摘要：多渠道运行控制系统可以在渠道水位和流量信息的基础上来提升渠道的运行效率，减少运行成本，实现水资源的高效率利用。针对渠道的运行方式和自动化控制的概念进行了详细的介绍，并对近几年在长距离输水渠道和自动化控制等方面的研究和研究成果进行论述，对其中存在的问题和进一步改进的可能性进行提出，最后指出在渠道运行的方式、控制算法和闸门控制的模式上的未来发展方向。[1]
关键词：渠道；自动控制；运行模式；控制算法
自动化下结构下的控制路径需要满足真实需水，将综合态势下的调度水准进行提高。自动化下的运行拟定可以改善平日的输水效果，随时保持最适宜的供水量。这样才能够避免多余的能源耗费量，或者出现供水不足的情况发生。针对自动化控制流程的特点进行了详细的分析，对渠道控制范围内的时效运行进行建构。
1渠道运行的控制方式
渠道控制指的是对整个渠系的水量和水深变化进行控制，控制的作用和渠道的水力学响应之间密切相关，也就是在满足流量变化的需求上保持渠内水位的稳定，对力量的变化率进行控制。渠系自动化控制是在节制闸控制上实现的，节制闸是渠道输水过程中的调节设备。为满足用户的需求需要对闸门开度的灵活调度来实现，保证在最短的时间内恢复渠道的稳定状态。渠道对闸群的控制可以分为两种：a.当地控制；b.中央集成控制[2]。渠道输水可以采用不同的运行方式，渠道在不同运行方式下呈现不同的水里响应特点，基于渠道水位控制点位置的选择，运行方式可以被分为：闸后常水位、闸前常水位、等容积控制和控制容量法。
2渠道控制器的基础设计内容
2.1闸门设计。PID特有的控制算法和参数整定有着密切的联系。拟定出的参数关系到渠道运行的真实品质。一般情况下，PID预设的参数整定要遵循相关的数学模型建构。采用试算法将该类参数进行明晰。BP网络具有比较高级的自适应性，和自学习相互对应。它对PID结构下的在线调整进行了创设。在自适应的神经元中加入了某种控制器，将渠道内的水位进行限缩，保证了反应时间的及时的性。
2.2扰动闸门设计。闸门控制器有着较为细化的模型，它是建构在渠道扰动的基础上的。渠道中的水流具有非恒定的特征。节制闸设定的开度和渠道固有的水面线相关。这样的变动显示了渠道闸门控制的动态化。因此设定出来的渠道体系要对多重输入实现整合，要包含多重变量。将被控制对象设定好后带有多种不确定的倾向。其中的扰动因素是很难避免的。建构水利模型，对PID进行设定，渠道扰动特有模型中包括了闸门预设的控制配件，该种扰动闸门的设计考虑了渠道相应的真实速率，渠道调蓄特有容积是偏小的。对于该特性，拟定出的运行方式要整合渠道以内的段落容量。
2.3人工智能设计。经典性的PID原理、相对应的鲁棒控制都离不开预设的对象描述。这样的描述要具有精准的特性。渠道内的流水显示了非线性和带着偏多的扰动。在人工协同作用下控制路径的设定避免课很多繁杂的数学建模。在很大的范畴中实现了对非线性特有的随机扰动的化解。
3渠道优化设计方式
渠道特有的优化调度和相对应建构的控制系统均有着不同的特性。控制器关系着各种参数、整合情况下的性能优化，不能对筛选的调度方式进行替换。已经你定好的调度方式要建构在控制体系的基础上。[3]渠道自动化预设的完整框架可以实现对建构起的整体渠道进行优化管理。它对初始时段的优化调度及自动性管控进行了整合。例如在加州调水工程中，遵循了动态规划的根本原理，建构具有输水管控制特点的新型模型。在我国著名学者的研究中也对线性规划进行了拟定，预设的二步法。第一步是对渠道水位进行调和；第二步是对某一段落的水位进行稳定。输水成本的特定限制也能创设出最优的模型。
4渠道自动化控制系统和运行设计中需要考虑的问题
跨流域调水的目的是为了实现水资源的优化配置，解决区域性缺水。跨流域调水工程具有的特点是水量输送距离长，运输量较大，渠道内水流形态较为复杂，并且渠系沿线缺少在线调水的水库，分水口开启时间具有不确定性[4]。以上均是造成渠道自动化控制困难的因素。造成控制困难的物理机制有：a.模型非线性。水利控制非线性直接导致了非线性生产。在描述渠道水流过渡过程中使用的方程是双曲型偏微分方程组，它的解析解目前还没有办法求得。此外渠道的各个渠段水流相互关联，通过研究得知渠道水流变化之间的关联是非线性的，很难转化为线性方程，非线性是水流、节制闸动态的调节以及渠道水力运行的关键纽带，是控制系统的内外协同以及水力运输研究的关键。b.动态多维性。它是非恒定水流的特征，分析渠段非恒定流中各个参数的关系，可以得知在波涉及的区域中，水断面的水位和流量不是单一对应的，非恒定过渡过程的附加水力坡度是产生对应关系的主要原因。c.扰动的不确定性。控制算法的选择关键在于消除扰动的非确定性，由于描述渠道的抽象模型和实际情况存在误差，因此扰动是无法避免的，也就是说被控制的对象是不确定的。
5渠道自动化控制系统的运行和计算发展方向
目前对于控制器设计和渠道运行的研究成果比价丰富，但是对于渠道调度方面的研究还不多。控制器的设计中比较成熟的就是单输入和输出的PID控制部分，该设计中存在固有缺点严重制约了控制器的普及。多输入多输出系统是研究的关键嗲，然而对于多输入和多输出的中央控制器在渠道水力特性和渠道扰动抑制的考虑还不充足，仍然停留在研究阶段，在研究方法上，采用控制激励对控制机制进行改进的方法很多，渠道运行机理对控制方法的该进研究还比较少。鉴于此，以下就对以上问题提出看法和设想。首先针对渠道的运行方式，渠段在控制容量方式下运行，水位、力量的监测能否转化为对流量和流量速率的控制进一步减小线性控制水位在渠段非恒定流量描述中的误差是关键。其次在控制器的设计方面，水力模型和控制器性能的掌握在控制器设计中是核心问题。最后是渠道的运行模式，例如在南水北调这种较长距离的输水渠道中一定要保持水量的统一调配，系统控制要采用中央监控模式。[5]
6结论
渠道控制依靠的自动化设定，必须对区段中的水力属性进行考虑，在调研中得出水利属性，选出最适宜的闸门调控。从当下的状况来看，长距离、大规模的供水体系有着十分复杂的架构。对于此类渠道，在自动化的管控中创设新颖性，通过整合智能网络、容量管控的途径和模糊情形下的PID设定出最优控制。
参考文献
[1]罗清丽.渠道自动化控制系统及其运行设计研究[J].吉林水利，2015,6:14-15.
[2]陆梅.渠道运行系统自动化控制研究及数值仿真[D].天津：天津大学，2009.
[3]张志权.探析PLC自动化控制系统的设计改良[J].现代经济信息,2015,15:374.
[4]郭华.渠系运行的预测控制及其仿真研究[D].武汉：武汉大学,2005.
[5]陶权.探析自动化控制系统的抗干扰设计[J].制造业自动化，2012,4:126-128.
作者：曹正平 王居芳 单位：宁夏西干渠管理处 宁夏水利电力工程学校
