长距离控制渠系结冰期的水力响应分析

为了确保长距离控制输水渠系冬季安全输水,需要对其进行冬季输水模拟及实时运行操作控制研究。该文考虑了控制渠系与天然河道输冰的不同,以平封冰盖形成为前提,初步建立了长距离控制渠系在结冰期的渠系响应模型,包括水位、流量、闸门操作、水温过程和冰盖变化过程的模拟仿真。利用南水北调中线工程京石段资料在较简单工况下,对控制渠系在下游常水位的反馈比例积分（PID）控制器作用下进行模拟并分析模拟效果,指出冰盖糙率、控制器参数和控制策略对渠系水力响应的影响很大。研究表明该模型可用于长距离控制渠系结冰期的运行模拟及分析冬季结冰期运行规律,在此基础上可以研究得到更精确更贴近实际的模型。     

串联输水渠系控制解耦算法优化与仿真

串联输水渠系耦合特性表现为针对单一渠池设计的控制器串联使用后控制性能较差。解耦算法可在一定程度上增强渠池的独立控制性能。该研究针对基于比例-积分-微分（Proportional-Integral-Differential,PID）反馈控制的上游方向解耦算法提出优化方案,首先对控制解耦算法中的解耦系数的选取范围进行验证;其次针对相邻渠池长度差异较大的情况,在算法中引入放大系数以提升解耦效果;最后通过对不同取水流量规模、渠道上下游运行流量减半的算例进行仿真分析,验证优化方案的控制性能。结果表明：1）解耦系数的合理取值范围为0.8～1.0;2）放大系数可选用相邻渠池水面面积之比;3）当串联渠系上下游设计过流能力差异较大时,放大系数的修正能显著提升控制效果。该研究提出的优化解耦算法可应用于不同规模复杂渠道系统的解耦控制器设计,对于灌区及引调水工程输水系统的智能化调度有一定参考价值,工程应用时建议结合具体渠道的特点,根据渠道的特性和用途综合考虑系数的取值。     

南水北调中线工程封冻期闸门群开度控制器改进设计

大型串联渠系封冻期容易产生较大的水力波动,增大了冰塞形成风险,如何通过闸门群联合调度减小水力波动,能够在一定程度上抑制封冻期冰塞发生。该研究通过设计PI(Proportional Integral)控制器和OF(Optimization Feedback)控制器2个控制环节,以最小水位偏差为目标函数,考虑渠池间流量约束、闸门开度约束和闸门调整速率约束,结合遗传算法,建立封冻期渠系闸门群优化调度模拟模型,并以南水北调中线古运河节制闸至北拒马河节制闸之间的渠系为背景,进行模型效果分析与参数敏感性分析。模拟结果表明,在模拟工况下,控制器中加入OF控制器较仅用PI控制器显著降低最大水位偏差,其中下游最大水位偏差减小约36%,且系统恢复稳定时刻提前近2.9 h,所建模型对抑制封冻期水力响应过大有一定的效果;减小了各闸门的最大开度,其中渠池11闸门最大开度减小近20%,但对于部分渠池增大了单次闸门开度调整幅度;遗传算法求解过程对扰动流量取值范围设定不宜过大。     

基于性能指标的农用车辆路径跟踪控制器设计

该文以农用车辆为控制对象,设计了路径跟踪PID控制器。基于性能指标—ISE、IAE、ITAE和ITSE分别整定了PID控制器参数,给出了最优PID控制器,同时进行了仿真对比分析。仿真结果表明,以超调量和调节时间这2个时域指标为评价标准,基于上述4种性能指标准则,系统在所给控制器作用下均能获得令人满意的动态和稳态性能。ISE准则整定的PID控制器使闭环系统单位阶跃响应的超调量为25.55%,调节时间为5.07s。相比ISE准则,由IAE、ITAE和ITSE准则整定的控制器使闭环系统单位阶跃响应的超调量更小,为10.03%,调节时间更短,为3.95s。利用本文方法能够获得较好的PID控制器参数,可为农用车辆控制器设计提供理论依据。     

渠系前馈蓄量补偿控制时滞参数算法比较与改进

输水明渠系统控制算法主要由前馈及反馈模块组成,其中前馈模块较大程度上影响了系统控制性能。基于蓄量主动补偿的前馈控制算法受时滞参数影响较大,为比较现有多种算法实际控制性能优劣,并寻求不依赖复杂数值计算的简化时滞参数算法,该文进行了横向的算法比较与优化开发。文章基于蓄量阶跃补偿及蓄量二次补偿2类算法,结合改进比例-积分(proportional-integral,PI)反馈控制器,对典型测试渠系及实际工程渠系建模仿真,选取稳定时间、最大超调流量、绝对值误差积分(integral of absolute magnitude of error,IAE)和绝对流量变化积分(integrated absolute discharge change,IAQ)指标分析了蓄量阶跃补偿、动力波原理、水量平衡模型3种时滞参数算法的控制效果。结果显示,在实际工程渠系中,小流量工况下,蓄量阶跃补偿算法的稳定时间比水量平衡模型算法的稳定时间减小40.42%;大流量工况下,蓄量阶跃补偿算法的最大超调流量最小,仅比目标流量高3%,该算法的稳定时间比水量平衡模型算法的稳定时间减少25.45%。结果表明蓄量阶跃补偿算法控制效果较好,但该算法在推求渠池所需蓄量补偿值时需进行水面线推求,文章依据渠道蓄量变化与流量变化间的线性关系,提出简化的时滞参数显式算法。较传统数值算法,时滞参数显式算法与蓄量阶跃补偿算法的时滞参数差值百分比小于8%,在满足实际工程需求的同时,可明显减少推求所需蓄量补偿值的计算量。文章的比较结论及所提出的简化算法对输配水渠道系统,尤其是大型渠道系统调度具有一定的理论价值和应用前景。     

基于非奇异终端滑模的物料提升机位置控制

为解决一类物料提升机在惯性参数不确定情况下的精确位置控制问题,基于非奇异终端滑控制方法设计了物料提升机的控制器,并将其用于单斗-链式旋臂物料提升机。仿真试验结果表明,和现有隐式李雅普诺夫函数连续反馈位置控制器相比,所提出的控制器将系统位移响应最大超调量从144%减少为10.6%,调节时间从2.84减少为1.95 s;角位移响应的最大超调量从62.8%减少到0,调节时间从2.3减少为2.0 s,有效改善了物料提升机工作过程中的控制品质。该研究为物料提升机的控制器设计提供了参考。     

基于改进多目标进化算法的温室环境优化控制

该文围绕温室环境控制问题,以温湿度2个主要环境因子为研究对象,建立了温室环境动态模型。设计1种基于改进的非支配排序多目标进化算法(modified non-dominated sorting evolutionary algorithm,MNSEA-II)的双比例积分微分(proportional integral derivative,PID)控制器的多输入、输出温室控制系统,以误差平方矩的积分型(integrated time square error,ITSE)为性能指标,使用多目标进化算法对其确立的目标函数进行寻优,求出Pareto最优解,进而对PID控制器的参数进行整定,使系统获得良好的控制性能。本文以Matlab/Simulink为仿真环境,对此温室控制系统进行了仿真研究。结果表明了温室模型的合理性和多目标进化算法优化的PID控制方法的有效性。     

自由节曲线非圆齿轮驱动六叶片差速泵多目标参数优化及试验

为进一步优化差速泵性能,利用自由节曲线灵活的局部调整能力,该研究提出对自由节曲线非圆齿轮驱动的六叶片差速泵进行多目标参数优化,建立多目标参数优化计算模型,利用功效系数法和改进遗传算法求解差速泵排量、流量和脉动率综合性能最优的节曲线控制点Pareto解。结果表明,经过多目标优化后差速泵的综合性能提升明显,排量和非圆齿轮不根切最大模数显著增加,脉动率有所降低。为验证计算结果,开展自由节曲线优化前后对比试验,在相同测试环境和相同泵腔容积下,六叶片差速泵经过优化后排量增加3.3%,不根切最大模数为2.6 mm,增加30%,齿轮齿廓选择国家标准模数系列,实际模数2.5 mm,增加25%,改善最为明显,可大幅度提升非圆齿轮承载能力,脉动率降低3.1%。通过多目标参数优化可有效提升自由节曲线非圆齿轮驱动六叶片差速泵综合性能。     

考虑河道输水损失的大型泵站系统运行优化

大型泵站前池水位变化频繁且变化幅度较大时,机组经常偏离高效区运行,造成能源浪费。泵站系统中除了主机组、辅助设备和输变电设施消耗能量外,河道的输水水量损失和水力损失也综合成泵站所抽提水体的水能损失,进而影响泵站的运行性能。根据水源水位变化,在调水目的地水位一定的情况下,考虑河道输水水力损失与水量损失,首先分别确定调水目的地需要流量与泵站抽水扬程、抽水流量之间的关系,避免了优化计算过程中水位的重复迭代,极大减小了计算量与计算时间。以长江三江营最大潮差、平均潮差、最小潮差3个典型日为例,在南水北调东线淮安站站下水位及需要流量一定的情况下,以系统日运行费用最少为优化目标,建立优化模型,并采用模拟退火-粒子群算法(SA-PSO,simulated annealing-particle swarm optimization)求解,计算结果表明,与水泵设计角度运行方案相比,泵站系统实施变角优化运行,其运行费用可分别节约0.62%~2.26%、0.33%~3.26%和0.22%~0.83%。     

多级灌溉渠系配水优化编组模型与算法研究

合理安排各级渠道的配水时间和流量,实现灌溉渠系大流量短历时输配水,减小整个渠系的渗水损失,是目前灌区管理中亟需解决的技术问题.该文基于大系统分解协调的思想,以陕西省冯家山灌区为例,建立了一种解决多级渠系配水优化编组问题的分解协调模型.针对模型中存在多约束条件和大搜索空间问题,设计了基于自适应遗传算法模型求解方法,并比较分析了用该文方法与传统方法确定的配水编组方案性能,结果表明该文确定的算法能实现多约束条件下模型的稳定快速求解,确定的优化配水方案下级渠道配水过程搭配合理,上级渠道配水流量较为均匀且总输水损失小等优点,能解决多级渠系配水优化编组问题,可满足灌区管理需要.     

近60年鄯善县地下水补排量演变与坎儿井流量衰减关系

为揭示干旱区地下水补排量演变规律及其与坎儿井流量衰减的关系,通过梳理1949年以来鄯善县水资源开发利用、地下水资源调查评价资料,分析了地下水补排量的变化,划分地下水补排量演化的阶段。利用双变量相关分析法,分析了地下水主要补排量演化与坎儿井流量衰减之间的关系,并分析了其原因。结果表明：1）鄯善县地下水补排量的变化主要受人类活动影响,气候变化的影响微弱,且主要补排量变化的突变点与国家实施改革开放、西部大开发等政策的起始点相一致,政策是人为因素中的关键因素;2）坎儿井出流量与河道渗漏补给量、渠道渗漏补给量、田间入渗补给量、机井地下水开采量之间的相关系数依次为0.312、?0.327、?0.574、?0.959,说明坎儿井流量的衰减主要受机井开采地下水影响,其次为田间入渗补给量,河道和渠道（干支渠）渗漏补给影响较小;3）坎儿井出流量与地下水补排量的响应关系主要由其空间分布位置决定。该研究对坎儿井保护和超采区治理提供参考。     

基于DEA模型的农村生活垃圾处理工程环境及经济效益评估

农村生活垃圾处理示范工程长期存在重建设轻后评估和管理的问题。利用DEA模型对21个广西农村生活垃圾处理示范工程案例开展绩效评估,并利用Kruskal-Wallis检验分析各示范工程综合技术效率的显著差异。结果表明:1)绩效好的示范工程中,其中有10个焚烧示范工程,2个热解示范工程,污染物产出指标对绩效评估结果有一定影响;2)焚烧、热解和生物发酵处理方式均适用于农村生活垃圾处理;3)绩效好的垃圾焚烧示范工程污染物控制上基本都采取了采用水沐法的控制工艺,绩效好的垃圾热解示范工程污染物控制上基本都采取了采用热解气化+二燃室+布袋除尘+活性炭吸附工艺;4)生活垃圾分散小型焚烧、热解工程项目吨处理垃圾一次性投资额建议分别控制在(15.92±11.98)万元(焚烧)、(35.00±7.07)(热解)万元范围;吨处理成本应控制在:焚烧为(26.08±15.33)元、热解为(57.5±10.61)元范围;占地面积应控制在焚烧(39.74±18.19)m~2/t、热解(7.33±2.31)m~2/t。绩效评估的结果可作为农村生活垃圾处理应用示范的主要依据,为广西乃至全国全面推广农村生活垃圾处理提供有益参考。     

区分工程状况与管理水平影响的渠系水利用效率指标体系的构建

为分析评价灌区工程状况、管理水平等不同因素对渠系水利用效率的影响,该文对传统渠系水利用效率指标体系作了修正,提出由渠道输水效率、渠系输水效率、渠系配水效率、渠系水利用效率组成的灌区渠系水利用效率指标体系,并分别给出了这些指标的定义、内涵及其确定方法,结合实例分析了该指标体系的合理性。渠道输水效率(E_ca)及渠系输水效率（E_c）主要反映灌区渠系工程状况对水利用效率的影响,可由静水法或动水法直接测定某级渠道的渠道输水效率,然后采用各级渠道输水效率连乘的方法确定渠系输水效率;渠系水利用效率(E_cs)综合反映了渠系工程状况和用水管理水平对水利用效率的影响,采用首尾测算法直接得到,也可由灌溉水利用效率除以田间水利用效率间接分析得到;渠系配水效率（E_d）主要反映灌区管理水平对水利用效率的影响,在求得渠系水利用效率和渠系输水效率后,由渠系水利用效率除以渠系输水效率得到。该文所构建的指标体系能满足灌区不同阶段、不同目的开展的渠系水利用效率评价需求,为灌区工程投资分配决策、工程运行状况及用水管理水平评价提供依据。     

拖拉机线控液压转向系统设计及样车性能试验

拖拉机的转向系统是保证行驶安全、高效作业的关键机构,针对传统的全液压转向系统在转向过程中易发生转向沉重,甚至失灵等状况,该文提出一种拖拉机线控液压转向系统。论文首先对拖拉机线控液压转向系统进行总体设计,基于MATLAB软件的Simulink/Simhydraulic模块对线控液压转向系统进行动态建模和仿真分析,根据分析数据完成试验样车改装,利用改装样车分别进行转向系统的静态随机转动试验、蛇形试验、双纽线试验、稳态回转试验以及转向瞬态响应试验。通过试验分析得到线控液压转向系统在5个试验中理论与实际转向轮转角平均误差分别为1.58?,0.79?,1.09?,0.69?,0.47?。试验结果表明线控液压转向系统的理论与实际转角曲线吻合度更高,误差均低于全液压系统,转向误差精度有大幅度提高,性能更理想。拖拉机线控转向系统综合了液压和线控技术优点,在保证大动力输出的同时,又具有转向灵活,方便安装等特点,可为拖拉机线控转向系统推广应用提供参考。     

二分之五次方抛物线形明渠设计及提高水力特性效果

为提高抛物线形断面的水力特性,增加输水能力,该文提出了一种二分之五次(以下简称2.5次)方抛物线形渠道断面,推导其水力断面特性。将湿周用高斯超几何函数表示后,将水力最优断面的最优化模型转换为关于宽深比的一元方程,得到2.5次方抛物线形渠道水力最优断面的解析解,其最优宽深比为2.088 3。比较结果表明,2.5次方抛物线形断面较常规抛物线形断面具有更好的水力学特性。与平方、半立方抛物线形断面比较,在相同水深条件下,2.5次方抛物线形水力最优断面的过流能力更大。相反,在相同流量下,2.5次方抛物线形水力最优断面的过流面积、湿周、水深更小。2.5次方抛物线形水力最优断面的建造成本与其他2种断面相比是最小的。进一步地,为便于工程应用,基于高斯勒让德算法,提出2.5次方抛物线形断面的三点和四点格式近似湿周算法。结果表明,四点格式近似算法具有较高精度。研究可为明渠设计提供理论依据。     

基于实测水位和流量数据的渠道控制模型参数辨识与验证

针对传统渠道控制模型推导求解复杂,难以在实际工程中应用的问题,该研究以渠道积分延迟模型（Integrator Delay model,ID）和积分延迟零模型（Integrator Delay Zero model,IDZ）为研究对象,利用递推最小二乘法对2种渠道控制模型进行了参数辨识和分析。结果表明：参数辨识方法可以简单、有效地获取渠道系统的控制模型;在模型试验中,辨识误差基本分布在（-1,1）cm之间,在南水北调原型工程中,辨识误差基本分布在（-2,2）cm之间;2种辨识模型的均方误差达到了10-5级别,且针对水流变化复杂的大型渠道工程,IDZ模型的辨识精度和稳定性整体高于ID模型。文章的主要结论对于渠道控制建模理论及控制器设计方法具有一定的参考价值,可应用于灌区或调水工程的输配水渠道系统建模。