عنوان پایان‌نامه
طراحی و ارزیابی کارایی چند الگوریتم کنترل در بهبود فرایند بهره برداری شبکه های آبیاری (مطالعه موردی :کانال اصلی غرب شبکه آبیاری دز
- رشته تحصیلی
- مهندسی‌کشاورزی-آبیاری و زهکشی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 40710;کتابخانه پردیس ابوریحان شماره ثبت: 229
- تاریخ دفاع
- ۱۷ اسفند ۱۳۸۷
- دانشجو
- سعید عیسی پور
- چکیده
- چکیده با توجه به محدودیت منابع آب تجدید شونده و غالباً تحت کنترل در آمده و به منظور تامین نیازهای جمعیت فزاینده دنیا، بکارگیری روشهای نوین و پیشرفته در استفاده حداکثر از منابع آب موجود و کاهش تلفات ناشی از روشهای مرسوم بهره‌برداری از این منابع، اجتناب ناپذیر می‌باشد. طراحی و بهره‌برداری سنتی شبکه‌های آبیاری به دلیل عدم وجود ابزارهای تطبیق قوانین بهره‌برداری با نیازهای متغیر زمانی و مکانی آب، تلفات قابل ملاحظه‌ای را در شبکه‌ها به وجود می‌آورد. از اینرو تحقیق در نحوه مدیریت بهره‌برداری و تعیین روشها و ابزار کنترل مناسب در شبکه‌ها، امری ضروریست که با به خدمت گرفتن مدل‌های هیدرودینامیک، طراحی و اجرای سیستم‌های کنترل هوشمند و شیوه‌های بهینه‌سازی مناسب انجام‌پذیر است. در این تحقیق که برروی شبکه آبیاری دز انجام شد با کابرد مدل هیدرودینامیک سوبک سه کنترل‌کننده کارا شامل کنترل‌کننده موضعی بالادست باتکنیک تناسبی-انتگرالی پس‌خورد و پیشخورد در سازه بالادست، کنترل‌کننده سراسری پایین‌دست فاصله‌دار باتکنیک تناسبی-انتگرالی پس‌خورد و دی‌کوپلینگ و کنترل‌کننده سراسری پایین‌دست فاصله‌دار باتکنیک تناسبی-انتگرالی پس‌خورد و پیشخورد و دی‌کوپلینگ طراحی و شاخص‌های ارزیابی عملکرد آنها جهت مقایسه بایکدیگر محاسبه شد. طراحی این الگوریتم‌ها با مدل هیدرودینامیک سوبک در تلفیق با نرم‌افزار مطلب انجام شد. برای طراحی این الگوریتم‌ها با کاربرد تعیین مشخصه‌های سیستم(SI) برای بازه‌های کانال، مشخصه‌های مورد نیاز برای طراحی و تنظیم کنترل‌کننده‌ها اقدام گردید. برای افزایش کارایی کنترل‌کننده‌ها مشخصه‌های رزنانسی سیستم شامل تناوب رزنانس و رزنانس ماکزیمم برای هریک از بازه‌های کانال تعیین گردید. علاوه‌براین برای کاهش اثر اختلالات ریز تراز آب در بازه‌های کانال، در ساختار هریک از آنها فیلتر پایین‌گذر مرتبه اول بکار برده‌شد. به منظور ارزیابی الگوریتم کنترل، مقادیر کمّی شاخص‌های ماکزیمم قدر مطلق خطا (MAE)، انتگرال قدر مطلق بزرگی خطا (IAE) و خطای برگشت به حالت ماندگار (STE) محاسبه و بر اساس آنها رفتار الگوریتم‌های کنترل مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. مقادیر شاخص‌های ارزیابی با استفاده از نتایج شبیه‌سازی داده‌های واقعی بهره‌برداری برای اردیبهشت‌ماه 1385محاسبه گردید. نتایج نشان داد الگوریتم‌های طراحی شده از پتانسیل قابل توجهی درکنترل جریان و استهلاک اغتشاشات سازه‌ای و هیدرولیکی ناشی از بهره‌برداری، برخوردار بوده و می‌توانند بعنوان الگوریتم‌های کارا در خودکارسازی شبکه آبیاری دز جهت بهبود فرآیند تنظیم و توزیع جریان کانال مورد استفاده قرار گیرند. علاوه بر این با محاسبه مقادیر کمّی شاخص‌های طراحی، امکان ارزیابی رفتار الگوریتم‌های کنترل در ارتباط با اختلالات هیدرولیکی اعمال شده به سیستم جهت بهر‌برداری، میسّر شده و بدین ترتیب زمینه دستیابی به طراحی الگوریتم‌های کنترل کارا، برای بهبود فرآیند بهره‌برداری و افزایش عملکرد شبکه های آبیاری نیز فراهم می‌گردد. متوسط شاخص ماکزیمم قدر مطلق خطا بترتیب برای کنترل‌کننده‌های بالادست موضعی، کنترل‌کننده سراسری پایین‌دست فاصله‌دار پس‌خورد و دی‌کوپلینگ و کنترل‌کننده سراسری پایین‌دست فاصله‌دار پس‌خورد و پیشخورد و دی‌کوپلینگ برابر است 229/0، 075/0 و 028/0، متوسط شاخص انتگرال قدر مطلق بزرگی خط برای این سه کنترل‌کننده بترتیب برابر 017/0، 003/0 و 002/0 و متوسط شاخص خطای برگشت به حالت ماندگار برای این سه کنترل‌کننده بترتیب برابر 005/0، 003/0 و 001/0 می‌باشد. علاوه بر این ارزیابی عملکرد الگوریتم‌های کنترل نشان داد، الگوریتم‌های طراحی شده از پتانسیل قابل توجهی درکنترل جریان و استهلاک اغتشاشات سازه‌ای و هیدرولیکی ناشی از بهره‌برداری، برخوردار بوده و می‌توانند بعنوان الگوریتم‌های کارا در خودکارسازی شبکه آبیاری دز جهت بهبود فرآیند تنظیم و توزیع جریان کانال مورد استفاده قرار گیرند. ولی کنترل‌کننده سراسری پایین‌دست فاصله‌دار پس‌خورد و پیشخورد و دی‌کوپلینگ به دلیل برخورداری از منطق‌های کنترل پیشخورد و پس‌خورد کارایی بالاتری دارد. بدین ترتیب رتبه‌بندی کارایی کنترل‌کننده‌های طراحی شده بصورت زیر می‌باشد: 1- کنترل‌کننده سراسری پایین‌دست فاصله‌دار باتکنیک تناسبی-انتگرالی پس‌خورد و پیشخورد و دی‌کوپلینگ 2- کنترل‌کننده سراسری پایین‌دست فاصله‌دار باتکنیک تناسبی-انتگرالی پس‌خورد و دی‌کوپلینگ 3- کنترل‌کننده موضعی بالادست باتکنیک تناسبی-انتگرالی پس‌خورد و پیشخورد در سازه بالادست
- Abstract
- Abstract Due to the limitation of renewable water resources and of course under controlled water resources to providing the necessity of the growing population, using of new and advanced method of production to increasing the utilization of the available water resources and decreasing the water loss, the prevalent operation methods is inevitable. Designing and traditional operating of irrigation networks because of the non existence of the adjustment tools of the operation rules with time and place variation of the water, cause a considerable water losses in irrigation systems. So research on operational water management and determining the appropriate control tools and automatic method of systems is necessary which by using of hydrodynamic models, designing and implementing intelligent control systems and appropriate optimization method is possible. In this study on Dez irrigation system, three robust control system of local upstream proportional integral feedback control, distant downstream proportional integral feedback control with decouplers and distant downstream proportional integral feedback and feedforward control with decouplers by hydrodynamic model of Sobek is designed and the performance criteria of these controller is calculated. The control algorithms programmed in MATLAB m-files and connected to the SOBEK via real time control module. The canal characteristic for designing of the controllers is determined by system identification method. The resonance behavior of the system of resonance frequency and resonance peak for each canal reach is determined. The first order low pass filter is applied for get rid of the small undesirable water level oscillating. For evaluation of the designed control systems, the performance criteria of the maximum absolute error (MAE), the integral of absolute magnitude of error (IAE), and the steady state error (STE) were determined for each pools of the canal and based on the magnitude of these indicators, the result of the designed control algorithms is analyzed. The indicators are calculated for one month of real schedule data on Ordibehesht 2006. The results indicated that the applied controllers have considerable potential to closely match the discharge at the downstream check structures with those ordered by water users while maintaining the water level throughout the length of the canal. As well as the performance indicators values can achieve a proper evaluation of the system response to hydraulic perturbations, which was achieved by operation purposed of irrigation system, could improve the design process of control algorithm to have a robust control system and then improve the network operation and increase the overall water use efficiency. The average value of maximum absolute error for local upstream proportional integral feedback control, distant downstream proportional integral feedback control with decouplers and distant downstream proportional integral feedback and feedforward control with decouplers, respectively is 0.229, 0.75 and 0.028. The average value of the integral of absolute magnitude of error for these controllers respectively is 0.017, 0.003 and 0.002. The average value of the steady state error for these controllers respectively is 0.005, 0.003 and 0.001. In addition to, the performance indicators values showed that the designed controllers have considerable potential to damping the hydraulic and structure perturbation and can use as robust control system to proper operational water management. But distant downstream proportional integral feedback and feedforward control with decouplers because of the having the feedback and feedforward control technique in its structure is a satisfactory controller for the Dez main canal. Hence, the operational water management in the canal may be improved if a centralized controller is used rather than individual local controllers. Then the designed controller is ranked in performance, the ranking is: 1- Local upstream proportional integral feedback control 2- Distant downstream proportional integral feedback control with decouplers 3- Distant downstream proportional integral feedback and feedforward control with decouplers.
