توسعه سامانه کنترل خودکار غیرمتمرکز تناسبی-انتگرالی و ارزیابی عملکرد آن در بهبود بهره برداری کانال اصلی شبکه آبیاری آبشار اصفهان

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی آب، دانشکده فناوری کشاورزی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران،

2 گروه مهندسی آب، دانشکده فناوری کشاورزی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران

3 گروه مهندسی آب، دانشکده فناوری کشاورزی (ابوریحان)، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران

چکیده

در این پژوهش ضمن توسعه الگوریتم کنترل خودکارتناسبی-انتگرالی (PI) ، به عنوان سامانه کنترل خودکار بهره‌برداری کانال‌ اصلی شاخه شمالی شبکه آبیاری آبشار، عملکرد آن ارزیابی شد. اقدامات صورت گرفته در راستا تحقق اهداف تحقیق عبارتند از 1) توسعه مدل شبیه‌ساز هیدرولیک جریان با استفاده از مدل ریاضی ساده شده انتگرالی – تاخیری (ID)، 2) توسعه مدل بهره‌برداری کنترل خودکار غیرمتمرکز PI و 3) تعیین ضرائب تناسبی و انتگرالی کنترلگرهای این سامانه با روش تشخیص سیستم، 4) شبیه‌سازی وضعیت بهره‌برداری تحت سناریوهای بهره‌برداری نرمال، کم‌آبی و کم‌آبی شدید همراه با نوسانات ورودی. نتایج شبیه‌سازی نشان داد که سامانه کنترل غیرمتمرکز تناسبی-انتگرالی توانایی قابل قبولی در پیاده‌سازی بهره‌برداری مطلوب در طول کانال اصلی آبیاری تحت سناریوی نرمال بهره-برداری داشت. با ظهور کم‌آبی در سناریوی بهره‌برداری شرایط توزیع آب در آبگیرهای بالادستی و میانی شبکه مطلوب و در آبگیرهای پایین‌دستی غیر مطمئن ارزیابی شد به‌نحویکه مقادیر حداکثر خطای محاسبه شده در بازه‌های پایین‌دستی 16 تا 20 در محدوده 10- تا 20- سانتی‌متر متغیر بود. با تشدید کم‌آبی در سناریوی کم‌آبی شدید همراه با نوسانات صرفا آبگیرهای بالادستی وضعیت تحویل آب مطلوبی تجربه نمودند و نیمه آبگیرهای پایین‌دستی بهره‌برداری ضعیفی را تجربه نمودند. در این شرایط مقادیر حداکثر خطای محاسبه شده در بازه‌های 11 تا 15 و 16 تا 20 به‌ترتیب در محدوده 17- تا 22- و 35- تا 45- سانتی‌متر متغیر بوده که بر اساس آن مقادیر شاخص‌های ارزیابی عملکرد MAE، IAE و STE به ترتیب مقادیر 096/. تا 172/0، 0123/0 تا 0991/0 و 0089/0 تا 0592/0 بدست آمده است. نتایج نشان داد کنترل‌گر غیرمتمرکز طراحی شده تاثیر پدیده‌های غیرمتعارف در آبگیر ورودی به شبکه در محل بند انحرافی (در این تحقیق کم آبی و نوسانات) را به سمت پایین‌دست منتقل می‌کند و نتیجه آن توزیع آب سطحی مختل‌شده و نامناسب در آبگیرهای پایین‌دست شبکه بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Developing a decentralized proportional-integral automatic control system and evaluating its performance in improving the operation of the Abshar irrigation district’s main canal

نویسندگان [English]

  • S. Mohammad Ahmadi 1
  • S. Mehdy Hashemy Shahdany 2
  • Jaber Soltani 3
  • Maryam Varavipour 3
1 Water Engineering Department, Faculty of Agricultural Technology, University College of Agriculture & Natural Resources, University of Tehran,
2 Water Engineering Department, Faculty of Agricultural Technology, University College of Agriculture & Natural Resources, University of Tehran
3 Dept. of Water Engineering, Faculty of Agricultural Technology (Aburaihan), University College of Agriculture & Natural Resources, University of Tehran,
چکیده [English]

An automatic PI control algorithm was developed to operate a canal in the Abshar irrigation district and evaluate its performance under normal and water shortage scenarios. The study innovatively developed a simplified integral-delay (ID) mathematical model for simulating hydraulic flow in the main canal, along with a decentralized automatic control operation model (PI). The automatic operation model was coupled with the hydraulic simulation model in MATLAB, and the proportional and integral coefficients of each controller were determined using the system identification (SI) method. The simulation results demonstrated that the decentralized proportional-integral control system was capable of implementing desirable operation along the main irrigation canal under normal operation scenarios. However, with the onset of water shortage conditions, water distribution improved in upstream and middle canal reaches while becoming uncertain in downstream canal reaches. Intensified water shortage scenarios, coupled with fluctuations, resulted in desirable water delivery conditions only in the upstream canal while experiencing weak operation in the downstream canal. In such conditions, the maximum calculated error ranged from 17 to 22 centimeters and from 35 to 45 centimeters for reaches 11 to 15 and 16 to 20, respectively. Evaluation indices, including MAE, IAE, and STE, were obtained with values ranging from 0.096 to 0.172, 0.123 to 0.991, and 0.089 to 0.592, respectively. The results indicated that the designed decentralized controller transferred the effects of unconventional phenomena at the canal inflow towards the downstream, resulting in disrupted and inappropriate surface water distribution in downstream canals.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Operation System
  • Surface Water Distribution Simulation
  • Proportional-Integral Controller
  • Water shortage Management
  • Automation
تحقیقات آب و خاک ایران

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 29 اردیبهشت 1403

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار