專家PID動(dòng)態(tài)控制窄縫挑坎形態(tài)的研究

徐洪

摘 要：文章創(chuàng)造性地提出通過專家PID動(dòng)態(tài)控制液壓裝置改變水壩窄縫及挑坎的形狀，使窄縫、挑坎始終適應(yīng)當(dāng)前工況。一方面可以減少窄縫和挑坎的設(shè)計(jì)裕度進(jìn)而減少建造成本，另一方面又可減少下游消力塘的投資。

關(guān)鍵詞：水壩；窄縫挑坎；專家PID；動(dòng)態(tài)控制

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）19-0058-02

Abstract： This paper creatively proposes to change the shape of the dam's slit-type flip buckets by dynamic control of the hydraulic device by the expert PID control method， so that the slit-type flip buckets are always adapted to the current working conditions. On the one hand， it can reduce the design margin of slit-type flip buckets and thus reduce the construction cost， on the other hand， it can reduce the investment in downstream plunge pond.

Keywords： dam； slit-type flip buckets； expert PID control method； dynamic control

水壩在施工時(shí)往往是根據(jù)設(shè)計(jì)水頭和設(shè)計(jì)流量來確定壩身泄水孔的窄縫挑坎的形狀尺寸。目前大壩壩身泄水孔的結(jié)構(gòu)尺寸一旦確定就不再變化，而實(shí)際的工況又千變?nèi)f化。在水位變化或泄流量變化時(shí)，泄水流速、水壓往往偏離設(shè)計(jì)壩身泄水孔所采用的值，所以挑坎底板往往會(huì)承受過壓、欠壓或不能達(dá)到設(shè)定的挑距進(jìn)而產(chǎn)生影響挑坎的性能。本文創(chuàng)造性地提出通過專家PID動(dòng)態(tài)控制液壓裝置改變窄縫及挑坎的形狀，使窄縫、挑坎始終適應(yīng)當(dāng)前工況。

1 流量、水位的測量

用電磁流量計(jì)測窄縫的過流量Q、用同心圓柱式電容液位儀測庫水位與下游水位之差H0。由上述傳感器獲得流量、水位等模擬量輸入，再通過PLC轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，最后輸出CPU處理結(jié)果，控制機(jī)械液壓裝置改變窄縫形態(tài)。

2 窄縫挑坎的水力計(jì)算與分析

我們可以通過測量水頭H0來算出當(dāng)前工況的最優(yōu)窄縫挑坎出口高程H、豎向出口挑角Ψ2、邊墻收縮角α和窄縫收縮比■，然后將水電站運(yùn)行水頭Hmin-Hmax等間距取出水頭序列計(jì)算出上述參數(shù)，再轉(zhuǎn)化為PID控制器控制液壓裝置的參數(shù)，制出表各水頭-水電站窄縫最優(yōu)參數(shù)-PID控制器參數(shù)對應(yīng)關(guān)系表。水電站在運(yùn)行過程中就可以根據(jù)水頭大小調(diào)整相應(yīng)的窄縫參數(shù)，從而獲得調(diào)流消能的最大效益。

為研究方便，我們僅討論一級非對稱直線邊墻窄縫并近似采用一維非均勻水流模型，但是本方法對各類型窄縫均有效。各參數(shù)下標(biāo)1表示窄縫進(jìn)口，下標(biāo)2表示窄縫出口。

3 PID控制與PLC實(shí)現(xiàn)

與微機(jī)控制器相比，可編程控制器（PLC）具有很強(qiáng)的抗干擾能力，因此PLC能在壩身泄水孔這樣的惡劣環(huán)境中可靠工作。因此這里選用故障率小、故障修復(fù)時(shí)間短的PLC控制器。首先讀取專家關(guān)系庫中的數(shù)據(jù)，把當(dāng)前水頭和流量的對應(yīng)PID參數(shù)發(fā)送到PLC寄存器（D1-D5）中，PLC再從寄存器中讀取各參數(shù)（D16-D20）。

4 結(jié)束語

通過專家PID動(dòng)態(tài)控制窄縫挑坎形態(tài)，可使窄縫挑坎自適應(yīng)當(dāng)前工況，從而提升窄縫挑坎的性能，減小其設(shè)計(jì)裕度進(jìn)而減小投資。在采用三菱GX Works FX5CPU和Simulink進(jìn)行仿真控制，能較平穩(wěn)、較迅速的實(shí)現(xiàn)控制目的，但在實(shí)際大壩泄水孔的惡劣環(huán)境和液壓裝置的控制情況還有待進(jìn)一步研究。

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