大型明渠调水工程耦合机理分析及解耦算法研究

渠道运行过程中渠池间的相互耦合是导致渠道控制系统性能下降、引发水位持续振荡甚至发生渠堤破坏事故的重要原因。深入分析渠池间的耦合机理并开展闸门解耦算法研究，对于保障工程安全、高效地运行，降低运行维护成本具有重要意义。.本项目采用理论分析与物理模型试验相结合的方法，研究大型明渠输水工程的控制解耦问题。基于明渠非恒定流理论建立明渠输水系统的自动控制模型，运用解耦控制理论与方法，研究实用、高效的解耦算法。运用鲁棒控制理论，研究解耦参数的整定方法。研究的闸门控制解耦算法不仅能够有效降低或消除渠池间的耦合影响，还能保持渠道系统的稳定特性。

渠道运行过程中渠池间的相互耦合是导致渠道控制系统性能下降、引发水位持续振荡甚至发生渠堤破坏事故的重要原因。深入分析渠池间的耦合机理并开展闸门解耦算法研究，对于保障工程安全、高效地运行，降低运行维护成本具有重要意义。.本项目采用理论分析与物理模型试验相结合的方法，研究大型明渠输水工程的控制解耦问题。基于明渠非恒定流理论建立明渠输水系统的自动控制模型，运用解耦控制理论与方法，研究实用、高效的解耦算法。运用鲁棒控制理论，研究解耦参数的整定方法。在自动控制渠道物理模型试验平台上，测试了闸前常水位运行方式下的明渠解耦控制算法，研究了解耦系数变化对控制性能的影响。试验渠道长315m，包含5级节制闸，由包含解耦环节的PI反馈控制算法控制。渠道上游方向的解耦采用类DecouplerⅠ结构实现，下游方向的解耦采用流量控制器实现。试验研究表明，所设计的包含解耦环节的PI反馈控制算法不仅能够有效降低或消除渠池间的耦合影响，快速有效地克服外界扰动及不确定因素的影响，实现闸前常水位运行方式，还能保持渠道系统的稳定特性。当增大解耦系数时，各渠池稳定历时ts缩短，水位波动指标MAE减小，绝对闸门开度积分指标IAW减小。若解耦系数过大，水位控制性能转而变差，闸门反复启闭次数增多。综合试验结果以及已有数值仿真研究成果，建议解耦系数在0.6~1.0间取值，对于分水频繁的渠道取偏小值。