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水资源调度及系统控制策略的研究

作　者: 翟晓烨
导　师: 齐剑玲
学　校: 中国地质大学（北京）
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 动态规划大系统分解与协调模糊控制水资源调度
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

水资源短缺,而且时空分布严重不均,是我国可持续发展中一个不能回避的难点。随着自动化监控技术和网络技术的广泛使用,供水系统正逐步采用智能型综合供水调度自动化调度策略,形成集控制、运行、管理于一体的高效管理模式。这对于改善经济增长方式有着非常重要的意义。本课题以北京市供水系统为背景,针对水资源空间分布不均,调配难度大等现实问题,采用动态规划法和大系统分解与协调技术,建立了一种水资源调度系统模型。即在保证系统安全可靠运行的前提下,根据需水量的变化,优化调度水源井的机组运行工况,使得供水系统满足用户需要、资源合理调配、能耗最低。与传统的供水系统相比较,节约能耗10%以上。同时,依据该调度模型,结合供水系统的实际工况,可得出优化控制策略,由此本文设计了一种水资源优化调度的模糊控制算法。即根据供水量的变化,模糊控制算法自动制定水源井机组的开启策略,合理调配水资源,保证各机组处于高效运行状态,从而降低电能损耗。水资源的调度需要控制系统的配合,因此研究了供水控制系统。在实验室搭建了控制系统,其由流量传感器、PLC、变频器、同步控制器、模拟水泵等器件组成,分别对各主要器件进行了研究,同时也对矢量控制方式进行了理论仿真研究,得出采用矢量变频器驱动水泵时,控制系统调速范围大,低速时启动力矩大,响应快,控制精度高(仅供选型时参考)。为了使该系统具有更好的性能,对其控制策略进行了研究,设计了一种恒流量自调节修正因子的模糊PID控制器,并通过Mat lab仿真进行了验证。与PID、模糊控制策略相比较,结果显示该控制器具有上升时间短、超调量小、调节时间短、稳态精度高、鲁棒性强等优点。基于VPN-Internet组网方案,用网际组态软件,结合水资源调度模型和搭建的控制系统,对水资源调度及控制系统进行了实际验证,达到了预期效果。通过本课题的研究,讨论了一种水资源优化调度供水方案,设计了一个水资源调度的供水控制系统,为节约水资源,提升供水企业的管理效率、降低生产成本,加快供水行业信息化建设,提供了可借鉴的技术方案。本文研究成果也可用于跨地域资源优化调度控制系统之中。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 研究背景  10-13
  1.2 研究意义  13
  1.3 发展现状  13-16
  1.4 研究内容  16-17
  1.5 小结  17-18
第2章水资源管理及控制系统的分析  18-28
  2.1 供水系统的流程  18-19
  2.2 供水系统的节能问题  19-21
  2.3 供水调度与经济安全  21-23
    2.3.1 供水调度与经济运行  21-22
    2.3.2 供水调度与供水安全  22-23
  2.4 供水控制系统的总体设计规则  23-27
  2.5 小结  27-28
第3章水资源调度模型的研究  28-52
  3.1 水资源调度的数学依据  28-31
  3.2 水资源调度的数学模型  31-37
    3.2.1 调节性能相同机组的调度模型  32-33
    3.2.2 调节性能不同机组的调度模型  33-37
  3.3 调度模型的求解方法  37-43
    3.3.1 调节性能相同机组调度模型的求解  38-43
    3.3.2 调节性能不同机组调度模型的求解  43
  3.4 调度模型的可行性研究  43-47
  3.5 调度模型的模糊控制实现  47-51
  3.6 小结  51-52
第4章系统控制策略的研究  52-86
  4.1 控制系统的分析及电路设计  52-73
    4.1.1 控制器  58-61
    4.1.2 执行机构  61-65
    4.1.3 检测环节  65-71
    4.1.4 同步控制器  71-73
  4.2 模糊控制器的设计  73-76
  4.3 自调节修正因子的模糊控制器设计  76-77
  4.4 自调节修正因子的模糊PID控制器设计  77-78
  4.5 仿真研究  78-85
  4.6 小结  85-86
第5章系统的软件实现  86-97
  5.1 PLC软件设计  86-91
  5.2 上位机软件设计  91-96
  5.3 小结  96-97
第6章总结与展望  97-99
致谢  99-100
参考文献  100-103
个人简历  103-104
论文发表  104

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