘要

我国水资源严重短缺并且在时空上分布极其不均匀,跨流域调水势在必行。渠道作为一种主要的输水方式,起着将水从水源地输送到各个用水目的地的作用。采用自动化控制可提高渠系的调度运行水平、改善输水效率,实现适时适量供水,避免供水不足与浪费,降低调度运行费用。PID是调水工程中最为广泛使用的一种线性自动控制器。随着大型调水工程的兴起,渠道运行系统越来越复杂,对其控制的准确性和可靠性要求也越来越高,这就对传统的PID控制技术提出了严峻的挑战。为改善传统PID控制的局限性,需将PID控制与现代智能控制技术相结合,来提高渠系的整体控制性能,使自动化控制向高精度、高性能和智能化的方向发展。模糊控制是模糊推理和控制技术相结合的产物,它利用模糊集合和模糊概念来描述系统的动态特性,根据模糊集合和模糊逻辑来做出控制决策,在解决复杂控制问题方面有很大的运用潜力,为现代化自动控制领域提供了新的思想和途径。本文以明渠输水系统作为研究对象,引入PID控制原理和模糊控制理论对渠道运行系统进行动态仿真计算,研究渠系在不同控制理论、不同运行方式下的非恒定流水力特性。本文主要内容概括如下:(1)传统PID控制器的参数是固定不变的,介绍了Ziegle-Nichols法整定PID参数,对单渠系在不同运行方式(上游常水位、下游常水位、等容积运行)下的过渡过程进行数值模拟,提出了改进的Ziegle-Nichols整定法。(2)介绍模糊控制的基本原理以及Matlab软件中模糊逻辑工具箱的使用。(3)为使渠系得到较好的控制效果,将模糊逻辑工具箱与传统PID控制相结合。运用基于模糊识别的自整定PID控制方法,分别对单渠系的三种运行方式进行模拟计算,分析模糊理论与PID控制相结合的优越性。(4)多渠系运行系统有多个输入和输出变量,因此无法直接建立整体模糊控制系统。采用分解式模糊系统进行多渠系自动控制仿真计算,根据结果分析该系统的优缺点。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-12
  1.1 渠系自动控制研究背景及意义  7-8
  1.2 渠系自动控制的发展及国内外研究史  8-10
  1.3 渠系自动控制研究现状  10-11
  1.4 本文主要研究工作  11-12
第二章渠系运行自动控制非恒定流计算数学模型  12-24
  2.1 明渠非恒定流基本原理及控制方程  12-15
  2.2 明渠非恒定流控制方程的求解  15-17
  2.3 初始水面线的推求  17-18
  2.4 闸门过流流量系数的确定  18-20
  2.5 渠系运行控制方式  20-23
  2.6 本章小结  23-24
第三章渠系运行系统的PID控制  24-37
  3.1 PID控制设计原理  24-25
  3.2 渠系自动控制系统的组成及控制指标  25-27
  3.3 几种常见的PID控制算法及应用  27-35
  3.4 本章小结  35-37
第四章实时参数模糊自适应渠系自动化控制  37-63
  4.1 参数模糊自整定的渠系自动控制  37-45
  4.2 模糊自适应PID控制器的MATLAB仿真  45-56
  4.3 多渠段运行的模糊自整定PID控制  56-62
  4.4 本章小结  62-63
第五章结论与展望  63-65
  5.1 结论  63-64
  5.2 展望  64-65
参考文献  65-68
硕士期间科研情况  68-69
致谢  69

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